CN103469051A - 一种双相不锈钢母合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种双相不锈钢母合金，包括下述重量百分比的组分：C：0.04～0.15；Si：2.5～3.5；Mn：2.0～6.0；Cr：17.5～27.5；Ni：4.0～8.0；Cu：2.0～3.0；Mo：0.5～3.0；N：0.15～0.50；Nb：0.60～1.20；Ti：0.5～1.0；W：0.5～1.5；Fe余量和不可避免的杂质。本发明公开的双相不锈钢母合金能在不同使用条件下抗各种形式的腐蚀，具有较高的机械性能特性,改善与普通商用的双相不锈钢(例如:德国牌号为WNr1.4462和美国牌号为S31803)的机械性能，特别是拉伸强度(σb)和延伸率（δ5%）的提高，而且能直接铸造或通过热变形成零件使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种高性能的不锈钢母合金及其制备方法，尤其是一种双相不锈钢母合金及其制备方法，属于不锈钢合金材料技术领域。
背景技术
一般双相不锈钢是指其中既具有奥代体，又有铁素体组织的结构钢种。此两项组织是独立存在，大约各占50%左右，比单一组织的纯奥代体不锈钢具有更好的耐品兼腐蚀性能；它与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的韧性高，脆性转变温度低，耐晶间腐蚀性和焊接工艺性显著提高。与传统奥代体钢相比，双相不锈钢的抗点腐蚀方面的性质和耐压强度特别是屈服强度更优越，被广泛应用在石油、化工、建筑等行业。
关于商用途的双相不锈钢及其制备方法是熟知的，例如现有的一种双相不锈钢的加工方法，它包括以下步骤：1)在电炉中母液成分控制在C≤0.03%、Si≤1.0%、Mn≤2.0%、Cr21/23%、Ni5-6%、Mo2.5/3.5%、N≤0.20%、P≤0.03%、S≤0.02%、Fe余量，出钢温度控制在1580-1630℃；2)将电炉中的母液转移入AOD炉内吹氧脱碳、吹氮及成分调整；再在钢包精炼炉中精炼及微合金加入成分最终调整，适当控制铬镍当量比，有利于高温铁素体的形成，使尽量在单相区中热加工，有利提高双相不锈钢的综合性能。尽管该双相不锈钢具有较佳的高温塑形，但其各项机械性能特性仍不够理想，特别是强度和塑性（延伸率）。
因此，仍然有必要提供一种多用途的双相不锈钢及其制备方法，以解决现有双相不锈钢中的一种或多种技术缺陷。
发明内容
针对现有的商用双相不锈钢的不足，本发名的目的是要提供一种双相不 锈钢母合金及其制备方法，该双相不锈钢母合金具有较佳的机械性能。
为了达到本发明的目的，本发明采用以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种双相不锈钢母合金，包括下述重量百分比的组分：
进一步，还包括：
重量百分比为0.0～0.005的B。
进一步，还包括：
重量百分比为0.0～0.033的Re。
一种制备上述的双相不锈钢母合金的制备方法，控制炉内母液成分为C：0.04～0.15；Si：2.5～3.5；Mn：2.0～6.0；Cr：17.5～27.5；Ni：4.0～8.0；Cu：2.0～3.0；Mo：0.5～3.0；N：0.15～0.50；Nb：0.60～1.20；Ti：0.5～1.0；W：0.5～1.5；Fe余量，进行熔炼。
进一步，在进行铸造使用时，所述母液中还含有重量百分比为0.0～0.005的B。
优选的，在通过热变形使用时，所述母液中还含有重量百分比为0.0～0.033的Re。
进一步，在非真空的条件下，将所述母液在中频感应炉中进行熔炼，然 后通过水平连铸成直径为75～100mm的圆棒，或者铸成钢锭。再熔炼成精密铸造零件或通过离心铸造成无缝管。
进一步，将所述母液在中频感应炉中进行熔炼，精密铸造成零件或通过离心铸造成无缝管。
优选的，将所述母液在中频炉和AOD炉中进行熔炼，熔炼后铸成钢锭，然后加热到1080℃左右锻造成坯，再热轧或冷轧（拔）成丝、扳、带、管。
进一步，还包括：
通过1050～1100℃加热急冷固溶热处理的步骤。
相对于现有技术，本发明公开的双相不锈钢母合金，能在不同使用条件下抗各种形式的腐蚀，具有较高的抗机械性能特性，而且能直接铸造或通过热变形成零件使用。
此外，通过氩氧脱碳法（AOD）、真空吹氧脱碳法（VOD）精炼以及真空冶金，可以进一步提高双相不锈钢母合金的机械性能。特别是氮（N）的加入和其它改善双相不锈钢性能元素（例如W、Nb、B、Re、Ti）的微量加入，使它成为一种可焊接的结构材料，使其韧性和强度均得到提高，脆性转变温度低，焊接工艺性显著改善。
具体实施方式
下面例举若干个具体实施方式以对本发明进行详细说明，本部分的描述仅仅是示范性和解释性说明，不应构成对本发明的保护范围产生任何限制作用。
实施例1-4（未添加微量元素）
在真空感应炉中，分别完成实施例1、2、3，均熔炼25kg钢锭各1支。
实施例1和实施例2为通过1080℃热加工变形态，实施例3为铸造态，实施例4为非真空中频熔炼，通过AOD控母液化学成分合格然后进行水平连铸成直径为100mm圆棒（铸态组织）。
按GB/T20123-2006分析：碳（C）；按GB/T20124-2006分析：氮（N）；按GB/T11170-2008分析：Cr、Mn、Mo、Ni、S、P、Si。力学机械 性能按GB/T2281-2010测试，四个实施例均经过1050℃-1100℃加热、急冷、固溶热处理后，测试机械性能。
测试结果如表1所示
表1
| 元素 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| C | 0.04 | 0.05 | 0.07 | 0.08 |
| Si | 2.53 | 2.60 | 3.01 | 3.34 |
| Mn | 2.73 | 3.09 | 3.78 | 4.01 |
| Cr | 23.56 | 24.89 | 25.53 | 25.97 |
| Ni | 4.13 | 5.45 | 5.78 | 5.84 |
| Cu | 2.00 | 2.22 | 2.76 | 2.88 |
| N | 0.15 | 0.17 | 0.26 | 0.32 |
| Mo | 0.83 | 2.32 | 2.89 | 3.00 |
| Nb | 0.62 | 0.87 | 1.05 | 1.15 |
| Fe | 余 | 余 | 余 | 余 |
| W | - | - | - | - |
| Re | - | - | - | - |
| B | - | - | - | - |
| Ti | - | - | - | - |
| σbMpa | 652 | 679 | 710 | 723 |
| σ0.2Mpa | 503 | 517 | 523 | 541 |
| δ5% | ≥25% | ≥27% | ≥24% | ≥29% |
实施例5-10（添加微量元素）
选用实施例4化学成分，它的尺寸为直径100mm圆棒，工艺为非真空中频炉+AOD吹炼+水平连铸生产出的双相不锈钢母合金。添加微量元素再重熔成实施例5、实施例6（变形态）和实施例7、实施例8（铸造态）
同样通过测试实施例1-4的方法和标准检测分析实施例5、实施例6、实施例7、实施例8的化学成分和检测机械性能。
测试结果如表2所示
表2
| 元素 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 |
| C | 0.08 | 0.08 | 0.09 | 0.10 |
| Si | 3.01 | 3.10 | 3.21 | 3.15 |
| Mn | 4.01 | 4.12 | 4.08 | 4.30 |
| Cr | 25.01 | 25.24 | 25.50 | 25.07 |
| Ni | 5.78 | 5.49 | 5.86 | 5.64 |
| Cu | 2.10 | 2.22 | 2.31 | 2.19 |
| N | 0.21 | 0.25 | 0.22 | 0.23 |
| Mo | 2.82 | 2.75 | 2.98 | 3.00 |
| Nb | 0.63 | 0.78 | 0.91 | 1.05 |
| Fe | 余 | 余 | 余 | 余 |
| W | - | - | 0.98 | 1.50 |
| Re | 0.008 | 0.011 | 0.012 | 0.015 |
| B | - | - | 0.003 | 0.002 |
| Ti | 0.8 | 0.9 | - | - |
| σbMpa | 727 | 731 | 784 | 827 |
| σ0.2Mpa | 544 | 552 | 588 | 655 |
| δ5% | ≥32% | ≥32% | ≥31% | ≥26% |
实施步骤：
1.金属原材料选定：
2.熔炼工艺：
Fe、Ni、Cr、Mo、Nb装入优质氧化镁坩埚中，供电熔化、造渣、精炼、脱气后进行Cu、N、Si、Mn合金化化学炉前分析合格，即水平连铸直径为100mm圆棒。切割直径100mm按每炉总重量再添加微量元素（W、Nb、Re、B、Ti）精铸造成零件或钢锭。
此外，在中频炉和AOD炉中进行熔炼，将上述实施例的母液熔炼后铸成钢锭，然后加热到1080℃左右锻造成坯，再热轧或冷轧(拔)成丝、扳、带、管。
在中频感应炉中进行熔炼时，可以将上述实施例的母液熔炼成直径为75～100mm的圆棒或者铸成钢锭，或者熔炼后进行精密铸造成零件或通过离心铸造成无缝管。
另外，也可以熔炼后进行精密铸造成零件或通过离心铸造成无缝管。
在某些优选的实施方式中，将上述实施例得到的产品还可以通过1050～1100℃加热急冷固溶，以达到组织结构要求使用。
对比例
本发明实施例1-8共8例
商业双相钢2例：德国牌号：WNr.1.4462美国牌号：S31803（化学成分与性能对比）见表3
发明专利号：CN101410537A（化学成分对比）见表4
在非真空的条件下，控制中频炉和AOD炉内母液成分如表3所示，然后进行水平连铸，按各实施例方案进行化学分析、试样加工、通过固溶热处理，按国家标准进行测试。
表3 本发明与商业合金对比
表4 本发明的化学成分与CN101410537A对比
从上述数据对照可以看出，本发明实施例提供的双相不锈钢母合金，即奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢，具有较高的机械性能特性，而且能直接铸造或通过热变形成零件使用。
此外，通过氩氧脱碳法（AOD）、真空吹氧脱碳法（VOD）精炼以及真空冶金，可以进一步提高双相不锈钢母合金的机械性能。特别是氮（N）的加入和其它改善双相不锈钢性能元素（例如W、Nb、B、Ce、Ti）的微量加入，使它成为一种可焊接的结构材料，使其韧性高，脆性转变温度低，焊接工艺性显著提高。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种双相不锈钢母合金，其特征在于，包括下述重量百分比的组分：
2.如权利要求1所述的一种双相不锈钢母合金，其特征在于，还包括：重量百分比为0.0～0.005的B。
3.如权利要求2所述的一种双相不锈钢母合金，其特征在于，还包括：
重量百分比为0.0～0.033的Re（铈、镧混合稀土）。
4.一种制备权利要求1所述的双相不锈钢母合金的制备方法，其特征在于，控制炉内母液成分为C：0.04～0.15；Si：2.5～3.5；Mn：2.0～6.0；Cr：17.5～27.5；Ni：4.0～8.0；Cu：2.0～3.0；Mo：0.5～3.0；N：0.15～0.50；Nb：0.60～1.20；Ti：0.5～1.0；W：0.5～1.5；Fe余量，进行熔炼。
5.如权利要求4所述的双相不锈钢母合金的制备方法，其特征在于，在进行铸造使用时，所述母液中还含有重量百分比为0.0～0.005的B。
6.如权利要求4所述的双相不锈钢母合金的制备方法，其特征在于，在通过热变形使用时，所述母液中还含有重量百分比为0.0～0.033的Re。
7.如权利要求4所述的双相不锈钢母合金的制备方法，其特征在于，在非真空的条件下，将所述母液在中频感应炉中进行熔炼，然后水平连铸成直径为75～100mm的圆棒，或者铸成钢锭。再重新熔炼成精密铸造零件或通过离心铸造成无缝管。
8.如权利要求7所述的双相不锈钢母合金的制备方法，其特征在于，将所述母液在中频感应炉中进行重新熔炼，熔炼后再进行精密铸造重熔成零件或通过离心铸造成无缝管。
9.如权利要求8所述的双相不锈钢母合金的制备方法，其特征在于，将所述母液在中频炉和AOD炉中进行熔炼，熔炼后铸成钢锭，然后加热到1080℃左右锻造成坯，再热轧或冷轧（拔）成丝、扳、带、管。
10.如权利要求7所述的双相不锈钢母合金的制备方法，其特征在于，还包括：
通过1050～1100℃加热急冷固溶热处理的步骤。
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