CN103975088B - 双相不锈钢 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及双相铁素体奥氏体不锈钢,其用于要求良好的耐均匀腐蚀性和高强度的硝酸环境的化学工业。该不锈钢的显微组织具有35‑65体积%的铁素体,优选45‑55体积%的铁素体,余量为奥氏体。化学组成含有少于0.03重量%的碳,少于1重量%的硅,少于3重量%的锰,26‑29.5重量%的铬,5‑8.5重量%的镍,1‑3重量%的钼,0.25‑0.35重量%的氮,1‑3重量%的铜,其余是铁和在不锈钢中出现的不可避免的杂质。
Description
本发明涉及一种双相铁素体奥氏体不锈钢,其化学组成和显微组织有利于在要求良好的耐均匀腐蚀性和高强度的化学工业中使用。使用这种钢的一个目的是在尿素制造中。
已知金属间化合物析出物,例如σ相,在高合金化双相铁素体奥氏体不锈钢钢种的生产和制造中是麻烦因素。σ相在600-1000℃的温度范围内形成并且具有特别的重要性,因为小含量(甚至小于1体积%)的σ相已经会引起塑性、冲击韧性的显著降低和耐腐蚀性的损失。σ相形成的最快动力学发生在800-900℃。一旦σ相析出,只能通过在1050℃以上退火将σ相溶解。在存在大量铬和钼的情况下,σ相析出的趋势增加。
美国专利5,582,656涉及一种双相铁素体奥氏体不锈钢,其含有最多0.05重量%的C,最多0.8重量%的Si,0.3-4重量%的Mn,28-35重量%的Cr,3-10重量%的Ni,1.0-4.0重量%的Mo,0.2-0.6重量%的N,最多1.0重量%的Cu,最多2.0重量%的W,最多0.01重量%的S和0-0.2重量%的Ce,余量为铁。依照该美国专利的钢结合以Mo、W、Si和Mn铬增加了金属间化合物相析出的风险。此外,铜改善在酸性环境(例如硫酸)中的一般腐蚀耐受性,但是高的铜含量降低了抗点蚀性和抗缝隙腐蚀性。显微组织中的铁素体含量是30-70体积%,余量为奥氏体。此钢非常适合于尿素生产中存在的环境。
美国专利7,347,903描述了一种用于尿素制造设备的双相不锈钢。这种钢含有少于0.03重量%的C,少于0.5重量%的S,少于2重量%的Mn,26-28重量%的Cr,6-10重量%的Ni,0.2-1.7重量%的Mo,2-3重量%的W,0.3-0.4重量%的N,以及余量为铁和杂质,其中铜作为杂质其含量不高于0.3重量%。在该美国专利7,347,903中也显示较大含量的铜加速了在尿素制造的腐蚀性环境中的腐蚀。与一般双相不锈钢相比,在焊接期间对σ相析出的敏感性极低。抗拉强度高,这允许用于尿素设备。
这些上述专利即美国专利5,582,656和美国专利7,347,903中的这两种不锈钢已被开发特别用于尿素工艺,其中高铬含量和低钼含量以及低铜含量是具有良好的腐蚀速率的关键。尽管这些专利即美国专利5,582,656和美国专利7,347,903中的双相不锈钢适合作为尿素制造设备中的材料,但是这些不锈钢难于加工和焊接。
美国专利3,567,434涉及按重量%计含有以下成分的不锈钢:0.01-0.1%的C,0.2-2.0%的Si,0.2-4.0%的Mn,23-30%的Cr,4-7%的Ni,1-5%的Mo,1-4%的Cu,0.06-0.4%的N,其余是Fe和不可避免的杂质,满足如下条件:按重量%计的比率Cr/Ni应当在3.8-6.25的范围内以及按重量%计的比率(Ni+200×N)/Cr应当在0.74-3.72的范围内。通过添加钼和铜改善耐腐蚀性,特别是在硫酸环境中的耐腐蚀性。通过添加氮改善其他性质(例如延展性、伸长率),并且消除焊接期间的开裂。
美国专利4,612,069描述了一种抗点蚀性的双相不锈钢,其按重量百分比计含有:<0.08的C,<2.0的Si,<2.0的Mn,23-29的Cr,5-9的Ni,<1.0的Mo,0.5-3.5的Cu,<0.2%的N,其余是Fe和不可避免的杂质。根据此专利,添加铜改善了奥氏体的抗点蚀性,尤其是在酸性的氯化物-硫代硫酸盐溶液中。可以将该美国专利的不锈钢从高温炉冷,以便具有低水平的残余应力,并且在该缓慢炉冷期间使σ相和其他脆化相最少化。
从美国专利6,312,532知晓一种双相铁素体奥氏体不锈钢,该不锈钢具有良好的温加工性、高的缝隙腐蚀耐受性和良好的结构稳定性并且适合于期望高耐腐蚀性的应用,特别是在具有高氯化物含量的酸性或碱性环境中。该钢按重量%计含有:最多0.05的C,最多0.8的Si,0.3-4的Mn,27-35的Cr,3-10的Ni,0-3的Mo,0.30-0.55的N,0.5-3.0的Cu,2.0-5.0的W,最多0.01%的S,余量为Fe和不可避免的杂质。根据该美国专利6,312,532,添加铜已显示出在缓慢冷却时减缓金属间化合物相的析出,但是当与高含量的钼结合时铜也会引起关于晶间腐蚀的不利作用。此外,美国专利6,312,532要求为了确保良好的点蚀性质,应当加入高含量的钨。
本发明的目标是消除现有技术的一些缺点并且实现一种新型的双相铁素体奥氏体不锈钢,关注于双相不锈钢本身的生产和制造而优化所述双相不锈钢的化学组成。引入公式来预测对σ相形成的敏感性非常有助于选择最适合工业生产的合金,同时保持腐蚀性质以有利于需要良好的耐均匀腐蚀性和高强度的化工应用。所附权利要求中列出了本发明的基本特征。
根据本发明,双相铁素体奥氏体不锈钢的显微组织具有35-65体积%的铁素体,优选含量为45-55体积%的铁素体,余量为奥氏体。本发明的化学组成含有少于0.03重量%的碳,少于1重量%的硅,少于3重量%的锰,26-29.5重量%的铬,5-8.5重量%的镍、1-3重量%的钼,0.25-0.35重量%的氮,1-3重量%的铜,且化学组成的余量是铁和在不锈钢中出现的不可避免的杂质。应限制硫少于0.010重量%且优选少于0.005重量%。磷含量应少于0.040重量%并且硫和磷的总量(S+P)少于0.04重量%。铝含量最大值应少于0.04重量%且优选最大值少于0.03重量%,并且总氧水平低于100ppm且优选低于50ppm。
任选地可在本发明的双相不锈钢中添加少于1重量%的钨和少于1重量%的钴。此外,可任选地在本发明的双相不锈钢中添加包含铌、钛和钒的组中的一种或多种,铌和钛的含量限制为至多0.1重量%,并且钒含量限制为至多0.2重量%。也可以在本发明的双相不锈钢中任选地少量添加硼、钙和/或铈。优选的硼和钙水平少于0.003重量%,并且优选的铈水平少于0.1重量%。
不同元素对本发明不锈钢的稳定性和显微组织的影响如下所述,所有的元素含量均按重量%描述。
碳(C)是稳定奥氏体相的代表性元素,并且是维持机械强度的重要元素。然而如果使用大的碳含量,那么碳析出碳化物并因此降低耐腐蚀性。因此在本发明中限制碳含量少于0.03%。
硅(Si)是在精炼中具有脱氧作用的铁素体稳定剂。硅增加金属间化合物相(例如σ相)的析出速度,并且降低钢的延展性。因此在本发明中使用少于1%,优选少于0.6%的硅。
锰(Mn)是可以代替高价格的镍的奥氏体稳定剂。锰用于增加氮的固溶度并且减小高温变形耐受性。大含量的锰促进金属间化合物相的形成。因此在本发明的钢中设定锰含量为至多3%或更少,优选在0.5%和1.5%之间。
铬(Cr)是使钢耐腐蚀的主要添加物。作为铁素体稳定剂,铬也是用以在奥氏体相与铁素体相之间产生适当相平衡的主要添加物。为了引起这些功能,铬水平应当为至少26%,以及为了将铁素体相限制到对于实际目的而言合适的水平,最大含量应当为29.5%。铬含量优选为26.5-29%,更优选为27-28.5%。
镍(Ni)对于稳定奥氏体而言是重要的,其改善延展性并且改善耐均匀腐蚀性。为了良好的延展性和相稳定性,必须向钢中添加至少5%,优选至少5.5%,更优选5.8%。由于镍的高成本和价格波动,在本发明的不锈钢中应使镍最多为8.5%,优选最多为7.5%。
钼(Mo)与铬一样是用于维持钢的耐腐蚀性的重要元素,并且因为该原因,钼应当具有多于1%的含量。钼也稳定铁素体相并因而影响相平衡。同时钼促进了金属间化合物相的形成,并且因此钼添加量不能超过3%。优选的钼含量是1.5-2.5%。
铜(Cu)是用于改善耐腐蚀性的奥氏体稳定剂。特别地,当与钼一起使用铜时,铜显著增加在酸性环境中的耐腐蚀性。然而如果不是考虑到相的比率以及铬和钼而使用合适的铜含量时,铜可能降低抗点蚀性并且促进氧化剂的还原。铜还引起替位型固溶体硬化作用,从而改善抗拉强度和屈服强度,并且降低σ相析出的趋势。根据上述,应该限制铜高于1%,并且优选高于1.3%。高水平的铜可能引起与铜析出相关的问题。由于这个原因,应限制铜的上限至3%,优选至2.5%。
氮(N)是一种强的奥氏体稳定剂并且也是用于改善耐腐蚀性的最重要元素之一。对于本发明,应限制氮含量为0.25-0.35%。优选的氮含量应为0.25-0.33%。
可在双相钢中少量添加硼(B)、钙(Ca)和铈(Ce)以改善热加工性,并且添加水平不能过高,因为这会损害其他性能。硼和钙的优选水平小于0.003重量%,并且铈的优选水平小于0.1重量%。
硫(S)在双相钢中劣化热加工性并且可形成硫化物夹杂物,该夹杂物不利地影响抗点蚀性。硫含量因此应被限制为小于0.010重量%,并且优选小于0.005重量%。
磷(P)劣化热加工性并且可形成磷化物颗粒或薄膜,该磷化物颗粒或薄膜不利地影响耐腐蚀性。磷含量因此应被限制为小于0.040%并且使得硫和磷含量的总和(S+P)小于0.04%。
氧(O)以及其他残留元素对于热延展性具有不利影响。因此,将其存在量控制为低水平是重要的,特别是对于易于开裂的高合金化的双相钢种(grade)。氧化物夹杂物的存在可降低耐腐蚀(点蚀)性,这取决于夹杂物的类型。高的氧含量还降低冲击韧性。以与硫相似的方式,氧通过改变焊接熔池的表面能从而改善焊透深度(weldpenetration)。对于本发明,推荐的最大氧水平低于100ppm并且优选低于50ppm。在金属粉末情形中,最大氧含量可以为至多250ppm。
在本发明的双相不锈钢中,铝(Al)应保持在低水平。具有高的氮含量时,这两种元素能够结合并且形成铝氮化物,所述铝氮化物将劣化冲击韧性。应将铝含量限制为小于0.04%,优选小于0.03%。
钨(W)具有与钼相似的性质并且有时候能够替代钼,然而钨能够促进σ相析出,并且应将钨含量限制为最多1%。
钴(Co)具有与其姊妹元素镍相似的冶金行为,并且在钢和合金生产中可以按大致相同的方式处理钴,钴抑制高温下的晶粒生长并且显著改善硬度和高温强度的维持。钴降低在超级双相不锈钢中σ相形成的风险,但是其成本效益低于镍并且应当最多为1%。
“微合金化”元素钛(Ti)、钒(V)和铌(Nb)属于一组添加物,如此命名是因为它们在低浓度下显著改变钢的性能,它们通常在碳钢中具有有益效果,但在双相不锈钢的情形中,它们也造成不期望的性能改变,例如降低的冲击韧性,在铸造和热轧期间较高的表面缺陷水平和降低的延展性,以及氮从固溶体中的去除。在现代双相不锈钢中,这些效果中的许多效果取决于它们对碳和氮且特别是氮的强烈亲和力。在本发明中,应将铌和钛应限制为0.1%的最大水平,而钒的有害性较小并且应少于0.2%。
在下文参照附图更详细地描述本发明,其中,
图1说明了不同不锈钢的Huey测试中的重量损失与Huey耐受性当量(HRE)的函数关系,
图2说明了在10%硫酸的Huey测试中的重量损失与硫酸耐受性当量(SRE)的函数关系,温度为65℃、95℃和沸腾温度(BT),约104℃,
图3说明了不同不锈钢中σ相含量与σ相当量(SGR)的函数关系,
图4说明了本发明双相不锈钢中铬和镍的组成窗口(1.2%的Mn,2.1%的Cu,2.0%的Mo和0.3%的N),
图5说明了本发明双相不锈钢中的铬和铜的组成窗口(1%的Mn,6.5%的Ni,1.8%的Mo和0.3%的N),以及
图6说明了本发明双相不锈钢中的镍和铜的组成窗口(1%的Mn,27.5%的Cr,1.8%的Mo和0.3%的N)。
表1中给出了在下述测试中使用的本发明双相不锈钢的化学组成。表1还包含在测试中用作参比材料的已知的双相不锈钢LDX 2304、2205和2507(合金22-26)的化学组成。
表1
钢 | C% | Si% | Mn% | Cr% | Ni% | Mo% | Cu% | N% |
1 | 0.02 | 0.6 | 0.5 | 27.8 | 9.4 | 1.9 | 1.0 | 0.18 |
2 | 0.04 | 0.3 | 5.0 | 31.2 | 7.5 | 1.7 | 0.2 | 0.38 |
3 | 0.02 | 0.4 | 1.0 | 28.6 | 7.0 | 2.2 | 0.2 | 0.30 |
4 | 0.02 | 0.3 | 0.6 | 27.6 | 7.5 | 1.1 | 0.1 | 0.29 |
5 | 0.02 | 0.2 | 3.8 | 30.0 | 9.5 | 2.1 | 0.2 | 0.30 |
6 | 0.02 | 0.5 | 0.8 | 27.8 | 9.3 | 1.9 | 1.0 | 0.17 |
7 | 0.01 | 0.6 | 0.8 | 28.2 | 8.0 | 2.4 | 1.0 | 0.22 |
8 | 0.02 | 0.7 | 0.4 | 27.6 | 10.3 | 1.8 | 1.0 | 0.12 |
9 | 0.02 | 0.6 | 0.5 | 27.9 | 10.0 | 1.8 | 1.0 | 0.14 |
10 | 0.02 | 0.6 | 0.5 | 28.2 | 9.8 | 1.9 | 0.9 | 0.16 |
11 | 0.02 | 1.0 | 0.5 | 28.0 | 7.3 | 0.3 | 0.2 | 0.24 |
12 | 0.02 | 0.2 | 0.9 | 24.9 | 7.0 | 4.0 | 0.3 | 0.25 |
13 | 0.02 | 0.6 | 7.5 | 26.2 | 3.7 | 1.6 | 1.0 | 0.33 |
14 | 0.02 | 0.2 | 1.0 | 29.9 | 7.5 | 2.3 | 0.1 | 0.33 |
15 | 0.04 | 0.2 | 6.2 | 30.4 | 5.6 | 1.5 | 0.2 | 0.37 |
16 | 0.02 | 0.3 | 1.4 | 30.2 | 5.9 | 1.5 | 0.2 | 0.38 |
17 | 0.02 | 0.3 | 7.8 | 30.4 | 5.7 | 1.6 | 0.3 | 0.43 |
18 | 0.02 | 0.3 | 5.0 | 29.9 | 6.6 | 1.5 | 0.2 | 0.38 |
19 | 0.02 | 0.3 | 4.8 | 29.9 | 5.8 | 1.5 | 1.5 | 0.41 |
20 | 0.02 | 0.3 | 5.0 | 30.1 | 5.2 | 1.5 | 0.2 | 0.46 |
21 | 0.03 | 1.0 | 0.4 | 26.8 | 7.1 | 0.8 | 1.7 | 0.29 |
22(LDX2101) | 0.03 | 0.7 | 5.0 | 21.3 | 1.6 | 0.2 | 0.3 | 0.21 |
23(2304) | 0.02 | 0.4 | 1.3 | 22.8 | 4.2 | 0.2 | 0.3 | 0.13 |
24(LDX2404) | 0.03 | 0.4 | 3.0 | 23.9 | 3.7 | 1.6 | 0.4 | 0.28 |
25(2507) | 0.01 | 0.4 | 0.8 | 25.0 | 6.9 | 3.8 | 0.2 | 0.29 |
26(2205) | 0.02 | 0.3 | 1.4 | 22.4 | 5.7 | 3.2 | 0.2 | 0.18 |
27 | 0.01 | 0.3 | 1.1 | 26.9 | 6.3 | 1.8 | 1.4 | 0.33 |
28 | 0.02 | 0.3 | 1.0 | 27.3 | 6.6 | 1.9 | 1.6 | 0.36 |
29 | 0.03 | 0.2 | 2.3 | 27.9 | 6.7 | 1.9 | 1.7 | 0.30 |
30 | 0.02 | 0.7 | 1.1 | 28.2 | 6.2 | 1.9 | 1.5 | 0.29 |
31 | 0.02 | 0.7 | 0.6 | 26.8 | 6.5 | 1.9 | 1.8 | 0.33 |
32 | 0.02 | 0.3 | 1.2 | 27.2 | 6.2 | 1.8 | 1.4 | 0.28 |
33 | 0.02 | 0.3 | 1.1 | 28.2 | 6.6 | 1.8 | 1.3 | 0.28 |
34 | 0.02 | 0.3 | 1.0 | 27.3 | 6.7 | 1.8 | 1.7 | 0.28 |
通过Huey测试来测试根据本发明的双相铁素体奥氏体不锈钢在硝酸中的耐腐蚀性。这也提供了晶间腐蚀敏感性的评价以及在提高的温度和压力下的尿素生产中钢性能的指示性测量。在Huey测试中(ASTM A262,实践C)在沸腾的硝酸溶液中进行钢的腐蚀测试,使得将样品在65%的硝酸中煮5个连续时段,每个时段48小时,每个时段使用新酸开始。由重量损失计算每个时段的腐蚀速率。将金属重量的损失转换为以mm/年(毫米每年)计的损失。下面的表2比较了本发明的不锈钢的腐蚀速率和参比双相不锈钢LDX2101、LDX2404和2304的腐蚀速率。表2也包含了HRE(Huey当量)值(按重量%计),其中考虑了每种合金化元素的贡献作用,并且由式(1)计算该HRE值,各元素的值以重量%计:
HRE=Cr+1.5×Ni-1.4×Mn+0.6×Mo+0.1×N (1)
HRE值的式子表明铬对Huey测试具有大的正面影响,并且镍更是如此,然而锰在这方面是负面的。钼和氮显示具有较小的作用。铜的作用是如此之小以至于将其从方程中排除。
使用式(2)计算表1中的双相不锈钢的抗点蚀当量(PRE),各元素的值均以重量%计:
PRE=Cr+3.3×Mo+30×N-Mn (2)
表2
钢 | 腐蚀速率mm/y | HRE | PRE |
1 | 0.135 | 42 | 39 |
2 | 0.115 | 37 | 43 |
3 | 0.114 | 39 | 44 |
4 | 0.122 | 39 | 39 |
5 | 0.090 | 40 | 42 |
6 | 0.119 | 42 | 39 |
7 | 0.122 | 41 | 42 |
22(LDX2101) | 0.443 | 17 | 23 |
23(2304) | 0.222 | 27 | 26 |
24(LDX2404) | 0.255 | 26 | 34 |
27 | 0.134 | 36 | 42 |
28 | 0.102 | 37 | 43 |
29 | 0.131 | 36 | 41 |
30 | 0.118 | 37 | 42 |
31 | 0.131 | 37 | 42 |
32 | 0.138 | 36 | 40 |
33 | 0.157 | 38 | 41 |
34 | 0.116 | 37 | 41 |
图1中说明了表2中所示腐蚀速率与HRE值的函数关系。图1中所示结果表明了上述合金化元素在HRE中的联合作用并且进一步表明Huey当量越大,腐蚀速率越小。为了本发明的期望腐蚀速率,有利地将HRE值限制为最小值是35,在Huey测试中这对应于0.14mm/年的腐蚀速率。
根据表2的结果,本发明的双相不锈钢中的抗点蚀当量值(PRE)在大于41的范围。
在制造和运输化学品的操控应用中,钢对硫酸中的腐蚀的耐受性具有大的重要性,在恒定温度下使用24小时、72小时和72小时的三个连续测试时段在10%的硫酸中进行测试。在第三时段开始时,通过与锌接触来活化样品,从而使样品去钝化并且确保更严格的测试。基于在65℃、95℃和沸腾温度(BT)(104℃)下的测试结果,根据式(3)评估硫酸耐受性当量(SRE),其中T是以℃计的测试温度,各元素的值均是以重量%计:
SRE=Cr+0.4×Ni-1.1×Mn+0.75×Mo+2.2×Cu+24×N-0.3×T (3)
硫酸测试的结果和所测试合金的计算值列于表3中。可以看出例如对于大于8的SRE(关于T=104℃),实现了比类似于2507(合金25)的合金显著更高的硫酸耐受性。图2也示出了表3中所示的重量损失,其中可以看出SRE越高,在硫酸中的重量损失越小。图2中还存在对于不同测试温度在所提出的发明之内的被测合金的实例。
表3
根据表3中的结果,本发明双相不锈钢的依照式(3)的硫酸腐蚀耐受性SRE在硫酸的沸腾温度(BT,104℃)下大于8,在温度95℃下大于11,并且在温度65℃下大于20。
通过测定σ相含量来测试本发明双相铁素体奥氏体不锈钢的结构稳定性。将所有的受试合金在850℃的温度下热处理10分钟,因为在该温度下σ相形成的动力学最快。在合金的热处理和冷却之后,以金相学方式测定σ相含量。
通过式(4)中的σ当量(SGR)来描述合金对σ相析出的耐受性,各元素的值均以重量%计:
SGR=Cr+2×Mo-40×N+0.5×Mn-2×Cu (4)
σ当量显示了高合金化的双相铁素体奥氏体不锈钢的结构稳定性的通式。σ当量越小,合金越稳定。对于本发明的抵抗σ相析出的期望稳定性,有利地限制SGR值小于18。
关于受试合金中的σ相含量和σ当量(SGR)的结果在表4中给出并且图3中示出,该图显示了测量的σ相含量与σ当量(SGR)的函数关系。相比于因生产困难和在加工线中的σ相脆性行为而被众所周知的合金25(2507),本发明的所选合金表现出显著更低的关于σ相形成的SGR值倾向。
表4
钢 | σ相含量% | SGR% |
1 | 9.0 | 23 |
8 | 34.9 | 25 |
9 | 20.9 | 24 |
10 | 14.0 | 24 |
11 | 1.4 | 19 |
12 | 4.7 | 23 |
13 | 0.5 | 18 |
14 | 0.4 | 22 |
21 | 0.05 | 14 |
25 | 4.2 | 21 |
27 | 0 | 15 |
28 | 0.05 | 14 |
29 | 0.4 | 17 |
30 | 0.3 | 18 |
31 | 0.2 | 14 |
32 | 0.1 | 17 |
33 | 0.05 | 19 |
34 | 0 | 17 |
分析结果表明氮对于减少σ相形成具有重大作用。意外地,铜也表现出减少σ相形成的倾向。
基于有关对铁素体含量、PRE、HRE、SRE和SGR要求的结果,图4、图5和图6中示出了组成窗口的图解。在这些图中,对于限定最优合金组成的多维空间的截面(section)限定了最佳的组成窗口。
通过Cr和Ni的化学组成窗口(即以重量%计的Cr和Ni含量之间的相关性)来说明本发明的双相铁素体奥氏体不锈钢,该不锈钢具有1.2%的Mn,2.1%的Cu,2.0%的Mo和0.3%的N的组成,所述化学窗口位于图4中的区域5a’、5b’、5c’、5d’和5e’的框内,并且是用表5中的以重量%计的下列坐标标记位置来限定。
表5
位置 | Cr% | Ni% |
5a’ | 26.60 | 6.41 |
5b’ | 29.60 | 8.41 |
5c’ | 29.60 | 7.07 |
5d’ | 27.22 | 5.49 |
5e’ | 26.60 | 5.90 |
用如图4所示的显微组织中铁素体含量、PRE、SRE、HRE和SGR的期望值来确定本发明双相不锈钢的表5中的标记位置。
通过按重量%计的Cr和Cu的化学组成窗口(即Cr和Cu含量之间的相关性)来说明根据本发明的双相铁素体奥氏体不锈钢,该不锈钢具有1%Mn,6.5%Ni,1.8%Mo和0.3%N的组成,所述化学窗口位于图5中的区域6a’、6b’、6c’、6d’、6e’和6f’的框内,并且是用表6中的以重量%计的下列坐标标记位置来限定。
表6
位置 | Cr% | Cu% |
6a’ | 27.06 | 1.92 |
6b’ | 27.87 | 3.00 |
6c’ | 29.87 | 3.00 |
6d’ | 28.66 | 1.38 |
6e’ | 27.45 | 0.77 |
6f’ | 27.06 | 0.95 |
用如图5所示的显微组织中铁素体含量、PRE、SRE、SGR和Cu含量的期望值来确定本发明双相不锈钢的表6中的标记位置,
通过Ni和Cu的化学组成窗口(即以重量%计的Cr和Ni含量之间的相关性)来说明根据本发明的双相铁素体奥氏体不锈钢,该不锈钢具有1%Mn,27.5%Cr,1.8%Mo和0.3%N的组成,所述化学窗口位于图6中的区域7a’、7b’、7c’、7d’和7e’的框内,并且是用表7中的以重量%计的下列坐标标记位置来限定。
表7
位置 | Cr% | Ni% |
7a’ | 0.80 | 7.35 |
7b’ | 3.00 | 6.25 |
7c’ | 3.00 | 4.92 |
7d’ | 0.84 | 6.00 |
7e’ | 0.80 | 6.23 |
用如图6所示的显微组织中铁素体含量、SRE、SGR和Cu含量的期望值来确定本发明双相不锈钢的表7中的标记位置,
8种受试合金(27-34)具有在本发明之内的化学组成,并且σ当量(SGR)、HRE值和铁素体相含量(体积%)列于表8中。
表8
合金27-34中的根据式(4)的σ当量(SGR)低于19。
这种条件意味着基本上防止了在本发明双相不锈钢的显微组织中的σ相形成。
表8中所示的结果也表明所有的合金27-34的腐蚀速率有利于在尿素制造条件中的使用,因为根据式(1)的Huey当量(HRE值)在35-39.5的范围内。如表2和图1中的结果所示,Huey测试中的这个范围对应低于0.14mm/年的腐蚀速率。
表8和图1中的结果还表明所有的合金27-34的腐蚀速率均有利于在硫酸的制造、运输和使用中的应用,因为根据式(3)的硫酸耐受性当量(SRE)高于8。
这些结果也表明合金27-34都对局部腐蚀具有高的耐受性,因为根据式(2)的PRE高于40。
本发明的双相不锈钢的一个重要性质是这些钢容易制造。在高合金化的双相不锈钢中,在热加工期间的热加工性以及对金属间化合物相析出的敏感性将是成功大批量生产该钢种的关键要素。在实际的热加工期间析出相的性质将不是限制性因素,但是在随后的冷操作期间却是如此,包括诸如提升和运输的简单任务以及诸如板材矫平和卷材展开等较复杂的操作,具有过量σ相的双相钢将会像玻璃一样脆,并且不能以通常的钢厂操作(steel mill operation)对其操纵。
通过控制关键的微量元素例如硼(B)、钙(Ca)和铈(Ce)、硫(S)和铝(Al)解决了本发明中的热加工性问题。通过主要的合金化元素Cr、Ni、Mo、Mn、Si、Cu和任选的W和Co(如上文关于σ当量的章节中所述)并结合热轧参数来控制对于金属间化合物相析出的敏感性。
本发明的双相铁素体奥氏体钢可被制成铸件,铸锭,板坯,初轧方坯,坯锭以及扁平产品例如板材、片材、带材、卷材,和长型产品例如棒材、杆材、线材、型材(profiles)和型钢(shapes)、无缝和焊接的管材和/或管件。此外,可以制造其它产品如金属粉末、成形的型钢和型材。
Claims (20)
1.双相铁素体奥氏体不锈钢,其用于要求良好的耐均匀腐蚀性和高强度的硝酸环境的化学工业,其特征在于该不锈钢的显微组织具有35-65体积%的铁素体,余量为奥氏体,并且化学组成含有少于0.03重量%的碳,少于1重量%的硅,少于3重量%的锰,26-29.5重量%的铬,5-8.5重量%的镍,1-3重量%的钼,0.25-0.35重量%的氮,1-3重量%的铜,其余是铁和在不锈钢中出现的不可避免的杂质,并且σ当量SGR(Cr+2×Mo-40×N+0.5×Mn-2×Cu)为15-18。
2.根据权利要求1的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于该不锈钢的显微组织具有45-55体积%的铁素体。
3.根据权利要求1的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于Huey当量HRE(Cr+1.5×Ni-1.4×Mn+0.6×Mo+0.1×N)在35-39.5的范围内。
4.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于硫酸腐蚀耐受性SRE(Cr+0.4×Ni-1.1×Mn+0.75×Mo+2.2×Cu+24×N-0.3×T)在硫酸沸腾温度下大于8,在温度95℃下大于11,并且在温度65℃下大于20。
5.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于抗点蚀当量值(PRE)在大于41的范围内。
6.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于铬含量为26.5-29重量%。
7.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于铬含量为27-28.5重量%。
8.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于镍含量为5.5-7.5重量%。
9.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于镍含量为5.8-7.5重量%。
10.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于锰含量为0.5-1.5重量%。
11.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于铜含量为1.3-2.5重量%。
12.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于钼含量为1.5-2.5重量%。
13.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于氮含量为0.25-0.33重量%。
14.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于硅含量小于0.6重量%。
15.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于该不锈钢任选地含有一种或多种添加元素:少于0.04重量%的Al,少于0.003重量%的B,少于0.003重量%的Ca,少于0.1重量%的Ce,至多1重量%的Co,至多1重量%的W,至多0.1重量%的Nb,至多0.1重量%的Ti,至多0.2重量%的V。
16.根据权利要求15的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于Al含量少于0.03重量%。
17.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于该不锈钢含有下述作为不可避免的杂质:少于0.010重量%的S,少于0.040重量%的P,使得总量(S+P)少于0.04重量%,并且总氧含量低于100ppm,除非在金属粉末的情形中总氧含量至多为250ppm。
18.根据权利要求17的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于S含量少于0.005重量%。
19.根据权利要求17的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于总氧含量低于50ppm。
20.根据权利要求1-3中任一项的双相铁素体奥氏体不锈钢,其特征在于所述钢被制成铸件、板坯、初轧方坯、坯锭、板材、片材、带材、卷材、棒材、杆材、线材、型材、无缝和焊接的管材、或金属粉末。
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