CN105821346A

CN105821346A - 一种经济型双相不锈钢线材及其制造方法

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Publication number: CN105821346A
Application number: CN201510006041.6A
Authority: CN
Inventors: 余式昌; 臧震; 胡锦程; 徐松乾; 马宝国; 罗晓青; 周慧
Original assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Current assignee: BAOSTEEL SPECIAL STEEL LONG PRODUCTS Co.,Ltd.
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2035-01-06
Also published as: CN105821346B

Abstract

本发明公开了一种经济型双相不锈钢线材及其制造方法，所述不锈钢包括按重量百分数计的如下组分：C0.01～0.05，Si0.1～1.0，Mn2.5～4.0，Ni1.5～2.5，Cr20.5～22.5，Mo0.2～0.8，N0.12～0.18，W0.05～0.30，P≤0.035，S≤0.015，其余为Fe和不可避免的杂质。所述不锈钢线材的制造方法配料完毕后依次进行冶炼、连铸、轧制、固溶处理和酸洗。本发明的优点在于：通过化学成分设计和制造过程控制，获得具有良好的塑性、高的冷加工硬化能力和良好的耐腐蚀性能的经济型双相不锈钢线材，可应用于加工制造不锈钢弹簧等线材用途，部分替代304不锈钢用途。

Description

一种经济型双相不锈钢线材及其制造方法

技术领域

本发明属于不锈钢材料领域，涉及一种经济型双相不锈钢，特别涉及一种具有良好的塑性、高的冷加工硬化能力和良好的耐腐蚀性能的经济型双相不锈钢线材及其制造方法。

背景技术

双相不锈钢是一种由铁素体和奥氏体两相组成的不锈钢，在固溶状态下其中一相比例一般约为45％～55％(量少相至少占30％)。由于两相组织的特征使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，与奥氏体不锈钢相比，固溶状态下双相不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的近两倍，而耐点腐蚀、耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀及耐疲劳腐蚀能力相比同级别的奥氏体不锈钢有明显改善。

线材领域广泛使用的是304系列不锈钢，该类不锈钢综合性能良好、生产工艺成熟、用户使用方便，但由于贵金属Ni的价格高且频繁波动，造成304系列不锈钢价格高且波动大，对生产企业与用户都带来了巨大的经营风险，且其耐局部腐蚀性能相对较差，正因如此，进入2000年以来，经济型双相不锈钢已经成为双相不锈钢研发的热点和前沿，经济型双相不锈钢通过特殊的合金设计，降低合金中贵金属镍和钼的含量，从而显著降低材料成本，且具备高强度和高耐腐蚀性能。

第一代到第三代双相不锈钢，包括现有的经济型双相不锈钢，其体系基本上针对板材、管材为最终目标市场，发展的趋势是氮含量逐渐增高，综合考虑耐腐蚀性能、力学性能、焊接性能以及可制造性进行成分设计。氮的含量提高带来的直接影响是强度提高，焊接后的力学与耐腐蚀性能提高。显然，这对于需要焊接、用户后续冷加工变形少的应用领域是很有必要的。而在线材领域，因为生产方式、用户使用需求等的差异，目前的双相不锈钢体系并不适合例如不锈钢弹簧这一类需要进行大的冷变形加工且对耐蚀性有较高要求的行业使用。

专利EP2258885(A1)公开了一种低合金双相不锈钢，其化学成分为：C:≤0.06％，Si:0.1-1.5％，Mn:2.0-4.0％，P:≤0.05％，S≤0.005％，Cr:19.0-23.0％，Ni:1.0-4.0％，Mo:≤1.0％，Cu:0.1-3.0％，V:0.05-0.5％，Al:0.003-0.050％，O:≤0.007％，N:0.10-0.25％，Ti:≤0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。该专利将Mn含量控制在2.0-4.0％，且铬含量较高，另外添加了一定量的V，利用V抑制N的活性，从而避免焊缝热影响区中Cr的氮化物析出，从而提高焊缝的耐腐蚀性与冲击韧性，该专利可应用于对耐蚀性特别是焊缝部位耐蚀性有较高要求的领域，但成本较高，且含较高的铜导致加工硬化低。

专利CN101215674涉及一种经济型双相不锈钢合金材料及其制备方法，该合金材料的组成及质量百分比为：0＜C≤0.04％，0＜S≤0.01％，0＜Si≤1.0％，0＜P≤0.015％，Cr：18.0～20.0％，Mn：5.0～7.0％，N：0.15～0.25％，B：0.001～0.01％，稀土Ce或Y：0.005～0.20％，其余部分为铁。该钢是典型的以Mn、N代Ni的经济型双相不锈钢，其Cr含量较低且不含Mo，这种双相不锈钢的PREN值较低，材料的耐蚀性能下降，另外该钢4～7％的Mn以及0.15-0.3％的N完全取代Ni，强度较高，该专利因耐蚀性较差不适用于弹簧等对耐蚀性有较高要求的领域。

中国专利CN102002646A提供了一种具有高力学性能和优良耐腐蚀性能的经济双相不锈钢，其成分及重量百分比为：C：≤0.03％，Cr：21.5～23.0％，Ni：1.50～2.50％，N：0.20～0.40％，Mo：0.20～0.40％，Cu：0.20～0.50％，Mn：0.5～2.0％，S：＜0.005％，P：＜0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质。该钢耐局部腐蚀和均匀腐蚀能力均优于304奥氏体不锈钢，氮含量较高，力学性能类似于316L，可作为目前广泛使用的304、316L奥氏体不锈钢的替代材料，该专利适用于对耐蚀性和力学性能有较高要求的板材领域，但因氮含量较高导致其冷加工性能较差，不适于于线材领域。

中国专利CN102634740A一种高塑性的经济型双相不锈钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C0.01～0.06％，Si0.1～1.0％，Mn0.5～4.0％，Cr19.5～22.0％，Ni1.8～3.5％，N0.1～0.18％，Mo0.5～1.3％，Cu0.1～1.0％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明以Mn、N取代Ni从而降低成本，同时调整Cr、Mo的含量使钢具有优异的耐腐蚀性能与更高的塑性，兼具有良好的低温韧性与焊接性能，其制造的板材可大量应用于热交换器、水箱等对耐蚀性和塑性要求较高的环境，该专利合金成本较高。

中国专利CN102719767A公开了一种具有优良冷镦性能的经济型双相不锈钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C0.01～0.07％，Si0.1～1.0％，Mn4.0～7.0％，Cr21.5～23.5％，Ni1.8～3.5％，N0.08～0.15％，Mo0～0.5％，Cu0.1～1.5％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明控制较高的Cr和加入少量Mo保证合金的耐腐蚀性能，为降低材料的屈服强度与加工硬化率，提高材料的冷镦性能，将N含量控制较低含量，镍含量较高并添加Cu，该专利冷镦性能较好，但由于冷加工硬化较低导致其强度达不到弹簧领域使用要求。

以上经济型双相不锈钢专利均未涉及到提高双相不锈钢的冷加工硬化能力。本专利所描述的是一种具有良好的塑性、高的冷加工硬化能力和良好的耐腐蚀性能的经济型双相不锈钢，相比304系列不锈钢具有良好的成本优势，可应用于加工制造不锈钢弹簧等线材用途，本专利与其他相关专利的成分对比如表1所示。

表1相关专利成分对比(wt.％)

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济型双相不锈钢合金成分和制造方法，使得该材料具有良好的塑性、高的冷加工硬化能力和良好的耐腐蚀性能。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

一种经济型双相不锈钢线材，其包括按重量百分数计的如下组分：C：0.01～0.05％，Si：0.1～1.0％，Mn：2.5～4.0％，Ni：1.5～2.5％，Cr：20.5～22.5％，Mo：0.2～0.8％，N：0.12～0.18％，P：≤0.035％，S：≤0.015％，W：0.05～0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质。

确定本发明技术方案中上述化学成分的理由如下：

碳：是强奥氏体形成元素，能提高钢的强度。当碳含量过高时，会导致腐蚀性能显著下降，以及强度太高造成冷加工困难，而过低的碳含量将增加制备过程中的难度和成本，因此碳含量优先在0.01～0.05％。

硅：是作为脱氧剂加入的，当含量较低时，对钢的机械性能没有大的影响，但加入过多，硅会加速金属间相的析出，则会使加工和韧性劣化，因此硅的加入控制在0.1～1.0％为好。

锰：是弱奥氏体元素，起到稳定奥氏体的作用，锰成本较低，可以利用锰一定程度上取代镍，此外锰的添加可以显著提高氮的溶解度。锰对不锈钢的耐腐蚀性的影响基本上都是负面的，为兼顾材料的成本和耐腐蚀性能，锰含量应控制在2.5～4.0％之间。

磷：是钢中的杂质元素，出于热塑性和耐蚀性的考虑，这个元素含量越少越好，因此磷应控制在≤0.035％。

硫：是钢中的杂质元素，出于热塑性和耐蚀性的考虑，这个元素含量越少越好，因此硫含量控制在≤0.015％。

铬：改善耐蚀性的重要元素，能提高不锈钢在氧化性酸中耐蚀性，提高其在氯化物溶液中的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀能力。过低时耐蚀性较差，但铬含量过高，会增大铁素体及金属间化合物析出倾向，因此优选为20.5～22.5％。

镍：作为强烈的形成和扩大奥氏体区的元素，可以提高奥氏体组织的稳定性和提高热加工性能，能够提高钢的冲击韧性，降低钢的韧-脆转变温度，但镍的价格较高，因此优选镍含量应控制在1.5～2.5％之间。

钼：为铁素体形成元素，可改善合金耐蚀性，尤其是在与铬复合作用的情况下，其耐点蚀当量是铬的3.3倍，但考虑价格因素不宜多加，因此优选控制在0.2～0.8％之间。

氮：是强奥氏体形成元素，氮的奥氏体形成能力远高于镍，其取代Ni可显著降低成本，是现代双相不锈钢中不可或缺的合金元素，其次，氮可以提高奥氏体相的耐腐蚀性能，尤其是耐点腐蚀性能和耐缝隙腐蚀性能，但是氮也是很强的固溶强化元素，过高的氮将显著提高双相不锈钢的强度与硬度，增大氮化物形成的风险，降低材料的韧性和耐蚀性，对冷加工造成不利影响，因此优选控制在0.12～0.18％之间。

钨：在双相钢中的作用与钼相似，可以提高钢的耐腐蚀性能。钨还可以降低奥氏体/铁素体相界面的活性，抑制金属间相的形成，另外钨有利于提高强度。但是钨含量过高时反而促进金属间相生成，以及成本较高。因此本发明钢中钨含量控制在0.05～0.3％之间。

一种如本发明所述的经济型双相不锈钢线材的制造方法，其是先依次以电炉、氩氧脱碳炉、钢包精炼炉的方式冶炼，冶炼结束后采用连铸的方式得到连铸方坯，然后将所述连铸方坯放入步进式加热炉中加热至1100～1200℃后，在线材轧制机组上，于950～1150℃进行轧制，得到热轧线材，将所述热轧线材在1000～1100℃下进行固溶处理，最后经过酸洗得到双相不锈钢线材产品。

作为优选方案，所述连铸的过程中，控制过热温度小于50℃，连铸拉速控制在为1.0～2.0m/min。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下特点和积极效果：

氮和碳是强奥氏体形成元素，本发明将碳和氮含量控制在合理范围之内，分别为0.01～0.05％和0.12～0.18％，一方面起到稳定奥氏体的作用，平衡双相不锈钢的两相比例，减少镍含量的添加，降低合金的原材料成本，另一方面碳氮含量相比传统经济型双相不锈钢偏低，有利于降低合金的固溶态强度和提高其塑性，另外将锰含量控制在2.5～4.0％和镍含量控制在1.5～2.5％，降低双相不锈钢中奥氏体相的稳定性，另外控制合适的铬和钼含量，使得铬当量/镍当量比值处于合适区间，使得该双相不锈钢在冷变形过程中易于发生奥氏体相向马氏体相的转变，从而出现TRIP效应(相变诱导塑性)，从而使得本发明的双相不锈钢具有良好的塑性，同时由于马氏体相的出现，使得本发明双相不锈钢具有高的冷加工硬化能力，相同冷变形条件下从而获得高的拉伸强度，另外本专利还含添加0.05～0.30％的钨，并且不含铜，有利于进一步提高冷变形后的抗拉强度。

另外本发明双相不锈钢由于含有较高的铬20.5～22.5％，含一定量的钼0.2～0.8％和钨，并且锰含量2.5～4.0％控制较低，根据评价双相不锈钢耐点腐蚀性能的PREN(耐点蚀当量)＝Cr％+3.3Mo％+30N％-Mn％，本发明双相不锈钢具有良好的耐腐蚀性能。

本发明双相不锈钢可利用现有的不锈钢线材产线批量生产，具体制备方法为经电炉+AOD(氩氧脱碳炉)+LF(钢包精炼炉)方式冶炼并连铸得到连铸方坯，连铸控制过热度小于50℃，连铸拉速控制在为1.0～2.0m/min，因采用连铸工艺进一步降低生产成本；在线材轧制机组上热轧成所需规格的线材，轧制过程温度控制在950～1150℃，热轧线材然后进行固溶处理，其固溶处理温度控制在1000～1100℃之间，酸洗后得到双相不锈钢线材产品。由于合理的化学成分设计、控制合适的热加工和热处理工艺，使得生产的双相不锈钢线材产品具有良好的塑性，其冷加工性能良好，并且冷加工硬化率较高，冷拔变形量达到80％时抗拉强度达到1600MPa以上。

总之，根据上述理由提出了本发明的一种经济型双相不锈钢，本发明通过化学成分设计和制造过程控制，获得具有良好的塑性、高的冷加工硬化能力和良好的耐腐蚀性能的经济型双相不锈钢线材，可应用于加工制造不锈钢弹簧等线材用途，部分替代304不锈钢用途。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不仅局限于实施例。

实施例1：

一、按照表2中的配方配料，控制C为0.03％、Si为0.2％、Mn为3.0％、P为0.028％、S为0.004％、Cr为22.5％、Ni为1.8％、N为0.15％、Mo为0.2％、W为0.10％，余量为铁和不可避免的杂质；

二、将配好的原料先依次以电炉、氩氧脱碳炉、钢包精炼炉的方式冶炼，冶炼结束后采用连铸的方式得到连铸方坯，在连铸的过程中，控制过热温度小于50℃，连铸拉速控制在为1.0～2.0m/min。然后将所述连铸方坯放入步进式加热炉中加热至1100～1200℃后，在线材轧制机组上，于950～1150℃进行轧制，得到热轧线材，将所述热轧线材在1000～1100℃下进行固溶处理，最后经过酸洗得到双相不锈钢线材产品。

实施例2：

一、按照表2中的配方配料，控制C为0.01％、Si为0.5％、Mn为2.5％、P为0.025％、S为0.002％、Cr为21.5％、Ni为2.5％、N为0.16％、Mo为0.4％、W为0.14％，余量为铁和不可避免的杂质；

实施例3：

一、按照表2中的配方配料，控制C为0.02％、Si为0.1％、Mn为2.7％、P为0.030％、S为0.003％、Cr为20.7％、Ni为1.6％、N为0.18％、Mo为0.3％、W为0.05％，余量为铁和不可避免的杂质；

实施例4：

一、按照表2中的配方配料，控制C为0.04％、Si为0.8％、Mn为2.9％、P为0.023％、S为0.002％、Cr为20.5％、Ni为1.5％、N为0.14％、Mo为0.7％、W为0.18％，余量为铁和不可避免的杂质；

实施例5：

一、按照表2中的配方配料，控制C为0.03％、Si为0.2％、Mn为4.0％、P为0.017％、S为0.001％、Cr为21.2％、Ni为1.7％、N为0.13％、Mo为0.8％、W为0.30％，余量为铁和不可避免的杂质；

实施例6：

一、按照表2中的配方配料，控制C为0.05％、Si为1.0％、Mn为3.2％、P为0.015％、S为0.002％、Cr为20.9％、Ni为2.1％、N为0.12％、Mo为0.6％、W为0.23％，余量为铁和不可避免的杂质；

对比例1：经济型双相不锈钢S32101

一、按照表2中的配方配料，控制C为0.03％、Si为0.3％、Mn为5.1％、P为0.024％、S为0.002％、Cr为21.4％、Ni为1.5％、N为0.21％、Mo为0.2％、Cu为0.3％，余量为铁和不可避免的杂质；

对比例2：304奥氏体不锈钢

一、按照表2中的配方配料，控制C为0.04％、Si为0.4％、Mn为1.2％、P为0.030％、S为0.003％、Cr为18.1％、Ni为8.1％、N为0.04％，余量为铁和不可避免的杂质；

二、将配好的原料先依次以电炉、氩氧脱碳炉、钢包精炼炉的方式冶炼，冶炼结束后采用连铸的方式得到连铸方坯，在连铸的过程中，控制过热温度小于50℃，连铸拉速控制在为1.0～2.0m/min。然后将所述连铸方坯放入步进式加热炉中加热至1100～1200℃后，在线材轧制机组上，于950～1150℃进行轧制，得到热轧线材，将所述热轧线材在1000～1100℃下进行固溶处理，最后经过酸洗得到304奥氏体不锈钢线材产品。

表2实施例和对比例成分，余量为铁(wt.％)

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	N	Mo	Cu	W
												实施例1	0.03	0.2	3.0	0.028	0.004	22.5	1.8	0.15	0.2	-	0.10
实施例2	0.01	0.5	2.5	0.025	0.002	21.5	2.5	0.16	0.4	-	0.14
												实施例3	0.02	0.1	2.7	0.030	0.003	20.7	1.6	0.18	0.3	-	0.05
实施例4	0.04	0.8	2.9	0.023	0.002	20.5	1.5	0.14	0.7	-	0.18
												实施例5	0.03	0.2	4.0	0.017	0.001	21.2	1.7	0.13	0.8	-	0.30
实施例6	0.05	1.0	3.2	0.015	0.002	20.9	2.1	0.12	0.6	-	0.23
												对比例1	0.03	0.3	5.1	0.024	0.002	21.4	1.5	0.21	0.2	0.3	-
对比例2	0.04	0.4	1.2	0.030	0.003	18.1	8.1	0.04	-	-	-

由表2可见，本发明钢的贵金属镍、钼总的含量相比304奥氏体不锈钢更为经济。

表3列出了实施例和对比例的各项性能，其中力学性能按照GB/T228-2007测得，点蚀电位按照GB/T17899-1999测得。由表3可见，本发明相比已有的经济型双相不锈钢S32101，由于降低了N含量和Mn含量，控制合适的Ni含量，其具有良好的塑性，添加适量的W含量，另外由于冷变形时马氏体相的出现，从而获得高的冷加工硬化能力，控制较高的Cr含量和Mo含量，使得该合金耐腐蚀性能同时能保持较高的水平，因此本发明可部分替代304不锈钢用途。

表3实施例与对比例性能对比

综上，本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下特点和积极效果：

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims

1.一种经济型双相不锈钢线材，其特征在于，包括按重量百分数计的如下组分：C：0.01～0.05％，Si：0.1～1.0％，Mn：2.5～4.0％，Ni：1.5～2.5％，Cr：20.5～22.5％，Mo：0.2～0.8％，N：0.12～0.18％，W：0.05～0.30％，P：≤0.035％，S：≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.一种如权利要求1所述的经济型双相不锈钢线材的制造方法，其特征在于，先依次以电炉、氩氧脱碳炉、钢包精炼炉的方式冶炼，冶炼结束后采用连铸的方式得到连铸方坯，然后将所述连铸方坯放入步进式加热炉中加热后，在线材轧制机组上，进行轧制，得到热轧线材，将所述热轧线材进行固溶处理，最后经过酸洗得到双相不锈钢线材产品。

3.如权利要求2所述的经济型双相不锈钢线材的制造方法，其特征在于，所述连铸方坯在步进式加热炉中的加热温度为1100～1200℃；所述轧制的温度为950～1150℃；所述固溶处理的温度为1000～1200℃。

4.如权利要求2所述的经济型双相不锈钢线材的制造方法，其特征在于，所述连铸的过程中，控制过热温度小于50℃，连铸拉速控制在为1.0～2.0m/min。