CN106978575A

CN106978575A - 一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢及其生产工艺

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Publication number: CN106978575A
Application number: CN201710178457.5A
Authority: CN
Inventors: 魏芳芳
Original assignee: Hefei Xieyao Glassware Co Ltd
Current assignee: Hefei Xieyao Glassware Co Ltd
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2017-07-25

Abstract

本发明公开了一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢及其生产工艺，该双相不锈钢以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C、Cr、Ni、Si、Mn、S、Cu、Mo、W、Ce，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产工艺是先对原料进行除油、除锈、除气预处理，然后置于电弧冶炼炉中进行冶炼处理，再将制成的钢水母液输送至吹氩精炼炉进行精炼，通过浇铸成型、固溶及淬火处理制得。本发明针对现有双相不锈钢在原料成本方面的不足，调整了钢中各元素及其配比，研制出同时具有低成本和良好综合性能的铬资源及镍资源节约型双相钢，本发明的成分配比，在降低成本的同时，具有优良的力学性能，是一种新型的低成本的低镍双相不锈钢。

Description

一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢及其生产工艺

技术领域

本发明涉及不锈钢生产加工领域，尤其是涉及一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢及其生产工艺。

背景技术

双相不锈钢具有优良的机械性能和耐腐蚀性能，可广泛应用在石油、化工、建筑等行业，但双相不锈钢组织是由奥氏体和铁素体构成，由于奥氏体和铁素体组织成分、强度、延伸率各有不同，热加工变形时容易在相界处产生应力集中，导致边部或表面产生裂纹，严重影响了其板面质量及成材率，限制了其广泛推广应用。双相不锈钢边部的表面质量与主要成分、铬镍当量比、微合金元素、杂质元素磷、硫、氧的含量、热加工工艺有关。

随着人类环保意识的不断提高，近年来，人们提出了低碳经济和循环经济的概念。为减少对大气中CO2的排放量和对大气的污染，人们对材料的使用寿命提出了更高的要求。在很多领域，传统的碳钢、耐候钢或涂镀板都已不能满足人们的使用要求，而被经济型不锈钢所替代。如：在铁路车辆领域，我国要求新一代铁路货车的使用寿命达到25年以上，此时，传统的耐大气腐蚀钢和涂镀板均难以满足这种要求。新一代高速、重载和长使用寿命的系列铁路货车车厢均使用经济型铁素体不锈钢：T4003、TCS345。各国在铁路客车领域，广泛应用301系列不锈钢制造客车车厢。使用不锈钢时，虽然初始制造成本较高，但由于其优良的耐腐蚀性能，使用寿命很长，且不用经常维护，因此，从长远来看，使用不锈钢相比碳钢还要经济，符合低碳环保的需求，并可以循环利用。不锈钢主要分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和铁素体奥氏体双相不锈钢几大类。铁素体不锈钢一般强度较低、冲击韧性特别是低温韧性较差，限制了其在对力学性能特别是韧性要求较高领域的应用。马氏体不锈钢由于马氏体的淬硬性，使得在焊接时易产生冷裂纹，也限制了其应用的广泛性。奥氏体不锈钢和铁素体奥氏体双相不锈钢一般含有很高的铬和镍，因此价格昂贵，也不易大量替代碳钢应用于工程机械、建筑结构、车辆制造等领域。

双相不锈钢的主要成分是铬、镍、钼等元素。随着国内不锈钢产能和表观消费需求的进一步持续增长，铬和镍资源的问题已浮出水面并日趋突出，为了降低原料成本，降低钢中镍的含量，一般采用添加氮、锰等合金元素来代替。在此背景下，非常有必要研制一种新的具有加工性能优良、低成本的资源节约型双相不锈钢，以进一步促进我国不锈钢行业的品种结构优化和技术进步，减少对贵金属的依存度，为国家资源节约做出应有贡献。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢及其生产工艺，该双相不锈钢镍铬含量低，原料成本低，力学性能优良。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：0.02～0.04%、Cr：12.5～16.5%、Ni：5～7.6%、Si：0.06～0.08%、Mn：1.2～2.4%、S：0.01～0.02%、Cu：1.2～2.6%、Mo：1.0～3.6%、W：0.006～0.008%、Sb：0.012～0.020%、Ce：0.002～0.004%，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，上述双相不锈钢以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：0.03%、Cr：14.5%、Ni：6.5%、Si：0.07%、Mn：1.8%、S：0.015%、Cu：1.9%、Mo：2.2%、W：0.007%、Sb：0.016%、Ce：0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，所述杂质的重量百分比≤0.01%。

进一步地，所述Cr、Ni和Si的总含量小于等于24%，即∑（Si+Ni+Cr）≤24%。

进一步地，所述W、Sb和Ce的总含量小于等于0.03%，即∑（W+Sb+Ce）≤0.03%。

一种上述低镍铬加工性能优良的双相不锈钢生产工艺，按照以下步骤进行：

步骤1：按照所述成分及重量百分比含量配制原料，将上述原料进行除油、除锈、除气预处理；

步骤2：将预处理后原料输送至电弧冶炼炉中进行冶炼处理，制成钢水母液；

步骤3：将钢水母液输送至吹氩精炼炉进行精炼；

步骤4：先将型筒或铸模预热到260-280℃，然后通过离心铸造或静态铸造浇铸成型，再将型筒或铸模升温至320-340℃，进行脱模；

步骤5：最后经过固溶和淬火处理，便制得本发明的低镍铬加工性能优良的双相不锈钢。

优选地，所述原料包括锰铁、硅铁、钨铁、钼铁、镍铁、石灰石、白云石和萤石。

作为本发明的进一步的优化方案，所述冶炼时间1-2h，控制炉内压强为0.06-0.08MPa以及出炉温度≥1500℃；

作为本发明的进一步的优化方案，所述精炼温度为1600-1700℃，精炼时间设定为1-2h。

作为本发明的进一步的优化方案，所述固溶处理温度为1100-1200℃，时间为6-8小时。

其中，上述元素在双相不锈钢中的作用如下：

碳（C）是奥氏体形成元素，一定程度上代替镍，促进奥氏体并稳定奥氏体，当碳含量过高时，以和铬生成碳化铬，不锈钢的耐腐蚀性和韧性恶化,为了确保不锈钢的耐腐蚀性。

锰(Mn)是用于稳定奥氏体相并且增加氮在不锈钢中的溶解度的重要添加剂。锰能够部分地替代昂贵的镍并且使不锈钢达到适当的相平衡。过高的含量水平将降低耐腐蚀性。锰对抵抗变形马氏体的奥氏体稳定性具有较强的作用，因此必须仔细处理锰含量。锰的范围应当小于2.5％，优选小于2.0％。

镍(Ni)是用于稳定奥氏体相以及实现良好廷展性的基本合金化元素，由于镍的高成本和价格波动，因此，镍在双相不锈钢中的含量不应过高，综合经济效益，其百分比含量一般都不超过15%。

铬(Cr)是使钢耐受腐蚀的主要添加剂。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剂。为了引起这些功能，铬水平应当为至少12.5％。

硅(Si)通常被添加到不锈钢中用以在熔炼车间中进行脱氧的目的。硅稳定双相不锈钢中的铁素体相，但是对于抵抗马氏体形成的奥氏体稳定性其具有比当前表达式中所示更强的稳定化作用。

硫（S）在合金钢中为微量存在，可以改善钢的机加性能。

铜（Cu）是弱奥氏体稳定元素，提高材料的耐腐蚀性、耐大气腐蚀性，具有40%镍奥氏体作用，同时也具有提高材料的冷加工性和改善在硫酸中的腐蚀性能。

钼(Mo)能强化铁素体,提高钢的强度和硬度，可添加用以增加耐腐蚀性的铁素体稳定剂，一般钼含量应大于0.6％。

在双相钢中少量添加钨(W)、锑(Sb)和铈(Ce)以改善钢的热加工性、致密性及强度，在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：本发明通过不断的研发和摸索，针对现有双相不锈钢在原料成本方面的不足，调整了钢中各元素及其配比，研制出同时具有低成本和良好综合性能的铬资源及镍资源节约型双相钢，本发明的成分配比，在降低成本的同时，具有优良的力学性能，是一种新型的低成本的低镍双相不锈钢。本发明的配比，能够全面平衡产品的性能，在不增加成本的情况下，全面优化后的成分和含量，使得产品的整体性能得到了极大的提升。解决了现有技术中多种双相不锈钢存在的问题，可以替代传统不锈钢品种，并可广泛应用于家电、制品和太阳能等领域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例１

步骤1：按照所述成分及重量百分比含量配制原料，将上述原料进行除油、除锈、除气预处理，其中，原料包括锰铁、硅铁、钨铁、钼铁、镍铁、石灰石、白云石和萤石；

步骤2：将预处理后原料输送至电弧冶炼炉中进行冶炼处理，制成钢水母液，其中，冶炼时间1h，控制炉内压强为0.06MPa以及出炉温度≥1500℃；

步骤3：将钢水母液输送至吹氩精炼炉进行精炼，其中，精炼温度为1600℃，精炼时间设定为2h，当钢水质量百分成分达到以下要求时，立即出钢：

C：0.02%、Cr：12.5%、Ni：5%、Si：0.06%、Mn：1.2%、S：0.01%、Cu：1.2%、Mo：1.0%、W：0.006%、Sb：0.012%、Ce：0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质，其中，杂质的重量百分比≤0.01%；

步骤4：先将型筒或铸模预热到260℃，然后通过离心铸造或静态铸造浇铸成型，再将型筒或铸模升温至320℃，进行脱模；

步骤5：最后经过固溶和淬火处理，便制得本发明的低镍铬加工性能优良的双相不锈钢，其中，固溶处理温度为1100℃，时间为8小时。

实施例2

步骤2：将预处理后原料输送至电弧冶炼炉中进行冶炼处理，制成钢水母液，其中，冶炼时间1.5h，控制炉内压强为0.07MPa以及出炉温度≥1500℃；

步骤3：将钢水母液输送至吹氩精炼炉进行精炼，其中，精炼温度为1650℃，精炼时间设定为1.5h，当钢水质量百分成分达到以下要求时，立即出钢：

C：0.03%、Cr：14.5%、Ni：6.2%、Si：0.07%、Mn：1.8%、S：0.015%、Cu：1.9%、Mo：2.3%、W：0.007%、Sb：0.016%、Ce：0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质，其中，杂质的重量百分比≤0.01%；

步骤4：先将型筒或铸模预热到270℃，然后通过离心铸造或静态铸造浇铸成型，再将型筒或铸模升温至330℃，进行脱模；

步骤5：最后经过固溶和淬火处理，便制得本发明的低镍铬加工性能优良的双相不锈钢，其中，固溶处理温度为1150℃，时间为7小时。

实施例3

步骤2：将预处理后原料输送至电弧冶炼炉中进行冶炼处理，制成钢水母液，其中，冶炼时间2h，控制炉内压强为0.08MPa以及出炉温度≥1500℃；

步骤3：将钢水母液输送至吹氩精炼炉进行精炼，其中，精炼温度为1700℃，精炼时间设定为1h，当钢水质量百分成分达到以下要求时，立即出钢：

C：0.04%、Cr：16.2%、Ni：7.3%、Si：0.08%、Mn：2.4%、S：0.02%、Cu：2.6%、Mo：3.6%、W：0.008%、Sb：0.028%、Ce：0.004%，余量为Fe及不可避免的杂质，其中，杂质的重量百分比≤0.01%；

步骤4：先将型筒或铸模预热到280℃，然后通过离心铸造或静态铸造浇铸成型，再将型筒或铸模升温至340℃，进行脱模；

步骤5：最后经过固溶和淬火处理，便制得本发明的低镍铬加工性能优良的双相不锈钢，其中，固溶处理温度为1200℃，时间为6小时。

实施例4

性能检测

将上述实施例1-3所制得的双相不锈钢样品与现有的双相不锈钢进行力学性能测试。其结果见下表1。

表1

由表1可以看出，本发明的双相不锈钢相对于现有的双相不锈钢的力学性能要更好。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其配方、工艺所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所述的据图实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动和润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢，其特征在于，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：0.02～0.04%、Cr：12.5～16.5%、Ni：5～7.6%、Si：0.06～0.08%、Mn：1.2～2.4%、S：0.01～0.02%、Cu：1.2～2.6%、Mo：1.0～3.6%、W：0.006～0.008%、Sb：0.012～0.020%、Ce：0.002～0.004%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢，其特征在于，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：0.03%、Cr：14.5%、Ni：6.5%、Si：0.07%、Mn：1.8%、S：0.015%、Cu：1.9%、Mo：2.2%、W：0.007%、Sb：0.016%、Ce：0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1至2任一所述的一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢，其特征在于，所述杂质的重量百分比≤0.01%。

4.根据权利要求1所述的一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢，其特征在于，所述Cr、Ni和Si的总含量小于等于24%，即∑（Si+Ni+Cr）≤24%。

5.根据权利要求1所述的一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢，其特征在于，所述W、Sb和Ce的总含量小于等于0.03%，即∑（W+Sb+Ce）≤0.03%。

6.一种如权利要求1至5任一所述的低镍铬加工性能优良的双相不锈钢生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤3：将钢水母液输送至吹氩精炼炉进行精炼；

7.根据权利要求6所述的一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢生产工艺，其特征在于，所述原料包括锰铁、硅铁、钨铁、钼铁、镍铁、石灰石、白云石和萤石。

8.根据权利要求6所述的一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢生产工艺，其特征在于，所述冶炼时间1-2h，控制炉内压强为0.06-0.08MPa以及出炉温度≥1500℃。

9.根据权利要求6所述的一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢生产工艺，其特征在于，所述精炼温度为1600-1700℃，精炼时间设定为1-2h。

10.根据权利要求6所述的一种低镍铬加工性能优良的双相不锈钢生产工艺，其特征在于，所述固溶处理温度为1100-1200℃，时间为6-8小时。