CN107012407A

CN107012407A - 一种耐腐蚀的双相不锈钢及其制备方法

Info

Publication number: CN107012407A
Application number: CN201710177701.6A
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: 2017-08-04

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀的双相不锈钢及其制备方法，该双相不锈钢包括以下成分：C、Mn、Ni、Cr、Si、N、Al、Mo、B、Te、Nb，余量为Fe及不可避免的杂质。其制备方法是先将原料置于电炉中冶炼，控制电炉中母液成分及温度，然后转移至氩氧精炼炉内进行吹氧脱碳、吹氮及成分调整，最后通过浇铸、锻造、轧制固溶和淬火处理制得。针对现有技术中双相不锈钢在原料成本方面的不足，本发明调整了钢中各元素及其配比，适当得降低了双相不锈钢中贵重元素镍的含量，提高了铬及其它元素的含量，增加了B、Te和Nb元素，使本发明的不锈钢制品在受时效热处理的影响下，仍然具有优良的抗应力腐蚀开裂及点状腐蚀的能力，抗腐蚀性能大大提高，且降低了原料成本。

Description

一种耐腐蚀的双相不锈钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及不锈钢生产加工领域，尤其是涉及一种耐腐蚀的双相不锈钢及其制备方法。

背景技术

随着国内重化工业的持续快速发展，石油化工、海水与废水处理、输油输气管道等工业设备需求加速。这些领域的工况十分恶劣，存在各种类型的强酸、强碱，对设备的耐腐蚀性和强度提出了极高要求。目前国内使用的普通Ni-Cr型奥氏体不锈钢很容易在在使用中由于腐蚀而失效，为了延长使用寿命，往往增加钢板厚度，不仅造成设备笨重而且增加了成本，特别是其含有的昂贵元素镍。

不锈钢主要分为单相奥氏体不锈钢、单相铁素体不锈钢、单相马氏体不锈钢和双相铁素体-奥氏体不锈钢等。不锈钢在大气环境中具有优异的耐蚀性能，但是大多数单相不锈钢的耐腐蚀性能较差。相对单相不锈钢而言，双相铁素体-奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能较好，但是很多不锈钢构件在处于石油化工、海水与废水处理、输油输气管道等特殊环境下经常面临冲刷腐蚀，冲刷腐蚀与酸碱盐液体浸泡时与单纯的电化学腐蚀不同，冲刷腐蚀会发生电化学腐蚀因素和力学冲刷因素的交互作用，因此对双相不锈钢的耐蚀性能和力学性能有双重要求。

双相不锈钢与其它合金钢相比是一种具有优越耐腐蚀性能的特殊钢。然而，一般的市售不锈钢不同时地具有良好的抗应力腐蚀裂纹(scc)及抗裂隙腐蚀，如点状腐蚀的能力，因而一般的不锈钢不能用于涉及高浓度氯离子环境中所用设备的材料。在这一点上，以钛合金或镍基超级合金代替一般的不锈钢用作高浓度氯离子环境中所用设备的材料。然而，钛合金及镍基超级合金不仅产量有限，而且与一般合金钢相比还非常昂贵。在这一点上，一直持续研究用通过控制不锈钢中的合金元素的组成而开发有改进耐腐蚀性能的不锈钢。然而，双相不锈钢的抗腐蚀性在其时效热处理时会下降。在此点上，当此不锈钢制品被加热，比如焊接时，该钢的抗腐蚀性则不得不下降。因时效热处理而致的一般耐蚀不锈钢的耐腐性的这样的下降是因为双相不锈钢中的铁素体相转变成奥氏体II相和σ相，这是含有大量铬和钼并具有高硬度的。因此本发明的目的在于提供耐腐蚀的双相不锈钢，它具有奥氏体－铁素体双相基体，而且降低了昂贵的镍的含量，并改善了在含氯离子的环境中的抗应力腐蚀开裂及点状腐蚀的能力，即使在受时效热处理的影响下，其性能也能突显。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种耐腐蚀的双相不锈钢及其制备方法，该种双相不锈钢在受时效热处理的影响下，依然具有优良的抗应力腐蚀开裂及点状腐蚀的能力。

下列为各元素在不锈钢中的作用：

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15.5％。

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。

氮(N)是双相不锈钢中的重要的奥氏体稳定剂，并且与碳类似，其增加抵抗马氏体的稳定性。氮还能提高强度、应变硬化和耐腐蚀性。关于Md30温度的一般经验表达式表明：氮和碳对奥氏体稳定性具有同样强烈的影响。因为氮能够以比碳更大的程度添加到不锈钢中而不会有害影响耐腐蚀性。

铝(A1)铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。

钼(Mo)是可添加用以增加耐腐蚀性的铁素体稳定剂，因此钼含量应大于0.6％。

在双相钢中少量添加硼(B)、铌(Nb)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，过量则会产生不利效果，因此，微量存在。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种耐腐蚀的双相不锈钢，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：0.04～0.06%、Mn：1.0～2.0%、Ni：4.2～6.8%、Cr：16.2～22.4%、Si：0.07～0.09%、N：0.1～0.3%、Al：0.01～0.03%、Mo：2.1～4.5%、B：0.002～0.006%、Te：0.005～0.009%、Nb：0.001～0.005%，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：0.05%、Mn：1.5%、Ni：5.5%、Cr：19.3%、Si：0.08%、N：0.2%、Al：0.02%、Mo：3.3%、B：0.004%、Te：0.007%、Nb：0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，所述Mn、Ni和Cr的总含量小于等于30%，即∑（Mn+Ni+Cr）≤30%。

进一步地，所述B、Te和Nb的总含量小于等于0.02%，即∑（B+Te+Nb）≤0.02%。

进一步地，所述杂质的重量百分比≤0.01%。

一种上述耐腐蚀的双相不锈钢制备方法，按照以下步骤进行：

（1）将原料置于电炉中冶炼，控制电炉中母液成分在上述百分比含量内，控制钢水出炉温度在1500-1600℃；

（2）将出炉的母液转移至氩氧精炼炉内进行吹氧脱碳、吹氮及成分调整；

（3）在1600-1700℃条件下，将钢水浇铸成铸锭；

（4）将上述铸锭在1100-1200℃锻造成钢板，随后进一步热轧制成2-20mm钢板；

（5）最后将轧制后的钢板经过固溶和淬火处理，便制得本发明的耐腐蚀的双相不锈钢。

优选地，所述原料包括锰铁、铬铁、钼铁、镍铁、石灰石、白云石和碳化硅。

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。

本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：本发明的奥氏体—铁素体双相不锈钢，是针对现有技术中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，适当得降低了双相不锈钢中贵重元素镍的含量，提高了铬及其它元素的含量，增加了B、Te和Nb元素，使本发明的不锈钢制品在受时效热处理的影响下，仍然具有优良的抗应力腐蚀开裂及点状腐蚀的能力，抗腐蚀性能大大提高，且降低了原料成本，极其适用于以海水作冷却水的热交换器、罐及淡化厂的管子、燃料气体脱硫设备、煤发电厂、石油化工和精炼厂的管道和管子、化学工厂及废水处理厂的双相不锈钢。

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1-3

一、本发明的耐腐蚀双相不锈钢实施例1-3，其成分的百分比如下表1：

表1

二、本发明的耐腐蚀双相不锈的制备方法按照以下步骤进行：

实施例1

（1）将原料置于电炉中冶炼，控制电炉中母液成分在上述百分比含量内，控制钢水出炉温度在1500℃，其中，原料包括锰铁、铬铁、钼铁、镍铁、石灰石、白云石和碳化硅；

（3）在1600℃条件下，将钢水浇铸成铸锭；

（4）将上述铸锭在1100℃锻造成钢板，随后进一步热轧制成5mm钢板；

（5）最后将轧制后的钢板经过固溶和淬火处理，便制得本发明的耐腐蚀的双相不锈钢，其中，固溶处理温度为1100℃，时间为8小时。

实施例2

（1）将原料置于电炉中冶炼，控制电炉中母液成分在上述百分比含量内，控制钢水出炉温度在1550℃，其中，原料包括锰铁、铬铁、钼铁、镍铁、石灰石、白云石和碳化硅；

（3）在1650℃条件下，将钢水浇铸成铸锭；

（4）将上述铸锭在1150℃锻造成钢板，随后进一步热轧制成10mm钢板；

（5）最后将轧制后的钢板经过固溶和淬火处理，便制得本发明的耐腐蚀的双相不锈钢，其中，固溶处理温度为1150℃，时间为7小时。

实施例3

（1）将原料置于电炉中冶炼，控制电炉中母液成分在上述百分比含量内，控制钢水出炉温度在1600℃，其中，原料包括锰铁、铬铁、钼铁、镍铁、石灰石、白云石和碳化硅；

（3）在1700℃条件下，将钢水浇铸成铸锭；

（4）将上述铸锭在1200℃锻造成钢板，随后进一步热轧制成2-20mm钢板；

（5）最后将轧制后的钢板经过固溶和淬火处理，便制得本发明的耐腐蚀的双相不锈钢，其中，固溶处理温度为1200℃，时间为6小时。

实施例4

热时效处理抗腐蚀实验

将实施例1-3以及现有的双相不锈钢SAF2205和SAF2520进行热处理热时效处理抗腐蚀实验，该处理是将双相不锈钢置于NaCl和CaCl₂的混合溶液中，分别在温度45℃和85℃进行30、60分钟的泡置，同时进行不锈钢表面观察，测定铁素体含量和晶间腐蚀速率。测定结果如下表1。

表1

由上表1不难看出，本发明的双相不锈钢相比现有的不锈钢在热时效处理中，钢材的抗腐蚀性表现良好，约为现有双相不锈钢耐腐蚀性能的两倍。

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

1.一种耐腐蚀的双相不锈钢，其特征在于，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：0.04～0.06%、Mn：1.0～2.0%、Ni：4.2～6.8%、Cr：16.2～22.4%、Si：0.07～0.09%、N：0.1～0.3%、Al：0.01～0.03%、Mo：2.1～4.5%、B：0.002～0.006%、Te：0.005～0.009%、Nb：0.001～0.005%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢，其特征在于，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：0.05%、Mn：1.5%、Ni：5.5%、Cr：19.3%、Si：0.08%、N：0.2%、Al：0.02%、Mo：3.3%、B：0.004%、Te：0.007%、Nb：0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢，其特征在于，所述Mn、Ni和Cr的总含量小于等于30%，即∑（Mn+Ni+Cr）≤30%。

4.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢，其特征在于，所述B、Te和Nb的总含量小于等于0.02%，即∑（B+Te+Nb）≤0.02%。

5.根据权利要求1至4所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢，其特征在于，所述杂质的重量百分比≤0.01%。

6.一种如权利要求1至5任一所述的耐腐蚀的双相不锈钢制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（3）在1600-1700℃条件下，将钢水浇铸成铸锭；

7.根据权利要求6所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢制备方法，其特征在于，所述原料包括锰铁、铬铁、钼铁、镍铁、石灰石、白云石和碳化硅。

8.根据权利要求6所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢制备方法，其特征在于，所述固溶处理温度为1100-1200℃，时间为6-8小时。