CN107083524A - 一种双相不锈钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双相不锈钢及其制备方法，该双相不锈钢包括以下成分：C、Si、Ni、Mn、Cr、N、Ca、Mg、Ti、Co、Y，余量为Fe及不可避免的杂质，且该杂质的重量百分比≤0.1%。其制备工艺是先对上述原料进行脱水除气处理以及纯铁的熔炼，然后有序地加入其它部分原料，炉内充入氩气作为保护气体，控制压强及温度，之后再依次地加入剩余的C、Ti、Co、Y、Mn，再将混合母液输送至AOD炉内吹氧脱碳、吹氮及成分调整，最后依次通过真空浇注、轧制、固溶处理和淬火处理后便制得。本发明的双相不锈钢相比现有技术，不仅具有良好的抗腐蚀性，在抗拉强度以及延伸率性能上也有很大的提高。

Description

一种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，尤其是涉及一种双相不锈钢及其制备方法。

背景技术

双相不锈钢（Duplex Stainless Steel，简称DSS），指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%-28%，Ni含量在3%-10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。

下列为各元素在合金钢中产生的作用：

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。

钙（Ca）可以改善钢的机加性能和改善氧化物夹杂的性质，过多容易和硫形成钙硫化物，对材料的耐腐蚀性不利，因此，其含量为微量。

镁（Mg）在处于低含量范围内,对钢具有很大的强化作用,提高强度、硬度和耐磨性，以及降低钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性等。

钛（Ti）：钛为强碳氮化物形成元素，适量的添加可以改善所述双相不锈钢的耐晶间腐蚀性能和焊接性能，钛含量过高时，会形成大量粗大的TiN粒子，降低所述双相不锈钢的冲击韧性，因此，其含量为微量。

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。钻增加抗空隙侵蚀性和应变硬化。钴降低在超级双相不锈钢中σ相形成的风险，钴含量被限制为至多1.0重量％。

钇（Y）具有较强的脱氧、脱硫能力,减轻或消除元素偏析和组织不均匀性及细化钢的成份导致钢性能的改善,另外可提高钢的抗氧化性，增加氧化膜的致密度,不仅如此，合金钢中含有钇元素，其耐磨性，抗表面粗糙能力、抗裂纹和抗剥落性能都很好，热塑性也有较明显的改善。

双相不锈钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

双相钢相对于普通不锈钢是在铁素体基体上分布不同种类和体积分数的硬相，从而使其具有良好的强度和延伸性组合，从而极大地促进了其应用的广泛性。在碳钢领域，冶金科研工作者通过合理的成分设计、控制轧制及控制冷却路径，成功开发出各级别的热轧(铁素体马氏体)双相钢和冷轧(铁素体马氏体)双相钢。这类双相钢具有优良的强度和延伸性组合，并广泛应用于汽车工业领域。而在不锈钢领域中，双相钢主要指的是铁素体奥氏体双相不锈钢，这类不锈钢具有优良的力学性能和耐腐蚀性能，尤其是耐应力腐蚀性能。但是这类不锈钢含有很高的铬和镍，其价格极为昂贵，因此，仅应用于服役条件极为苛刻的场合。另一方面铁素体奥氏体双相不锈钢的热加工在铁素体奥氏体两相区进行，极易产生边裂、表裂等缺陷，热加工性能较差，因此，生产制造极为困难，进一步限制了其应用及推广。当不锈钢中奥氏体稳定化元素较少时，在铁素体奥氏体两相区退火后，奥氏体在随后的冷却中转变为马氏体。科研工作者根据这一原理，开发了铁素体马氏体双相不锈钢。根据铁素体马氏体的比例不同，可以得到不同级别高强度的双相不锈钢。但由于这类不锈钢中马氏体为未退火的马氏体，因此，其延伸性较差，延伸率低于30％，一般在20％左右；其低温冲击韧性也不理想，仅能应用于对延伸性和韧性要求不高的场合。这种(铁素体马氏体)双相不锈钢在延伸性和韧性上的不足，限制了其应用和推广。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种双相不锈钢及其制备方法，该种双相不锈钢延伸率、强度以及耐腐蚀性能优良。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种双相不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.01～0.03%、Si：0.08～0.12%、Ni：4.6～8.0%、Mn：1.0～3.0%、Cr：22.5～25.7%、N：0.04～0.06%、Ca：0.02～0.04%、Mg：0.006～0.010%、Ti：0.004～0.008%、Co：0.007～0.011%、Y：0.001～0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质，且该杂质的重量百分比≤0.1%。

进一步地，上述双相不锈钢按重量百分比计的化学成分为：C：0.02%、Si：0.01%、Ni：6.3%、Mn：2.0%、Cr：24.1%、N：0.05%、Ca：0.03%、Mg：0.008%、Ti：0.006%、Co：0.009%、Y：0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质，且该杂质的重量百分比≤0.01%。

进一步地，所述Ni、Mn和Cr的总含量小于等于35%，即∑（Mn+Ni+Cr）≤35%。

进一步地，所述Ca和Mg的总含量小于0.05%，即∑（Ca+Mg）＜0.05%。

进一步地，所述Ti、Co和Y的总含量小于等于0.02%，即∑（Ti+Co+Y）≤0.0021%。

一种上述双相不锈钢制备工艺，按照以下步骤进行：

1）按照所述成分及重量百分比含量配制原料，对上述原料进行高温真空脱水除气处理；

2）将原料中的纯铁加入到电弧冶炼炉中熔炼，熔炼温度为1100-1300℃，熔炼时间为20-30min，然后有序地加入其它部分原料，炉内充入氩气作为保护气体，控制压强0.03-0.05MPa，炉内温度设定为1420-1580℃，之后再依次地加入剩余的C、Ti、Co、Y、Mn；

3）再将混合母液输送至AOD炉内吹氧脱碳、吹氮及成分调整；

4）最后依次通过真空浇注、轧制、固溶处理和淬火处理后便制得本发明的双相不锈钢。

作为本发明的进一步的优化方案，所述固溶处理温度为1000-1100℃，时间为8-10小时。

作为本发明的进一步的优化方案，所述淬火温度为800-1000℃，时间为30-40min，淬火后空冷至室温。

本发明具有如下的有益效果：本发明通过研发和摸索，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，适当得降低了双相不锈钢中贵重元素镍的含量，提高了铬元素的含量，本发明的双相不锈钢合金中除了常用C、Mn和Si元素外，还同时添加了Ca、Mg、Ti等元素，在保证双相不锈钢具有足够的耐腐蚀性能条件下，大大提高了双相不锈钢的抗拉强度和延伸率，降低了生产成本。

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

一种双相不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.01%、Si：0.08%、Ni：4.6%、Mn：1.0%、Cr：22.5%、N：0.04%、Ca：0.02%、Mg：0.006%、Ti：0.004%、Co：0.007%、Y：0.001%，余量为Fe及不可避免的杂质，且该杂质的重量百分比≤0.1%。

该种双相不锈钢制备工艺，按照以下步骤进行：

1）按照所述成分及重量百分比含量配制原料，对上述原料进行高温真空脱水除气处理；

2）将原料中的纯铁加入到电弧冶炼炉中熔炼，熔炼温度为1100℃，熔炼时间为30min，然后有序地加入Si、Ni、Cr、N、Ca、Mg，炉内充入氩气作为保护气体，控制压强0.03MPa，炉内温度设定为1420℃，之后再依次地加入剩余的C、Ti、Co、Y、Mn；

3）再将混合母液输送至AOD炉内吹氧脱碳、吹氮及成分调整；

4）最后依次通过真空浇注、轧制、固溶处理和淬火处理后便制得本发明的双相不锈钢。其中，固溶处理温度为1000℃，时间为10小时，淬火温度为800℃，时间为40min，淬火后空冷至室温。

实施例2

一种双相不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.02%、Si：0.1%、Ni：6.3%、Mn：2.0%、Cr：24.1%、N：0.05%、Ca：0.03%、Mg：0.008%、Ti：0.006%、Co：0.009%、Y：0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质，且该杂质的重量百分比≤0.1%。

该种双相不锈钢制备工艺，按照以下步骤进行：

1）按照所述成分及重量百分比含量配制原料，对上述原料进行高温真空脱水除气处理；

2）将原料中的纯铁加入到电弧冶炼炉中熔炼，熔炼温度为1200℃，熔炼时间为25min，然后有序地加入Si、Ni、Cr、N、Ca、Mg，炉内充入氩气作为保护气体，控制压强0.04MPa，炉内温度设定为1500℃，之后再依次地加入剩余的C、Ti、Co、Y、Mn；

3）再将混合母液输送至AOD炉内吹氧脱碳、吹氮及成分调整；

4）最后依次通过真空浇注、轧制、固溶处理和淬火处理后便制得本发明的双相不锈钢。其中，固溶处理温度为1050℃，时间为9小时，淬火温度为900℃，时间为35min，淬火后空冷至室温。

实施例3

一种双相不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.03%、Si：0.12%、Ni：7.1%、Mn：2.8%、Cr：25.0%、N：0.06%、Ca：0.04%、Mg：0.010%、Ti：0.008%、Co：0.01%、Y：0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质，且该杂质的重量百分比≤0.1%。

该种双相不锈钢制备工艺，按照以下步骤进行：

1）按照所述成分及重量百分比含量配制原料，对上述原料进行高温真空脱水除气处理；

2）将原料中的纯铁加入到电弧冶炼炉中熔炼，熔炼温度为1300℃，熔炼时间为20min，然后有序地加入Si、Ni、Cr、N、Ca、Mg，炉内充入氩气作为保护气体，控制压强0.05MPa，炉内温度设定为1580℃，之后再依次地加入剩余的C、Ti、Co、Y、Mn；

3）再将混合母液输送至AOD炉内吹氧脱碳、吹氮及成分调整；

4）最后依次通过真空浇注、轧制、固溶处理和淬火处理后便制得本发明的双相不锈钢。其中，固溶处理温度为1100℃，时间为8小时，淬火温度为1000℃，时间为30min，淬火后空冷至室温。

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耐腐蚀性能和力学性能测试。其结果见下表1。

表1

从表1中不难看出，本发明的双相不锈钢相比现有的SAF329J1和SAF2520两种双相不锈钢型号在抗腐蚀性、抗拉强度以及延伸率性能都要优良。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双相不锈钢，其特征在于，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.01～0.03%、Si：0.08～0.12%、Ni：4.6～8.0%、Mn：1.0～3.0%、Cr：22.5～25.7%、N：0.04～0.06%、Ca：0.02～0.04%、Mg：0.006～0.010%、Ti：0.004～0.008%、Co：0.007～0.011%、Y：0.001～0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质，且该杂质的重量百分比≤0.1%。

2.根据权利要求1所述的一种双相不锈钢，其特征在于，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.02%、Si：0.01%、Ni：6.3%、Mn：2.0%、Cr：24.1%、N：0.05%、Ca：0.03%、Mg：0.008%、Ti：0.006%、Co：0.009%、Y：0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质，且该杂质的重量百分比≤0.01%。

3.根据权利要求1所述的一种双相不锈钢，其特征在于，所述Ni、Mn和Cr的总含量小于等于35%，即∑（Mn+Ni+Cr）≤35%。

4.根据权利要求1所述的一种双相不锈钢，其特征在于，所述Ca和Mg的总含量小于0.05%，即∑（Ca+Mg）＜0.05%。

5.根据权利要求1所述的一种双相不锈钢，其特征在于，所述Ti、Co和Y的总含量小于等于0.02%，即∑（Ti+Co+Y）≤0.0021%。

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

1）按照所述成分及重量百分比含量配制原料，对上述原料进行高温真空脱水除气处理；

2）将原料中的纯铁加入到电弧冶炼炉中熔炼，熔炼温度为1100-1300℃，熔炼时间为20-30min，然后有序地加入其它部分原料，炉内充入氩气作为保护气体，控制压强0.03-0.05MPa，炉内温度设定为1420-1580℃，之后再依次地加入剩余的C、Ti、Co、Y、Mn；

3）再将混合母液输送至AOD炉内吹氧脱碳、吹氮及成分调整；

4）最后依次通过真空浇注、轧制、固溶处理和淬火处理后便制得本发明的双相不锈钢。

7.根据权利要求6所述的一种双相不锈钢制备方法，其特征在于，所述固溶处理温度为1000-1100℃，时间为8-10小时。

8.根据权利要求6所述的一种双相不锈钢制备方法，其特征在于，所述淬火温度为800-1000℃，时间为30-40min，淬火后空冷至室温。