CN107988555A - 一种含稀土的资源节约型双相不锈钢 - Google Patents

一种含稀土的资源节约型双相不锈钢 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含稀土的资源节约型双相不锈钢，具有良好的耐腐蚀性能，且具有良好的机械性能和加工性能。一种含稀土的资源节约型双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：C：＜0.03%，Si：＜1%，Cr：20‑25%，Ni：3‑7%，Mn：＜3%，Mo：0.5‑4%，N：0.05‑0.2%，P＜0.03%，S＜0.02%，Sn：0.2‑0.5%，Cu：0.1‑1%，W：0.1‑1%，Ti：0.1‑1%，Ce：0.01‑0.05%，余量为Fe。

Description

一种含稀土的资源节约型双相不锈钢
技术领域
本发明涉及一种含稀土的资源节约型双相不锈钢。
背景技术
目前，经济快速发展，国内外对不锈钢需求也进一步持续增长，但是世界矿石资源紧缺导致钢铁原材料价格急剧上涨。双相钢因其固溶后组织中含有铁素体相与奥氏体相，兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点。与铁素体不锈钢相比，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；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。为了提高双相不锈钢中的腐蚀性能，双相不锈钢中通常加入更多的Mo元素，Mo元素的加入在提高耐腐蚀性能的同时，却降低了双相不锈钢的热加工性能，并且大大增加了双相不锈钢的生产成本。因此通过其他低成本微合金元素代替Mo元素是目前研究的热点。
Sn元素一般认为是有害元素，Sn元素熔点低，在不锈钢固溶处理中会在晶界和沿晶界以及沿α/γ相界析出，并在晶界和相界产生偏析，导致热加工性能下降，极易开裂。但是Sn作为一种表面活性元素，在冶金过程中比较稳定，易于控制，常作为晶粒细化元素。有报道表明添加微量的Sn可大幅度降低晶界迁移速率，减小晶粒尺寸。也有大量报道在铁素体和奥氏体中加入适量的Sn对不锈钢的腐蚀性能得到显著的提高。专利US2010150770（Al）中公布了添加0.005%-2%Sn对铁素体不锈钢耐腐缝隙腐蚀的有效作用，同时指出Sn可以阻止缝隙处蚀孔的形成和扩展。CN10437974A和CN 101903553 A分别公布添加微量的Sn对不锈钢耐腐蚀性能的作用，认为Sn可以抑制腐蚀发生后的生长速度，并推测Sn元素在钝化膜及膜正下方富集是耐腐蚀性提高的根源。这些都是将Sn添加到铁素体或奥氏体不锈钢中，对于含Sn双相钢国内外报道较少。
普遍认为，稀土能够明显提高Cr、Ni基奥氏体不锈钢的耐蚀性能，陆世英等研究表明稀土元素的加入不仅使非金属硫化物和氧化物变性，也改善了夹杂物的大小与分布，合适的铈含量可提高00Cr18Ni14Mo2的耐孔蚀电位。丁晖等研究了稀土对铬锰氮奥氏体不锈钢的腐蚀性能及腐蚀磨损性能的影响，发现稀土也能使铬锰氮不锈钢在腐蚀磨损过程中腐蚀与磨损的交互作用减轻，从而获得了良好的抗腐蚀磨损性能。Ce是强奥氏体元素，固溶微合金化不仅可以延缓碳化物在双相不锈钢奥氏体相和铁素体相中的析出，而且对双相的腐蚀过程和电化学特性产生明显的影响，能显著提高双相不锈钢的耐蚀性能。Ce是极有效的非自发形核剂，加入钢中可细化晶粒，减少钢中有害气体和杂质含量，改变钢中夹杂物的性质、形态和分布，因而对双相不锈钢的力学性能产生有益的影响。可见，如何达到更好的耐腐蚀性能、机械性能和加工性能，是目前含稀土的双相不锈钢的研究重点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理的含稀土的资源节约型双相不锈钢，具有良好的耐腐蚀性能，且具有良好的机械性能和加工性能。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种含稀土的资源节约型双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：C：＜0.03%，Si：＜1%，Cr：20-25%，Ni：3-7%，Mn：＜3%，Mo：0.5-4%，N：0.05-0.2%，P＜0.03%，S＜0.02%，Sn：0.2-0.5%，Cu：0.1-1%，W：0.1-1%，Ti：0.1-1%，Ce：0.01-0.05%，余量为Fe。
本发明按质量百分比组成为：C：0.028%，Si：0.51%，Cr：23.20%，Ni：4.25%，Mn：1.42%，Mo：0.6%， N：0.15%，P：0.021%，S：0.001%，Sn：0.31%，Cu：0.24%，W：0.15%，Ti：0.3%，Ce：0.012%，余量为Fe。
本发明按质量百分比组成为：C：0.021%，Si：0.44%，Cr：23.15%，Ni：4.5%，Mn：1.51%，Mo：0.9%， N：0.18%，P：0.016%，S：0.002%， Sn：0.29%，Cu：0.29%，W：0.21%，Ti：0.33%，Ce：0.021%，余量为Fe。
本发明按质量百分比组成为：C：0.028%，Si：0.54%，Cr：23.37%，Ni：4.29%，Mn：1.29%，Mo：0.5%， N：0.16%，P：0.021%，S：0.006%，Sn：0.25%，Cu：0.32%，W：0.12%，Ti：0.56%，Ce：0.045%，余量为Fe。
本发明按质量百分比组成为：C：0.02%，Si：0.7%，Cr：21%，Ni：4.5%，Mn：1.45%，Mo：1.6%，N：0.08%，P：0.01%，S：0.0018%，Sn：0.26%，Cu：0.88%，W：0.98%，Ti：0.58%，Ce：0.047%，余量为Fe。
本发明按质量百分比组成为： C：0.019%，Si：0.5%，Cr：21.5%，Ni：5.8%，Mn：1.29%，Mo：2.8%，N：0.18%，P：0.016%，S：0.001%，Sn：0.45%，Cu：0.56%，W：0.67%，Ti：0.42%，Ce：0.026%，余量为Fe。
本发明按质量百分比组成为：C：0.018%，Si：0.6%，Cr：22.7%，Ni：6.3%，Mn：2.1%，Mo：2%，N：0.07%，P：0.022%，S：0.0005%，Sn：0.48%，Cu：0.73%，W：0.21%，Ti：0.29%，Ce：0.018%，余量为Fe。
本发明固溶温度在1000℃-1150℃范围内。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过在合金中加入W 、Sn、Ce稀土等微量元素，达到提高双相不锈钢耐腐蚀性能的目的。合金中各元素的作用如下：
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，易和铬生成碳化铬，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，本发明控制在0.03%以下。
Si是铁素体形成元素并起到稳定铁素体的作用，也起到脱氧添加剂，改善焊接流动性，硅含量过高时有增加中间相析出的趋势和降低N浓度，本发明控制在1%以下。
Cr是铁素体形成元素，改善材料的耐腐蚀性，提高合金的强度和耐高温氧化性能，适当控制Cr元素的含量有利于控制铬镍当量比，进而有利于控制该双相不锈钢的热加工塑性，本发明中Cr的含量控制在20-25%。
Ni是奥氏体形成元素，镍可以提高韧性和延展性，使之便于加工、制造和焊接，还可以增强钝化膜的稳定性及在腐蚀介质中的抗腐蚀能力，本发明中Ni的含量控制在3-7%。
Mn是奥氏体形成元素和稳定奥氏体的作用，在一定程度上可以取代镍，获得奥氏体组织，同时提高氮固溶度，进而提高氮的含量，过高的锰含量对材料的耐腐蚀形不利，且促进金属相的形成，影响冲击韧性和耐腐蚀性能。本发明Mn含量控制在小于3%。
Mo是不锈钢和各种耐腐蚀合金常用的合金化元素。Mo能促使合金的钝化，使钢的表面形成富铬的氧化膜，这种含有Cr、Mo的氧化膜具有很高的稳定性，而且能有效的抑制氯离子引起的点蚀。本发明合金中加入Mo使其在硫酸中的腐蚀电位正移，钝化临界电流锐减，本发明选择0-4%。
N是稳定奥氏体元素，改善钢的耐腐蚀性，尤其是耐点蚀和缝隙腐蚀性能，可以改善钢的强度，疲劳和蠕变性能，改善材料的焊接性能。但过高氮含量降低材料的热加工塑性，过低的氮含量又会降低材料的强度，并且对材料的耐腐蚀性能不利，本发明控制氮含量在0.05%-0.2%。
P是有害元素，偏析在晶界或相界中，对材料的耐腐蚀性和热加工性能不利，本发明控制在0.03%以下。
S是有害元素，易和锰形成硫化锰降低材料的热加工性，和钙形成钙硫化物，对抗腐蚀性能有害，本发明控制在0.02%以下。
Sn元素熔点低，添加微量的Sn可大幅度降低晶界迁移速率，减小晶粒尺寸，提高钢的耐腐蚀性，其强度也有一定的提高，本发明控制在0.2%-0.5%。
Cu是奥氏体形成元素，可以改善耐蚀能力，可借助沉淀硬化来提高合金的抗拉强度，铜在那些不发生沉淀硬化的钢中能够轻微的提高屈服强度，在碳钢中它提高淬透性并降低延展性。本发明控制在Cu：0.1-1%。
W元素加入可以使铁素体含量增加，可显著提高屈服强度和耐点蚀性能。本发明控制在W：0.1-1%。
Ti是铁素体稳定元素，可以起到细化晶粒，提高晶间、点腐蚀性能，抑制腐蚀的发展作用。本发明控制在Ti：0.1-1%。
稀土Ce元素的加入可以提高抗氧化性、高温强度及蠕变强度，增加耐腐蚀性，本发明控制在0.01-0.05%范围内。
本发明在合金设计上提供了一种新的思路，具有低成本价格和优良的综合性能，可以广泛应用在石油、化工、制盐、水利、发电厂烟气脱硫（FGD）、造纸等领域。
本发明固溶温度在1000℃-1150℃范围内，使得两相的比例在50%左右。
附图说明
图1是本发明实施例1的金相组织图。
图2是本发明实施例2的金相组织图。
图3是本发明实施例3的金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
一种含稀土的资源节约型双相不锈钢，按质量百分比组成为：C：＜0.03%，Si：＜1%，Cr：20-25%，Ni：3-7%，Mn：＜3%，Mo：0.5-4%，N：0.05-0.2%，P＜0.03%，S＜0.02%，Sn：0.2-0.5%，Cu：0.1-1%，W：0.1-1%，Ti：0.1-1%，Ce：0.01-0.05%，余量为Fe。
本发明固溶温度在1000℃-1150℃范围内，使得不锈钢铁素体与奥氏体含量约各占50%。
实施例1：
本实施例中，一种含稀土的资源节约型双相不锈钢，按质量百分比组成为：C：0.028%，Si：0.51%，Cr：23.20%，Ni：4.25%，Mn：1.42%，Mo：0.6%， N：0.15%，P：0.021%，S：0.001%，Sn：0.31%，Cu：0.24%，W：0.15%，Ti：0.3%，Ce：0.012%，余量为Fe。
采用传统常规电炉冶炼工艺方法，在冶炼过程中加入稀土元素Ce，经电炉→AOD→LF→连铸→ 轧制→ 退火。
轧制规格为8mm，该钢组织为奥氏体+铁素体，经固溶温度1080℃处理，金相组织如图1。经35℃三氯化铁点腐蚀，浸泡24h，腐蚀速率0.29mg/(dm2.d)，经力学检测屈服强度Rp0.2=480MPa，抗拉强度(MPa) Rm=695MPa。
实施例2：
本实施例中，一种含稀土的资源节约型双相不锈钢，按质量百分比组成为：C：0.021%，Si：0.44%，Cr：23.15%，Ni：4.5%，Mn：1.51%，Mo：0.9%， N：0.18%，P：0.016%，S：0.002%， Sn：0.29%，Cu：0.29%，W：0.21%，Ti：0.33%，Ce：0.021%，余量为Fe。
采用传统常规电炉冶炼工艺方法，在冶炼过程中加入稀土元素Ce，经电炉→AOD→LF→连铸→ 轧制→ 退火。
轧制规格为8mm，该钢组织为奥氏体+铁素体，经固溶温度1080℃处理，金相组织如图2。经35℃三氯化铁点腐蚀，浸泡24h，腐蚀速率0.15mg/(dm2.d)。经力学检测屈服强度Rp0.2=520MPa，抗拉强度(MPa) Rm=725MPa。
实施例3：
本实施例中，一种含稀土的资源节约型双相不锈钢，按质量百分比组成为：C：0.028%，Si：0.54%，Cr：23.37%，Ni：4.29%，Mn：1.29%，Mo：0.5%， N：0.16%，P：0.021%，S：0.006%，Sn：0.25%，Cu：0.32%，W：0.12%，Ti：0.56%，Ce：0.045%，余量为Fe。
采用传统常规电炉冶炼工艺方法，在冶炼过程中加入稀土元素Ce，经电炉→AOD→LF→连铸→ 轧制→ 退火。
轧制规格为8mm，该钢组织为奥氏体+铁素体，经固溶温度1080℃处理，金相组织如图3。经35℃三氯化铁点腐蚀，浸泡24h，腐蚀速率0.08mg/(dm2.d)。经力学检测屈服强度Rp0.2=540MPa，抗拉强度(MPa) Rm=740MPa。
表1：性能汇总表。
本发明实施例4-10如下表2所示，表中各组分均为质量百分比：
表2：实施例4-10。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，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描述的具体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。

Claims (8)

1.一种含稀土的资源节约型双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：C：＜0.03%，Si：＜1%，Cr：20-25%，Ni：3-7%，Mn：＜3%，Mo：0.5-4%，N：0.05-0.2%，P＜0.03%，S＜0.02%，Sn：0.2-0.5%，Cu：0.1-1%，W：0.1-1%，Ti：0.1-1%，Ce：0.01-0.05%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的含稀土的资源节约型双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：C：0.028%，Si：0.51%，Cr：23.20%，Ni：4.25%，Mn：1.42%，Mo：0.6%， N：0.15%，P：0.021%，S：0.001%，Sn：0.31%，Cu：0.24%，W：0.15%，Ti：0.3%，Ce：0.012%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的含稀土的资源节约型双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：C：0.021%，Si：0.44%，Cr：23.15%，Ni：4.5%，Mn：1.51%，Mo：0.9%， N：0.18%，P：0.016%，S：0.002%， Sn：0.29%，Cu：0.29%，W：0.21%，Ti：0.33%，Ce：0.021%，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的含稀土的资源节约型双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：C：0.028%，Si：0.54%，Cr：23.37%，Ni：4.29%，Mn：1.29%，Mo：0.5%， N：0.16%，P：0.021%，S：0.006%，Sn：0.25%，Cu：0.32%，W：0.12%，Ti：0.56%，Ce：0.045%，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的含稀土的资源节约型双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：C：0.02%，Si：0.7%，Cr：21%，Ni：4.5%，Mn：1.45%，Mo：1.6%，N：0.08%，P：0.01%，S：0.018%，Sn：0.26%，Cu：0.88%，W：0.98%，Ti：0.58%，Ce：0.047%，余量为Fe。
6.根据权利要求1所述的含稀土的资源节约型双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：C：0.019%，Si：0.5%，Cr：21.5%，Ni：5.8%，Mn：1.29%，Mo：2.8%，N：0.18%，P：0.016%，S：0.01%，Sn：0.45%，Cu：0.56%，W：0.67%，Ti：0.42%，Ce：0.026%，余量为Fe。
7.根据权利要求1所述的含稀土的资源节约型双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：C：0.018%，Si：0.6%，Cr：22.7%，Ni：6.3%，Mn：2.1%，Mo：2%，N：0.07%，P：0.022%，S：0.005%，Sn：0.48%，Cu：0.73%，W：0.21%，Ti：0.29%，Ce：0.018%，余量为Fe。
8.根据权利要求1所述的含稀土的资源节约型双相不锈钢，其特征在于：固溶温度在1000℃-1150℃范围内。
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