CN108251750A

CN108251750A - 一种节镍型含Cu厚规格双相不锈钢及其制备方法

Info

Publication number: CN108251750A
Application number: CN201810293173.5A
Authority: CN
Inventors: 严玲; 朱隆浩; 韩鹏; 黄松; 陈义庆; 张鹏; 周成; 王晓航
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-07-06

Abstract

本发明公开一种节镍型含Cu厚规格双相不锈钢及其制备方法。钢中含有C≤0.015％，Si：0.30％～0.90％，Mn：0.70％～1.40％，P≤0.010％，S≤0.005％，N：0.08％～0.20％，Cu：0.30％～0.80％，Ni：4.0％～5.0％，Cr：21％～22.5％，Mo：2.5％～3.4％，其余为Fe和不可避免的杂质。铸坯加热温度1220～1250℃，当钢坯表面温度≥970℃时，平均道次压下率＞15％，水冷后钢板表面温度≤350℃；固溶处理保温温度1030～1150℃，净保温时间1～2min/mm，淬火冷却，冷却速度15～20℃/s，冷却后钢板表面温度≤50℃；酸洗温度≤80℃。成品钢板厚度为5～40mm，耐腐蚀性能良好。

Description

一种节镍型含Cu厚规格双相不锈钢及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁材料制备领域，特别涉及一种用于具有高强韧性、高耐腐蚀性的低成本、厚规格的双相不锈钢板及其制造方法。

背景技术

双相不锈钢是一种资源节约型不锈钢，2205双相不锈钢显微组织由几乎等体积分数的铁素体+奥氏体构成，这就使得双相不锈钢兼具奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的双重特点。与奥氏体不锈钢相比，其屈服强度提高明显，耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀等特性改善显著；其低温韧性、焊接性等与铁素体不锈钢相比具有显著优势，同时，在导热性、线膨胀系数小等方面又与铁素体不锈钢相近。因此，在石油化工、天然气、化学品运输船舶、容器、核电等各个领域有着广泛的应用，并以其低的Cr、Ni、Mo合金元素含量，成为替代奥氏体不锈钢的重要材料。

但双相不锈钢与单相的奥氏体不锈钢相比，其热加工性较差，其原因是在热加工过程中，如果在650-900℃区间停留时间过长，会导致σ等金属间隙相的析出，从而造成双相不锈钢出现边裂，产生加工脆性。同时，也会相应降低钢板的低温韧性，无法用于化学品船、耐蚀容器等要求具有高表面质量构件的制造。

CN201410749786.7公开了一种资源节约型的高延伸率双相不锈钢，是用于家电行业的薄规格双相不锈钢；CN201610505119.3公开了一种高氮节镍型双相不锈钢薄带及其制备方法，介绍了一种0.4～1.0mm的冷轧薄带钢制备技术；CN201610505186.5公开了一种节约型双相不锈钢板及其制备方法，上述两项专利主要是采用薄带连铸和浇铸钢锭技术，配合后续热轧、冷轧及固溶等技术生产2mm以下不锈钢板的制备技术；CN201510611734.8公开了一种抗拉强度大于1000MPa的经济型双相不锈钢，主要用于汽车、轨道交通、移动罐箱等领域；CN201611049285.3公开了一种双相不锈钢及其制备方法和应用，介绍了一种双相不锈钢材料制备的焊芯，在焊接过程中，焊接热影响区部位得到奥氏体+铁素体双相组织，实现良好的强韧性和耐腐蚀性；CN201611147908.0公开了一种高强度双相不锈钢及其热处理工艺；CN201710007371.6公开了一种双相不锈钢中厚板及其制造方法，具有较高的贵重合金含量，材料的制造成本较高。

以上专利中，前六个专利所涉及的均是薄规格(5mm)以下双相不锈钢的生产工艺技术，而CN201710007371.6所介绍的中厚钢板，其最大厚度也仅为20mm，并未涉及20mm以上厚规格双相不锈钢产品及其制备技术，因而也无法满足船舶及海工领域对20mm以上厚规格双相不锈钢的产品需求。

发明内容

本发明在于提供一种节镍型具有低成本特点的厚规格双相不锈钢及其制造技术，在保证具有优良耐点蚀、耐晶间腐蚀等特性的前提下，通过优化制备工艺并加入适量的Cu，在双相不锈钢已具备高强度的基础上，又提高了双相不锈钢的低温韧性，实现了强韧性的匹配，同时提高了成品钢板的表面质量，消除了双相不锈钢在轧制过程中出现的表面裂纹，满足特定腐蚀环境下船舶、海洋工程、容器、桥梁等结构的大厚度耐腐蚀材料的设计与建造要求。

具体的技术方案是：

一种节镍型含Cu厚规格双相不锈钢及其制备方法，其化学成分按重量百分比为：C≤0.015％，Si：0.30％～0.90％，Mn：0.70％～1.40％，P≤0.010％，S≤0.005％，N：0.08％～0.20％，Cu：0.30％～0.80％，Ni：4.0％～5.0％，Cr：21％～22.5％，Mo：2.5％～3.4％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明所采用的组分作用如下：

碳：在本发明的双相不锈钢中作为一种杂质元素存在，由于其所形成的碳化物在晶界析出，降低了钢的耐蚀性，同时还会降低钢的冲击韧性，因此，对其成分需要严格限制，碳含量应小于0.02％，本发明将C含量控制为≤0.015％。

硅：作为钢中常见元素，是促进铁素体形成及其稳定化的元素。在冶炼过程中，主要用于脱氧剂，其含量一般在0.3％以上；但较多含量的硅，会加速金属间隙相的析出，因此，本发明将Si含量控制为0.30％～0.90％。

锰：是一种奥氏体形成和稳定化元素，可以在一定程度上替代贵重金属镍，而获得奥氏体组织。锰含量过高时会引起耐腐蚀性能的降低，容易形成金属间隙相，从而降低冲击韧性和耐蚀性。因此，本发明将钢中的锰含量控制在0.70％～1.40％之间。

镍：是奥氏体形成元素，可强烈扩大奥氏体相区，促进不锈钢从体心立方晶格向面心立方晶格的转化。与双相不锈钢中添加的铬、钼等体心立方元素相平衡而获得双相组织构成。镍可延缓有害金属间隙相的形成，提高钢的韧性，但会提高钢的成本。因此，本发明钢中的镍含量应控制在4.0％～5.00％之间。

铬：是铁素体形成元素，是不锈钢中最为重要的耐腐蚀元素之一，在钢中添加适量的铬，可促进体心立方晶格的组织稳定，其耐点蚀能力可以用PREN值来表征。但过高的铬含量易形成双相不锈钢的金属间隙相，恶化钢的热加工性能和焊接性，因此本发明钢中将铬含量控制在21％～22.5％之间。

钼：作为铁素体形成元素，也是不锈钢中重要元素之一，与铬元素共同作用，可提高不锈钢的抗氯化物腐蚀能力，特别是在含有氯化物的环境中，可显著提高耐点蚀和缝隙腐蚀的能力。同样，钼也易于促进间隙相的形成，因此，本发明钢中的钼含量控制为2.5％～3.4％。

氮：是强烈的奥氏体形成元素，不仅在奥氏体不锈钢中可替代镍，在双相不锈钢中一般尽可能的加入极限含量的氮元素，以降低贵重金属镍的加入量。在双相不锈钢中，铁素体形成元素铬和钼与奥氏体形成元素镍和氮达到平衡时，获得各自占比相近的铁素体和奥氏体双相组织，保证双相不锈钢的组织构成、力学性能和耐腐蚀性。本发明中将氮含量控制在0.08％～0.20％。

铜：是一种较弱的奥氏体形成元素，在一定程度上可以替代适量的镍。铜可以提高双相不锈钢在还原性酸性介质中的耐腐蚀性能，同时有利于提高耐缝隙腐蚀性。在一定铜含量下，有利于提高双相不锈钢的强度和热加工性，有效降低双相不锈钢的热轧边裂倾向，显著改善了钢板的表面质量。此外，铜还具有降低加工硬化的作用，提高不锈钢的塑性。本发明钢中将铜含量控制在0.3％～0.8％。

P、S：作为钢中的杂质元素，对双相不锈钢的机械性能危害很大，所以要尽量降低双相不锈钢中的P、S等杂质含量，本发明中将P、S含量控制为P≤0.010％，S≤0.005％。

一种节镍型含Cu双相不锈钢板的制备工艺路线为：冶炼—铸坯加热—轧制—矫直—探伤—固溶处理—酸洗钝化。具体包括以下步骤：

(1)冶炼工序

包括铁水预处理、电炉冶炼(EAF)、炉外精炼(AOD—LF)、板坯连铸、铸坯表面清理检查等工序，其中铁水预处理后S含量应小于0.005％，AOD控制S≤20ppm；LF控制S≤10ppm，电炉冶炼控制渣碱度，挡渣出钢，钢渣厚度≤100mm，中包钢水过热度≤30℃，全程保护浇铸，铸坯下线缓冷时间≥72h。

(2)轧制

板坯加热温度1220～1250℃，采用高温、大压下的方式进行轧制，出炉除鳞后立即轧制，通常采取抢温快轧，钢板终轧时的表面温度应不低于950℃。而且当钢坯表面温度≥970℃时，平均道次压下率宜大于15％。轧后钢板快速进入在线冷却装置进行急速冷却，水冷后钢板表面温度不高于350℃，经矫直后钢板进行缓慢冷却至室温。

(3)固溶处理

热处理采用固溶处理炉，固溶处理工艺如下：保温温度：1030～1150℃、净保温时间1～2min/mm。出固溶炉后，钢板进行淬火冷却，冷却速度15～20℃/s，冷却后钢板表面温度不高于50℃。所得到的发明钢的铁素体相比例范围在46％～52％之间。

(4)酸洗钝化

固溶处理后的钢板采用不高于80℃的HF+HNO₃混酸，进行钢板表面清洗，获得具有高表面质量的成品钢板。

有益效果：

本发明同现有技术相比，有益效果如下：

本发明的奥氏体-铁素体厚规格双相不锈钢，其厚度范围为5～40mm，用于化学品船、耐蚀容器和海洋工程耐蚀结构，解决了上述工程用材料对20mm以上双相不锈钢的需求，填补了该领域空白。

本发明通过调整化学成分配比，降低了双相不锈钢中贵重金属镍的含量，添加适量的铜元素，改善热轧双相不锈钢的表面质量，解决了双相不锈钢易出现热加工边裂缺陷等问题，提出了一套完整的厚规格双相不锈钢的工艺技术，产品适用于海洋平台、船体、化学品容器等领域，充分满足了全规格供货要求。

生产的钢板屈服强度达到500MPa以上，抗拉强度＞700MPa，延伸率A≥34％，-20℃冲击功＞150J，依据ASTM A923进行的耐点蚀性评价合格；依据ASTM A262进行的钢板的耐晶间腐蚀试验评价合格，钢板具有优良的耐腐蚀性。

附图说明

图1为实施例1的板厚1/4处显微组织；图2为实施例1的钢板心部显微组织；显微组织均为奥氏体-铁素体；

具体实施方式

以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。

本发明钢各实施例钢的化学成分如表1所示。成品钢板厚度5～40mm，冶炼及轧制、固溶处理等制备工艺参数分别如表2、表3和表4所示。发明钢综合力学性能如表5所示。

表1发明钢化学成分(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr	Mo	N
											1	0.013	0.30	1.10	0.007	0.003	0.30	4.32	21.55	2.50	0.08
2	0.012	0.34	0.80	0.009	0.004	0.45	4.20	21.70	3.35	0.16
											3	0.010	0.82	0.70	0.010	0.002	0.57	5.00	22.26	3.22	0.10
4	0.011	0.48	1.40	0.008	0.004	0.36	4.23	22.05	3.40	0.18
											5	0.013	0.57	1.35	0.007	0.003	0.80	4.62	22.50	3.06	0.15

表2发明钢冶炼工序制备工艺参数

表3发明钢轧制工序制备工艺参数

表4固溶处理工序制备工艺参数

表5发明钢力学性能、相组成与耐腐蚀性能

注：表5中钢板的耐点蚀性评价依据ASTM A923进行；钢板的耐晶间腐蚀试验评价依据ASTM A262进行。

由表可得，根据本发明生产的节镍型含Cu双相不锈钢板，厚度范围为5～40mm，屈服强度＞500MPa，抗拉强度＞700MPa，延伸率A≥34％，-20℃冲击功＞150J，依据ASTM A923进行的耐点蚀性评价合格；依据ASTM A262进行的钢板的耐晶间腐蚀试验评价合格。钢板具有优良的耐腐蚀性。

Claims

1.一种节镍型含Cu厚规格双相不锈钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C≤0.015％，Si：0.30％～0.90％，Mn：0.70％～1.40％，P≤0.010％，S≤0.005％，N：0.08％～0.20％，Cu：0.30％～0.80％，Ni：4.0％～5.0％，Cr：21％～22.5％，Mo：2.5％～3.4％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种节镍型含Cu厚规格双相不锈钢，其特征在于，钢板厚度为5～40mm。

3.一种如权利要求1或2所述的节镍型含Cu厚规格双相不锈钢的制备方法，钢板的生产工艺为：冶炼—铸坯加热—轧制—矫直—探伤—固溶处理—酸洗钝化，其特征在于，

铁水预处理后S含量应小于0.005％，AOD控制S≤20ppm；LF控制S≤10ppm，电炉冶炼控制渣碱度，挡渣出钢，钢渣厚度≤100mm，中包钢水过热度≤30℃，全程保护浇铸，铸坯下线缓冷时间≥72h；

采用高温、大压下的方式进行轧制，铸坯加热温度1220～1250℃，钢板终轧时的表面温度不低于950℃，而且当钢坯表面温度≥970℃时，平均道次压下率大于15％，轧后钢板立即进行急速冷却，水冷后钢板表面温度不高于350℃，矫直后缓冷至室温；

固溶处理的保温温度为1030～1150℃，净保温时间1～2min/mm，固溶处理后钢板进行淬火冷却，冷却速度15～20℃/s，冷却后钢板表面温度不高于50℃；固溶处理后的钢板进行表面清洗，酸洗温度不高于80℃。

4.如权利要求3所述的节镍型含Cu厚规格双相不锈钢的制备方法，其特征在于，表面清洗使用HF+HNO₃混酸。