CN109487172A - 一种具有优良热塑性的双相不锈钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种具有优良热塑性的双相不锈钢及其制备方法，钢成分按质量百分比为：C 0.01～0.1％，Cr 15～22％，Mn 5～15％，Al 0.5～2％，Cu 0.4～1.6，Si 0.1～0.8％，Ti 0.02～0.1％，P≤0.02％，S≤0.01％，N≤0.005％余量为Fe及不可避免的杂质；制法为：按配比配料熔炼后，浇注成铸坯，将铸坯在相应温度下锻造成锻坯，在1200～1250℃下均匀化处理，经高压水除鳞后，进行轧制，并控制相应初轧温度和终轧温度，随后降至室温，相应温度下进行退火处理，将退火后热轧板经酸洗后进行冷轧，制得具有优良热塑性双相不锈钢。该不锈钢成分简单、成本低、性能优良，屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥830MPa，伸长率≥55％，其焊接性及耐腐蚀性满足服役要求。

Description

一种具有优良热塑性的双相不锈钢及其制备方法
技术领域：
本发明属于钢铁材料技术领域，具体涉及一种具有优良热塑性的双相不锈钢及其制备方法。
背景技术：
双相不锈钢具有铁素体和奥氏体的两相组织结构，因而其性能不仅具有韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀和焊接性能好等奥氏体不锈钢优点，同时保留了铁素体钢导热系数高、膨胀系数小的优点，具有优异的综合性能。全球范围内，在温室效应和能源危机的逼迫下，节能减排、降低成本成为工业生产领域的必然趋势。然而现有比较成熟的双相不锈钢具有较高含量的Ni，使其生产成本上居高不下。另一方面，传统双相不锈钢热塑性差的问题也比较突出。在热轧过程中，由于两相组织变形不协调，奥氏体与铁素体相界发生相对移动，裂纹倾向于在奥氏体/铁素体的界处形核并在铁素体内沿着相界扩展，使得双相不锈钢在热轧过程中容易产生裂纹难以大规模生产。所以迫切的需要一种既能节约成本又能具有良好的热塑性，同时还能保证在使用过程中具有良好性能的新型双相不锈钢。
双相不锈钢中的铁素体或者奥氏体单相组织具有较高含量时才具有良好的热塑性。双相不锈钢热轧终轧温度较高一般都在1000℃以上，而随着温度的增高铁素体的含量逐渐增高，在高温条件下，双相不锈钢具有较高含量的奥氏体是不现实的，所以希望设计出高温时有较高铁素体含量的双相不锈钢，使得双相不锈钢中两相的硬度接近，应力与应变更均匀分布，从而提高双相不锈钢的热塑性。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种具有优良热塑性的双相不锈钢及其制备方法，该双相不锈钢用Mn、Cu代替Ni，减少了N的加入，可以有效地抑制铸锭凝固过程中的气孔缺陷和热轧过程中的边缘裂纹，进一步改善双相不锈钢的热塑性，同时保证新型双相不锈钢在常温下使用过程中具有优良的力学性能，Cu的加入可以进一步稳定奥氏体组织，弥补Mn控制奥氏体含量的不足，从而通过对热轧板退火可以获得想要的组织。并且Cu的加入延迟TRIP/TWIP效应，从而提高冷轧件的延伸率。同时用Al、Si提高高温时铁素体硬度，增加高比例高温铁素体温度区间，使其具有较长的热轧温度区间，进一步节约生产成本。通过添加Ti元素使其在双相不锈钢液相间析出碳化物细化晶粒提高耐晶间腐蚀性能、减少裂纹生成、提高焊接性能。在高温下，Ti先和N结合成TiN，降低钢中游离N含量，减少或避免AlN在奥氏体晶界上的析出。TiN的析出温度高于形变奥氏体的再结晶温度，防止了它在再结晶奥氏体晶界上的析出，从而保证了钢的热塑性。因此，可以尝试以Mn、Cu代替Ni，同时添加Al代替一定量的Cr的设计思路，缓解热变形过程中两相的变形不协调性，解决双相不锈钢热轧过程中热塑性差的难题，同时此双相不锈钢具有很好的耐腐蚀性能和力学性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有优良热塑性的双相不锈钢，其成分按质量百分比为：C 0.01～0.1％，Cr15～22％，Mn 5～15％，Al 0.5～2％，Cu 0.4～1.6％，Si 0.1～0.8％，Ti 0.02～0.1％，P≤0.02％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述的具有优良热塑性的双相不锈钢，其成分按质量百分比优选为：C 0.01～0.08％，Cr 18～21％，Mn 8～12％，Al 0.5～1.2％，Cu 0.4～1.0，Si 0.3～0.5％，Ti 0.02～0.06％，P≤0.005％，S≤0.005％，N≤0.004％余量为Fe及不可避免的杂质。
所述的具有优良热塑性双相不锈钢，在1000～1200℃温度范围内其为铁素体相-奥氏体相两相组织，且铁素体相的含量超过55％，具有优良的热塑性。其室温组织为奥氏体与铁素体。
所述的具有优良热塑性双相不锈钢屈服强度为500～550MPa，抗拉强度为830～880MPa，伸长率为55～63％，其焊接性、耐腐蚀性及力学性能满足服役要求。
所述的具有优良热塑性双相不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照设定成分，选择原料，进行熔炼，并浇注，形成铸坯；
(2)将铸坯在1050～1150℃进行锻造成锻坯，所述锻坯厚度为50～70mm；
(3)将锻坯在1200～1250℃下，进行均匀化处理6～8h；
(4)均匀化处理后的锻坯在经过高压水除鳞后，温度降至1150～1200℃，进行热轧，终轧温度为950～1000℃，获得热轧坯，所述的热轧坯厚度为3～5mm；
(5)将热轧坯冷却至室温后在780～850℃下进行退火15～25min；
(6)将退火后的热轧板经过酸洗后进行冷轧，制得具有优良热塑性双相不锈钢，所述的具有优良热塑性双相不锈钢厚度为0.8～1.5mm。
所述的步骤(4)中，热轧过程中，保证单道次压下率不超过35％。
所述的步骤(5)中，热轧坯冷却方式为层流冷却，冷却速度≥130℃/s。
所述的步骤(5)中，退火后热轧板中奥氏体：铁素体＝(42～48)：(52～58)的双相组织。
本发明的有益效果：
(1)本发明的具有优良热塑性的双相不锈钢成分简单、成本低，尤其是当其应用于结构钢制造代替传统双相不锈钢时，成本将大幅降低。
(2)本发明通过由Mn、Cu代替Ni，并增加Al含量，此外添加微量的Ti，获得的热轧钢板的热塑性显著提高，避免常规热轧过程中边裂严重，成材率低的问题。
(3)本发明得到的钢板除具有优良的力学性能外，还具有良好的焊接性、耐蚀性。
附图说明：
图1为本发明实施例1的双相不锈钢的Thermo-Calc软件计算得到的平衡相图；
图2为本发明实施例2的双相不锈钢的Thermo-Calc软件计算得到的平衡相图；
图3为本发明实施例3的双相不锈钢的Thermo-Calc软件计算得到的平衡相图；
图4为本发明实施例4的双相不锈钢的Thermo-Calc软件计算得到的平衡相图：
图5为本发明实施例5的双相不锈钢的Thermo-Calc软件计算得到的平衡相图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例的具有优良热塑性的双相不锈钢，其成分按质量百分比为：C 0.05％，Cr18％，Mn 10％，Al 0.8％，Cu 0.5％，Ti 0.04％，Si 0.36％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质，经Thermo-Calc软件计算得到该双相不锈钢的平衡相图如图1所示。
该具有优良热塑性的双相不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
经综合计量计算和配料溶制后，浇铸成型、1100℃锻造为70mm厚锻坯、锻坯1250℃均匀化处理6h、在1200℃进行热轧，热轧过程中，保证单道次压下率不超过35％，终轧温度在1000℃、热轧坯厚度为5mm，温度以150℃/s降至室温后、热轧坯进行810℃退火，时间为18min，冷轧至1.4mm厚，最后制得具有优良热塑性的双相不锈钢，此材料屈服强度500～506MPa，抗拉强度838～846MPa，伸长率60～67％，其焊接性及耐腐蚀性满足服役要求。
实施例2
本实施例的具有优良热塑性的双相不锈钢，其成分按质量百分比为：C 0.03％，Cr19％，Mn 11％，Al 0.6％，Cu 0.6％，Ti 0.04％，Si 0.36％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质，经Thermo-Calc软件计算得到该双相不锈钢的平衡相图如图2所示。
该具有优良热塑性的双相不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
经综合计量计算和配料溶制后，浇铸成型、1080℃锻造为65mm厚锻坯、锻坯1230℃均匀化处理7h、在1180℃进行热轧，热轧过程中，保证单道次压下率不超过35％，终轧温度在990℃以上、热轧坯厚度为4.6mm，温度以170℃/s降至室温后、热轧坯进行840℃退火，时间为15min，冷轧至1.2mm厚，最后制得具有优良热塑性的双相不锈钢，此材料屈服强度509～517MPa，抗拉强度840～847MPa，伸长率59～66％，其焊接性及耐腐蚀性能满足服役要求。
实施例3
本实施例的具有优良热塑性的双相不锈钢，其成分按质量百分比为：C 0.03％，Cr20％，Mn 12％，Al 0.8％，Cu 0.8％，Ti 0.05％，Si 0.36％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质，经Thermo-Calc软件计算得到该双相不锈钢的平衡相图如图3所示。
该具有优良热塑性的双相不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
经综合计量计算和配料溶制后，浇铸成型、1050℃锻造为50mm厚锻坯、锻坯1200℃均匀化处理8h、在1150℃进行热轧，热轧过程中，保证单道次压下率不超过35％，终轧温度在950℃以上、热轧坯厚度为3.8mm，温度以180℃/s降至室温后、热轧坯进行790℃退火，时间为25min，冷轧至1.0mm厚，最后制得具有优良热塑性的双相不锈钢，此材料屈服强度536～544MPa，抗拉强度860～873MPa，伸长率55～61％，其焊接性及耐腐蚀性能满足服役要求。
实施例4
本实施例的具有优良热塑性的双相不锈钢，其成分按质量百分比为：C 0.04％，Cr18％，Mn 9％，Al 1.0％，Cu 0.8％，Ti 0.04％，Si 0.36％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质，经Thermo-Calc软件计算得到该双相不锈钢的平衡相图如图4所示。
该具有优良热塑性的双相不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
经综合计量计算和配料溶制后，浇铸成型、1090℃锻造为60mm厚锻坯、锻坯1220℃均匀化处理7h、在1070℃进行热轧，热轧过程中，保证单道次压下率不超过35％，终轧温度在980℃以上、热轧坯厚度为4.4mm，温度以150℃/s降至室温后、热轧坯进行820℃退火，时间为20min，冷轧至1.1mm厚，最后制得具有优良热塑性的双相不锈钢，此材料屈服强度502～511MPa，抗拉强度844～852MPa，伸长率58～63％，其焊接性及耐腐蚀性能满足服役要求。
实施例5
本实施例的具有优良热塑性的双相不锈钢，其成分按质量百分比为：C 0.05％，Cr20％，Mn 12％，Al 1.0％，Cu 0.6％，Ti 0.03％，Si 0.36％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质，经Thermo-Calc软件计算得到该双相不锈钢的平衡相图如图5所示。
该具有优良热塑性的双相不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
经综合计量计算和配料溶制后，浇铸成型、1050℃锻造为55mm厚锻坯、锻坯1200℃均匀化处理8h、在1150℃进行热轧，热轧过程中，保证单道次压下率不超过35％，终轧温度在950℃以上、热轧坯厚度为3mm，温度以180℃/s降至室温后、热轧坯进行810℃退火，时间为19min，冷轧至0.8mm厚，最后制得具有优良热塑性的双相不锈钢，此材料屈服强度528～534MPa，抗拉强度852～863MPa，伸长率56～62％，其焊接性及耐腐蚀性能满足服役要求。

Claims (6)

1.一种具有优良热塑性的双相不锈钢，其特征在于，其成分按质量百分比为：C 0.01～0.1％，Cr 15～22％，Mn 5～15％，Al 0.5～2％，Cu 0.4～1.6％，Si 0.1～0.8％，Ti 0.02～0.1％，P≤0.02％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种具有优良热塑性的双相不锈钢，其特征在于，所述的具有优良热塑性双相不锈钢屈服强度为500～550MPa，抗拉强度为830～880MPa，伸长率为55～63％。
3.权利要求1所述的具有优良热塑性双相不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照设定成分，选择原料，进行熔炼，并浇注，形成铸坯；
(2)将铸坯在1050～1150℃进行锻造成锻坯，所述锻坯厚度为50～70mm；
(3)将锻坯在1200～1250℃下，进行均匀化处理6～8h；
(4)均匀化处理后的锻坯在经过高压水除鳞后，温度降至1150～1200℃，进行热轧，终轧温度为950～1000℃，获得热轧坯，所述的热轧坯厚度为3～5mm；
(5)将热轧坯冷却至室温后在780～850℃下，进行退火15～25min；
(6)将退火后的热轧板经过酸洗后进行冷轧，制得具有优良热塑性双相不锈钢，所述的具有优良热塑性双相不锈钢厚度为0.8～1.5mm。
4.根据权利要求3所述的具有优良热塑性双相不锈钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，热轧过程中，保证单道次压下率不超过35％。
5.根据权利要求3所述的具有优良热塑性双相不锈钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，热轧坯冷却方式为层流冷却，冷却速度≥130℃/s。
6.根据权利要求3所述的具有优良热塑性双相不锈钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，退火后热轧板组织为奥氏体：铁素体＝(42～48)：(52～58)的双相组织。
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