CN112410675A - 稀土双相耐蚀铸造不锈钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铁基铸造合金钢技术领域，具体涉及一种稀土双相耐蚀铸造不锈钢及其制造方法。所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢，其化学成分为：C≤0.03％，Si:0.5～1.0％，Mn:1.2～1.6％，S≤0.02％，P≤0.02％，Cr:26～28％，Ni:4.5～5.5％，Mo:2.0～3.0％，N:0.20～0.35％，Re:0.10～0.20％，Fe余量。其制造方法为:中频炉熔炼—净化处理—浇注—高温固溶处理—回火处理。本发明所述的不锈钢由奥氏体和铁素体组成，采用其制造的稀土双相耐蚀铸造不锈钢泵类产品，应用于核电及海水淡化工程，出口到德国等发达国家，耐腐蚀性能优异；制造方法简单易行。

Description

稀土双相耐蚀铸造不锈钢及其制造方法
技术领域
本发明属于铁基铸造合金钢技术领域，具体涉及一种稀土双相耐蚀铸造不锈钢及其制造方法。
背景技术
双相不锈钢自20世纪40年代自美国诞生以来，已经发展到第三代。它的主要特点是屈服强度高，可达350～500MPa，是普通不锈钢的2倍。在抗腐蚀方面，特别是介质环境比较恶劣(如海水、氯离子含量较高)的条件下，双相不锈钢抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于奥氏体不锈钢。正是由于双相不锈钢具有这些优异的性能，多年来发展非常迅速，已成为和马氏体型、奥氏体型和铁素体型不锈钢并列的一个钢类。随着核电、海水淡化行业的快速发展，双相不锈钢的需求量亦是越来越大。国内双相不锈钢，尤其是铸造双相不锈钢需求量大，但产量却很少，主要是依赖进口，每年进口双相不锈钢材料数千吨，并且需求量每年都上大幅攀升。因此开发研制符合我国国情的优质双相铸造不锈钢材料及产品就特别有现实意义。可为国家节省外汇，促进我国核电行业及海水淡化等行业的健康、快速发展。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种稀土双相耐蚀铸造不锈钢，通过成分设计、稀土处理和热处理工艺，形成由奥氏体和铁素体组成的双相耐蚀铸造不锈钢；本发明同时提供其制造方法，科学合理、简单易行。
为达到本发明目的，所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢，以重量百分比计，其化学成分为：C≤0.03％，Si:0.5～1.0％，Mn:1.2～1.6％，S≤0.02％，P≤0.02％，Cr:26～28％，Ni:4.5～5.5％，Mo:2.0～3.0％，N:0.20～0.35％，Re:0.10～0.20％，Fe余量。
所述的Re为混合稀土，由Ce和La组成，采用同等比例配制。
所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢经高温固溶处理后的组织为奥氏体加铁素体，奥氏体相与铁素体相的比例为50～60％。
本发明设计的化学成分，根据双相不锈钢的特点，考虑到合金元素的主要作用。主要合金元素Cr，Mo，Ni和N之间的相互作用是非常复杂的，为了获得稳定的有利于加工和制造的双相组织，必须注意各元素适当的含量。
铬：不锈钢的耐腐蚀性能随铬含量的增加而增加。铬是铁素体形成元素，钢中加铬可促使铁素体形成，并提高氮在钢中的溶解量。双相不锈钢中铬含量至少21％才能有较高的钝化能力。为提高抗腐蚀性能设计铬含量26～28％。
镍：镍是稳定奥氏体的元素，能促使不锈钢晶体结构从铁素体转化为奥氏体。因此双相不锈钢中必须保持一定的Ni含量，Ni含量低于4.5％，其耐蚀性能难以满足氯离子环境要求，过高又增加了生产成本。设计为4.5～5.5％。
氮：氮能提高双相不锈钢的耐点蚀和缝隙腐蚀能力，还能显著地提高钢的强度。它是非常有效的固溶强化元素。氮是强奥氏体形成元素，它可替代部分镍，降低生产成本。钢中含氮量小于0.18％不起作用，过高会产生气孔。设计为0.20～0.35％。
钼：钼能提高不锈钢的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力，尤其是在氯离子环境中，其耐腐蚀能力更加突出。钼是铁素体形成元素，有增大不锈钢中形成金属间相的倾向。设计为2～3％。
稀土：稀土Re(Ce-La)是表面活性元素，富集于晶界的Ce-La可细化晶粒，改变晶界状态，改善钢的塑性和韧性。同时Ce-La还有净化和微合金化的作用。它不仅能脱硫、除气，还通过形成硫氧化物改变了钢中氧化物和硫化物的形态、大小和分布，对钢的性能产生非常有利的影响。实验数据表明，稀土Re能使该合金的流动性增加30％，塑性、冲击韧性均能提高20％以上，稀土太低不起作用，太高又产生夹渣，设计为0.10～0.20％，优选0.15～0.20％。
硅也是强烈的铁素体形成元素，可提高钢的抗氧化性和耐蚀性。但Si含量过高，铁素体增加，金属间化合物析出倾向也增加，将引起氢脆，使钢难于加工，并影响耐腐蚀性能，故设计为0.5～1.0％。
锰是形成和稳定奥氏体的元素，可增加氮在钢中的溶解度并部分代替镍。设计为1.2～1.6％。
双相不锈钢的耐腐蚀性随着碳含量的提高而降低，因此本设计尽量将碳含量控制在低位≤0.03％。
本发明所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢的制造方法，包括：中频炉熔炼—净化处理—浇注—高温固溶处理—回火处理等步骤。
具体步骤如下：
1)按照化学成分配好原材料，采用中频感应电炉熔炼，应用光谱仪对合金成分进行调整直到达到设计的成分要求；
2)吹氮气净化；
3)浇注：出炉浇注前采用压入法将Re加入炉中；
4)高温固溶处理；
5)快速出炉，随后水冷；
6)回火处理。
步骤1)中，所述的熔炼温度为1650℃～1680℃。
步骤3)中，所述的浇注温度为1550℃～1580℃。
步骤4)中，所述的高温固溶处理温度为1150℃～1180℃，保温3～4h。
步骤6)中，所述的回火温度为450℃～480℃，保温2～3h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明优化了Cr，Ni，Mo，Si，Mn等合金元素，采用加入适量混合稀土对钢水进行改性处理，细化了晶粒，提高了晶界的抗蚀能力和机械性能，并且大大提高了合金的铸造性能，改善了钢液的流动性，使铸件的补缩得以改善，提高了铸件出品率，降低了废品率。采用压入法加入稀土，可减少稀土烧损，保证获得稳定的Re含量。
2、本发明以氮代替了部分镍的加入量，镍是昂贵的稀有合金元素，因此可大大降低生产成本。
3、本发明采用的高温固溶处理工艺可稳定地得到理想的奥氏体和铁素体的双相组织，使材质获得极佳的机械性能。
4、本发明所得的稀土双相耐蚀铸造不锈钢可用于核电行业、海水淡化行业及其他耐氯离子介质的腐蚀场合，出口到德国等发达国家，耐腐蚀性能优异。
附图说明
图1和图2是实施例1生产的泵类铸件的示意图；
图3和图4是实施例2生产的泵类铸件的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
按本发明所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢及制造方法，为德国A公司生产泵类铸件(泵体，叶轮等)，图纸见附图1-2。性能优异深得客户好评，并建立长期供求关系。
不锈钢材料成分(重量％)：C：0.02，Si:0.65，Mn:1.52，S:0.01，P0.02，Cr:26.8，Ni:5.0，Mo:2.2，N:0.26，Re:0.16，Fe余量。其中，Re为混合稀土，由Ce和La组成，采用同等比例配制。
制备方法具体为：
1)按照化学成分配好原材料，采用中频感应电炉熔炼，熔炼温度为1650℃，应用光谱仪对合金成分进行调整直到达到设计的成分要求；
2)吹氮气净化；
3)浇注：出炉浇注前采用压入法将Re加入炉中，浇注温度为1550℃；
4)高温固溶处理，温度为1150℃，保温4h；
5)快速出炉，水冷；
6)回火处理，回火温度为450℃，保温3h。
材料机械性能测量结果：抗拉强度850MPa，屈服516MPa，延伸率δ：25％，冲击功Akv:80J，硬度HBW 286。
实施例2
按本发明所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢材料及制造方法，为德国B公司生产海水淡化泵类铸件，图纸见附图3-4。
不锈钢材料成分(重量％)：C：0.018，Si:0.68，Mn:1.56，S:0.01，P0.02，Cr:27.0，Ni:5.2，Mo:2.3，N:0.27，Re:0.17，Fe余量。其中，Re为混合稀土，由Ce和La组成，采用同等比例配制。
制备方法具体为：
1)按照化学成分配好原材料，采用中频感应电炉熔炼，熔炼温度为1680℃，应用光谱仪对合金成分进行调整直到达到设计的成分要求；
2)吹氮气净化；
3)浇注：出炉浇注前采用压入法将Re加入炉中，浇注温度为1580℃；
4)高温固溶处理，温度为1180℃，保温3h；
5)快速出炉，水冷；
6)回火处理，回火温度为480℃，保温2h。
材料机械性能测量结果：抗拉强度846MPa，屈服512MPa，延伸率δ：27％，冲击功Akv:87J，硬度HBW 282。

Claims (8)

1.一种稀土双相耐蚀铸造不锈钢，其特征在于：以重量百分比计，其化学成分为：C≤0.03％，Si:0.5～1.0％，Mn:1.2～1.6％，S≤0.02％，P≤0.02％，Cr:26～28％，Ni:4.5～5.5％，Mo:2.0～3.0％，N:0.20～0.35％，Re:0.10～0.20％，Fe余量。
2.根据权利要求1所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢，其特征在于：所述的Re为混合稀土，由Ce和La组成，采用同等比例配制。
3.根据权利要求1所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢，其特征在于：所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢的组织为奥氏体加铁素体，奥氏体相与铁素体相的比例为50～60％。
4.一种权利要求1-3任一所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)按照化学成分配好原材料，采用中频感应电炉熔炼；
2)吹氮气净化；
3)浇注：出炉浇注前采用压入法将Re加入炉中；
4)高温固溶处理；
5)水冷；
6)回火处理。
5.根据权利要求4所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢的制造方法，其特征在于：步骤1)中，所述的熔炼温度为1650℃～1680℃。
6.根据权利要求4所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢的制造方法，其特征在于：步骤3)中，所述的浇注温度为1550℃～1580℃。
7.根据权利要求4所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢的制造方法，其特征在于：步骤4)中，所述的高温固溶处理温度为1150℃～1180℃，保温3～4h。
8.根据权利要求4所述的稀土双相耐蚀铸造不锈钢的制造方法，其特征在于：步骤6)中，所述的回火温度为450℃～480℃，保温2～3h。
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