專利名稱：雙相鋼合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不銹鋼合金，更確切地說(shuō)涉及一種含有鐵素體-奧氏體基體以及具有高抗腐蝕性、良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱加工性的雙相不銹鋼，尤其是涉及一種具有體積百分比含量為40-65％的鐵素體和用來(lái)賦予該材料抗腐蝕性的平衡組分的雙相不銹鋼，與以往考慮過(guò)的可能使用的材料相比，所述成分使該不銹鋼更適合在含氯化物成分的環(huán)境中使用。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)，使用抗腐蝕性金屬材料的環(huán)境變得更加具有腐蝕性，對(duì)材料機(jī)械性能和抗腐蝕性能的要求都在提高。已經(jīng)被確立為對(duì)目前所使用鋼種的替代物的雙相合金鋼，例如高合金奧氏體鋼、鎳基合金鋼或其他高合金鋼，在今后發(fā)展中是不可或缺的。
在含氯化物環(huán)境中的已知抗腐蝕性方法是所謂的抗點(diǎn)狀腐蝕等價(jià)法(簡(jiǎn)稱PRE)，定義為PRE＝％Cr+3.3％Mo+16％N其中每種元素的百分比指的是重量百分比。
數(shù)值越高表示尤其在抗點(diǎn)狀腐蝕方面具有更好的抗腐蝕性。根據(jù)上面的公式，Cr、Mo、N是影響該特性的基本合金元素。這種鋼種的一個(gè)示例已經(jīng)在EP0220141中公開(kāi)，該文獻(xiàn)在本說(shuō)明書(shū)中被引用作為參考。用符號(hào)SAF2507(UNS S32750)表示的這個(gè)鋼種所含的主要合金成分為高含量的Cr，Mo和N。因而針對(duì)在氯化物環(huán)境中具有良好抗腐蝕性的這一研究正在發(fā)展過(guò)程中。
最近，已經(jīng)表明對(duì)于進(jìn)一步優(yōu)化鋼在氯化物環(huán)境中的抗腐蝕性能元素Cu和W是有效的合金添加元素。于是已經(jīng)采用元素W作為一部分Mo的替換物，例如在工業(yè)用合金DP3W(UNS S39274)或Zeron100中，這些合金分別包含2.0％和0.7％的W，后者還包含0.7％的Cu以用來(lái)提高在酸性環(huán)境中合金的抗腐蝕性能。
合金添加元素鎢導(dǎo)致了抗腐蝕性方法的進(jìn)一步發(fā)展，并由此使PRE公式演變成PREW公式，這使得Mo和W在合金抗腐蝕性上的影響之間的關(guān)系更加清楚PREW＝％Cr+3.3(％Mo+0.5％W)+16％N例如在EP0545753中所描述一樣。該文獻(xiàn)涉及一種其抗腐蝕性能得到大體改善的雙相不銹鋼。上述鋼種具有一個(gè)與計(jì)算方法無(wú)關(guān)的大于40的PRE值。
在氯化物環(huán)境中具有良好抗腐蝕性能的合金里，還應(yīng)該提到SAF2906，其組成成分在EP0708845中公開(kāi)。其特征在于，相對(duì)于例如SAF2507而言其Cr和N含量更高的這種合金已經(jīng)顯示出特別適合用在注重抗晶間腐蝕和氨基甲酸銨腐蝕的環(huán)境中，但是它在含氯化物的環(huán)境中也具有很高的抗腐蝕性。
US-A-4985091披露了一種用于主要出現(xiàn)晶間腐蝕的鹽酸和硫磺酸環(huán)境的合金。該合金主要打算作為現(xiàn)在使用的奧氏體鋼的替代物。
US-A-6048413也披露了一種作為奧氏體鋼的替代物的雙相不銹鋼，它打算用在在含氯化物的環(huán)境中。
上述具有較高PRE值的合金缺點(diǎn)在于，在鋼中尤其在例如通過(guò)在后處理下進(jìn)行焊接來(lái)進(jìn)行熱處理之后會(huì)出現(xiàn)堅(jiān)硬易碎的金屬間析出物，例如σ相。該缺點(diǎn)導(dǎo)致產(chǎn)生了加工性更差并因此抗腐蝕性能變差的更硬的材料。
為了進(jìn)一步改善尤其是雙相不銹鋼的抗點(diǎn)蝕性，需要提高在鐵素體相和奧氏體相的PRE值，而且不會(huì)為此損害材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性或可加工性。如果在這兩相中成分在有效合金成分方面不均衡，那么一個(gè)相就會(huì)變得對(duì)點(diǎn)蝕和裂隙腐蝕更加敏感。因此，對(duì)腐蝕更加敏感的這一相其抗腐蝕性能降低，同時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性由于最高合金相而降低。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種雙相不銹鋼合金，該合金顯示出高抗腐蝕性同時(shí)其機(jī)械性能也得到改善，并且該合金最適宜用在需要對(duì)于一般腐蝕和局部腐蝕具有高抵抗力的環(huán)境中，例如含氯化物的環(huán)境。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種雙相不銹鋼合金，其鐵素體體積百分比含量為40-65％且其在奧氏體相和鐵素體相中的PRE值至少在46-50間，而且在奧氏體PRE和鐵素體PRE之間的最優(yōu)比例為0.90-1.15，優(yōu)選為0.9-1.05。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種雙相不銹鋼合金，其臨界點(diǎn)蝕溫度值(以下簡(jiǎn)稱CPT)高于90℃，優(yōu)選高于95℃，并且在6％FeCl3中的臨界裂隙腐蝕溫度值(以下簡(jiǎn)稱CCT)最低為50℃，優(yōu)選在6％FeCl3中至少為60℃本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在室溫下沖擊強(qiáng)度至少為100J且在室溫下經(jīng)拉伸試驗(yàn)后的延伸率至少為25％的合金。
由于其高合金含量，根據(jù)本發(fā)明的材料具有顯著良好的可加工性，特別是良好的熱加工性能，由此應(yīng)該非常適用于生產(chǎn)例如棒材、管材例如焊管和無(wú)縫管、板材、帶材、線材、焊條以及結(jié)構(gòu)零件例如泵、閥門(mén)、法蘭、聯(lián)結(jié)器一類的。
根據(jù)本發(fā)明的雙相不銹鋼合金來(lái)實(shí)現(xiàn)這些目的，該合金包括(重量百分比)至多0.03％的C，至多0.5％的Si，24.0-30.0％的Cr，4.9-10.0％的Ni，3.0-5.0％的Mo，0.28-0.5％的N，0-3.0％Mn，0-0.0030％的B，至多0.010％的S，0-0.03％的Al，0-0.010％的Ca，0-3.0％的W，0-2.0％的Cu，0-3.5％的Co，0-0.3％的Ru，平衡量的Fe含量以及不可避免的雜質(zhì)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1顯示出與雙相鋼SAF2507、SAF2906以及高合金奧氏體鋼654SMO相比，在“Green Death”溶液中進(jìn)行的經(jīng)過(guò)修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)中對(duì)測(cè)試試樣進(jìn)行試驗(yàn)而獲得的CPT值。
圖2顯示出與雙相鋼SAF2507以及奧氏體鋼654SMO相比，通過(guò)在“Green Death”溶液中對(duì)測(cè)試試樣進(jìn)行經(jīng)過(guò)修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)獲得的CPT值。
圖3顯示出在75℃的環(huán)境下在2％HCl中的平均腐蝕量mm/年。
圖4顯示出對(duì)大部分試樣進(jìn)行熱延展性試驗(yàn)所得到的結(jié)果。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明系統(tǒng)研究工作已經(jīng)表明人們可以通過(guò)良好平衡的組合元素Cr、Mo、Ni、N、Mn和Co來(lái)實(shí)現(xiàn)這些元素在奧氏體和鐵素體中的最優(yōu)分配，這就能夠?qū)崿F(xiàn)一種非常耐腐蝕的材料，并且在該材料中只具有其量可以忽略不計(jì)的σ相。所述材料也獲得了良好的可加工性，這使得能夠擠壓成形為無(wú)縫鋼管。該工作還表明，在本發(fā)明中為了獲得高耐腐蝕性和良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的結(jié)合，需要在該材料中對(duì)合金元素進(jìn)行更窄的組合。根據(jù)本發(fā)明的合金包含有(wt％)C 至多0.03％Si 至多0.5％
Mn 0-3.0％Cr 24.0-30.0％Ni 4.9-10.0％Mo 3.0-5.0％N 0.28-0.5％B 0-0.0030％S 至多0.010％Co 0-3.5％W 0-3.0％Cu 0-2.0％Ru 0-0.3％Al 0-0.03％Ca 0-0.010％平衡量Fe以及正常出現(xiàn)的雜質(zhì)和添加物，其中鐵素體的體積百分含量是40-65％。
碳(C)在鐵素體和奧氏體中溶解度有限。有限的溶解度意味著有碳化鉻析出的危險(xiǎn)，因此碳的含量不能超過(guò)0.03wt％，優(yōu)選不超過(guò)0.02wt％。
硅(Si)在鋼生產(chǎn)中被用作還原劑，同時(shí)它在生產(chǎn)和焊接過(guò)程中提高了流動(dòng)性。但是，Si含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致不期望有的金屬間相析出，因此Si的含量至多0.5wt％，優(yōu)選不超過(guò)0.3wt％。
錳(Mn)加入用來(lái)提高材料中N的溶解度，但是，已經(jīng)證明，Mn在所述類型的合金中對(duì)N溶解度的影響有限。相反，發(fā)現(xiàn)了對(duì)該溶解度的影響更高的其它元素。此外，Mn與高含量的S結(jié)合會(huì)導(dǎo)致形成硫化錳，這作為點(diǎn)狀腐蝕的起始點(diǎn)，因此Mn的含量應(yīng)該被限制在0-3.0wt％之間，優(yōu)選為0.5-1.2wt％。
鉻(Cr)是一種相當(dāng)有用的元素，能夠改善對(duì)大多數(shù)腐蝕類型的抵抗力。另外，高含量的鉻意味著在材料中可以獲得非常好的N溶解度。因此要求使Cr含量保持盡可能高以便改善抗腐蝕性能。抗腐蝕性能良好的鉻含量至少應(yīng)達(dá)到24.0wt％，優(yōu)選為27.0-29.0wt％。但是，高含量的鉻會(huì)增加金屬間析出物的危險(xiǎn)，為此必須將鉻的含量限制在30wt％以內(nèi)。
鎳(Ni)被用作奧氏體穩(wěn)定元素，添加適量的鎳還可以獲得所需含量的鐵素體。為了在體積百分比為40-65％的鐵素體中獲得所要求的奧氏體相和鐵素體相之間的比例，需要添加4.9-10.0wt％，優(yōu)選為4.9-8.0wt％的鎳。
鋁(Mo)是一種有用元素，它能夠改善在氯化物環(huán)境以及還原性酸環(huán)境中的抗腐蝕性能。太高含量的Mo會(huì)與高含量的Cr結(jié)合，這意味著產(chǎn)生金屬間析出物的危險(xiǎn)增加，在本發(fā)明中的Mo含量應(yīng)在3.0-5.0wt％的范圍中，優(yōu)選為3.6-4.7wt％，尤其為4.0-4.3wt％。
氮(N)是非常有用的元素，它能夠提高材料的抗腐蝕性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度。此外，高含量的N可以改善焊接后奧氏體的回復(fù)性，這在焊點(diǎn)內(nèi)賦予了良好的性能。為了使N的作用更明顯，至少應(yīng)添加0.28％的N。在N含量較高的情況下，尤其是當(dāng)鉻的含量同時(shí)也很高時(shí)，產(chǎn)生氮化鉻析出物的危險(xiǎn)增加，此外，由于N在熔煉中過(guò)度溶解性，所以高N含量意味著出現(xiàn)多孔性的危險(xiǎn)增加。因此，應(yīng)該將N含量限制為至多0.5wt％，優(yōu)選添加大于0.35-0.45wt％的N。
硼(B)是加入用來(lái)提高材料的熱加工性。在B含量太高的情況下，抗腐蝕性和可焊接性會(huì)變差，因此，B含量應(yīng)該限制為0.0030wt％。
硫(S)通過(guò)形成可溶解的硫化物對(duì)抗腐蝕性產(chǎn)生負(fù)面影響，此外，熱加工性變差，因此將S含量限制為不超過(guò)0.010wt％。
鈷(Co)加入用來(lái)首先改善抗腐蝕性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Co是一種奧氏體穩(wěn)定元素。為了產(chǎn)生有益的效果，Co的含量應(yīng)該至少為0.5wt％，優(yōu)選至少為1.5wt％。因?yàn)镃o是相對(duì)昂貴的元素，因此將鈷的添加量限制為至多3.5wt％。
鎢能夠提高抗點(diǎn)蝕和裂隙腐蝕性能，但是添加過(guò)高含量的鎢與較高含量的Cr以及Mo結(jié)合意味著出現(xiàn)金屬間析出物的危險(xiǎn)增加。在本發(fā)明中的W含量應(yīng)在0-3.0wt％范圍內(nèi)，優(yōu)選為0.5-1.8wt％之間。
銅添加用來(lái)改善在酸性環(huán)境例如硫酸中的一般抗腐蝕性能。同時(shí)Cu會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。但是，高含量的Cu意味著將會(huì)超過(guò)固溶度，因此，Cu含量應(yīng)該限制為至多2.0wt％，優(yōu)選為在0.5-1.5wt％。
釕(Ru)加入用來(lái)提高抗腐蝕性，由于釕是非常昂貴的元素，因此含量應(yīng)限制在至多0.3wt％，優(yōu)選為0-0.1wt％。
鋁(Al)和鈣(Ca)在鋼產(chǎn)品中用作脫氧劑，Al的含量應(yīng)限制在在至多0.03wt％范圍內(nèi)以限制氮化物的形成。Ca對(duì)熱延性能夠產(chǎn)生有益的效果，但是，Ca的含量應(yīng)限制為0.010wt％以避免出現(xiàn)不希望有的夾渣。
為了獲得良好的機(jī)械性能、抗腐蝕性能和良好的可焊接性能，鐵素體的含量非常重要。從抗腐蝕性和可焊接性的角度考慮，40-65％的鐵素體含量對(duì)于獲得良好性能而言是理想的。另外，高含量的鐵素體意味著在低溫下的沖擊強(qiáng)度和對(duì)由氫引起的脆性的抵抗力惡化，因此，鐵素體的體積百分比含量為40-65％，優(yōu)選為42-60％，尤其為45-55％。
在下面的實(shí)施例中，給出了許多測(cè)試試樣的組分，這些實(shí)施例說(shuō)明了不同合金元素在性能上的作用。試樣605182代表一個(gè)參考組分，因此不是本發(fā)明領(lǐng)域的一部分。不應(yīng)將剩余的試樣認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，也不應(yīng)僅僅限于這些試樣的實(shí)施例，這些實(shí)施例闡述了根據(jù)權(quán)利要求所限定的本發(fā)明。
盡管沒(méi)有明確的提及，特定的PRE數(shù)或值總被認(rèn)為是依據(jù)PREW公式計(jì)算得出的。
實(shí)施例1該實(shí)施例的測(cè)試試樣由以下步驟產(chǎn)生在實(shí)驗(yàn)室中鑄造出重量為170kg的鋼錠，隨后將它熱鍛成圓鋼。將它們熱擠壓成棒材(扁鋼以及圓鋼)，其中從這些圓鋼中選取試驗(yàn)材料。另外，在進(jìn)行冷軋之前對(duì)扁鋼進(jìn)行退火，隨后獲得其它實(shí)驗(yàn)材料。從材料工程角度考慮，所述過(guò)程可以被當(dāng)作更大規(guī)模生產(chǎn)的代表，例如通過(guò)擠出成形方法生產(chǎn)出不銹鋼管，之后進(jìn)行冷軋。表1顯示出第一批實(shí)驗(yàn)試樣的組分。
表1實(shí)驗(yàn)試樣的成分，wt％

為了研究試樣的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，所述從每一個(gè)試樣中選取的樣品分別在900-1150℃下以50℃為遞進(jìn)進(jìn)行退火，隨后分別在空氣或水中淬火。在一個(gè)最低溫度下形成金屬間相。通過(guò)在光學(xué)顯微鏡中進(jìn)行研究來(lái)確定金屬間相變得可以忽略不計(jì)的最低溫度。之后在所述溫度下對(duì)來(lái)自相應(yīng)試樣的新樣品退火恒溫5分鐘，之后以140℃/分鐘的恒定冷卻速度將這些樣品冷卻至室溫，隨后在掃描電子顯微鏡下用反向散射電子形成數(shù)字掃描圖片來(lái)確定在這些材料中σ相的區(qū)域部分，結(jié)果如表2所示。
Tmaxσ是根據(jù)所有特定元素在不同變量中的特征值由Thermo-Calc(TCFE99鋼的TC型N熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù))計(jì)算得出。Tmaxσ是σ相的溶解溫度，高溶解溫度表示更低的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
表2

這一研究的目的在于能夠依照結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性將材料分級(jí)，即這不是在例如腐蝕試驗(yàn)之前經(jīng)過(guò)熱處理和淬火的試樣中的σ相的真實(shí)含量?？梢钥闯鲇蒚hermo-Calc計(jì)算得出的Tmaxσ沒(méi)有直接與測(cè)量得出的σ相量相一致，但是顯然具有最低的計(jì)算出的Tmaxσ的實(shí)驗(yàn)試樣包含有在該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的最低量的σ相。
在所謂的“Green Death”溶液中進(jìn)行點(diǎn)蝕性能的分級(jí)實(shí)驗(yàn)，所述溶液包含1％的FeCl3，1％的CuCl2，11％的H2SO4和1.2％的HCl。實(shí)驗(yàn)步驟與依照ASTM G48C的點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)相同，但它是在更具腐蝕性的“Green Death”中完成的，此外，一些試樣是依照ASTM G48C進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(每個(gè)試樣進(jìn)行2次實(shí)驗(yàn))。還在含3％NaCl中進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)(每個(gè)試樣進(jìn)行6次實(shí)驗(yàn))。從所有實(shí)驗(yàn)中得出的臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT)形式的結(jié)果如表3所示，例如對(duì)于合金中全部成分以及奧氏體、鐵素體的PREW值(Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N)。符號(hào)α代表鐵素體，γ代表奧氏體。
表3

人們確定在雙相不銹鋼中奧氏體或鐵素體中的最低PRE值與CPT值之間存在線性比例，但是表3中的結(jié)果表明PRE值不能單獨(dú)用來(lái)解釋CPT值。圖1以圖表的方式示出了經(jīng)過(guò)修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)所獲得的CPT值。包括雙相鋼SAF2507、SAF2906以及高合金奧氏體鋼654SMO作為參考。從這些結(jié)果中可以清楚看到，所有實(shí)驗(yàn)材料在經(jīng)過(guò)修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)中顯示出比SAF2507和SAF2906更好的CPT值。此外，一些實(shí)驗(yàn)材料在經(jīng)過(guò)修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)中顯示出與654SMO等同或更好的CPT結(jié)果。利用鈷合金化了的實(shí)驗(yàn)試樣605183盡管它包含有高含量鉻以及鉬，但是在受控的冷卻速率(-140℃/分鐘)下顯示出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且顯示出優(yōu)于SAF2507和SAF2906的結(jié)果。研究表明一個(gè)較高的PRE值不能用來(lái)單獨(dú)解釋CPT值，在沒(méi)有該關(guān)系的情況下，PRE奧氏體/PRE鐵素體對(duì)于更高合金的雙相不銹鋼的性能是至關(guān)重要的，需要在合金元素間進(jìn)行嚴(yán)密而精確均衡以便獲得最優(yōu)化比例，所述比例應(yīng)介于0.9-1.15之間，優(yōu)選為0.9-1.05，同時(shí)還便于獲得高于46的PRE值。在表3中給出了針對(duì)在經(jīng)過(guò)修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)中的試樣的CPT值的關(guān)系PRE奧氏體/PRE鐵素體。
確定出所有試樣在室溫(RT)、100℃和200℃下的強(qiáng)度以及在室溫(RT)下的沖擊強(qiáng)度，并且以3次實(shí)驗(yàn)的平均值表示。
由φ20mm擠出棒材制造出拉伸實(shí)驗(yàn)試樣(DR-5C50)，在根據(jù)表2的溫度下對(duì)這些試樣進(jìn)行20分鐘熱處理，隨后在空氣或水中冷卻(試樣編號(hào)分別為605195，605197，605184)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4和表5所示。這些拉伸實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明鉻、氮和鎢對(duì)材料的沖擊強(qiáng)度影響很大。除605153之外，所有試樣都滿足了在室溫(RT)下在拉伸試驗(yàn)下延伸率為25％的要求。
表4沖擊強(qiáng)度

表5沖擊強(qiáng)度

該研究非常清楚地表明水淬對(duì)于獲得最好的結(jié)構(gòu)并因此獲得良好的沖擊強(qiáng)度數(shù)值是必不可少的。除605184和605187外，所有試樣在室溫下都通過(guò)了必需的100J的強(qiáng)度，當(dāng)然前者也非常接近所需的值。
圖6顯示出從鎢-惰性氣體重熔實(shí)驗(yàn)(以下簡(jiǎn)稱TIG)得出的結(jié)果，其中試樣605193、605183、605184以及605253在受熱區(qū)(Heat AffectedZone，以下簡(jiǎn)稱HAZ)顯示出良好的結(jié)構(gòu)。含Ti的試樣在HAZ中顯示出具有TiN。過(guò)高的鉻和氮含量導(dǎo)致Cr2N析出，因?yàn)檫@會(huì)使該材料的性能變差，因而應(yīng)該要避免出現(xiàn)這個(gè)情況。
表6

實(shí)施例2在下述實(shí)施例中，給出了為了找到最優(yōu)組分而生產(chǎn)出的其它測(cè)試試樣的組分。從實(shí)施例1中所示的結(jié)果中，從具有良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及高耐腐蝕性的試樣的性能中開(kāi)始對(duì)這些試樣進(jìn)行改變。表7中的所有試樣包括了本發(fā)明所述的組分，其中編號(hào)為1-8號(hào)的試樣只包括統(tǒng)計(jì)測(cè)試模式，而編號(hào)為e-n號(hào)的試樣中添加了本發(fā)明所述范圍內(nèi)的合金。
所述試樣由270kg的鋼錠通過(guò)鑄造、熱鍛成圓鋼獲得。將這些圓鋼擠出成形為棒材，從而選取測(cè)試試樣。之后在冷軋成扁鋼之前對(duì)棒材進(jìn)行退火，之后選取進(jìn)一步測(cè)試材料。表7顯示出這些測(cè)試試樣的組分。
表7

表8.Thermo-Calc

根據(jù)表8(TCFE99鋼的TC型N熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù))的Thermo-Calc值是基于所有特定元素在不同變量中的特征量。鐵素體和奧氏體的PRE值基于它們?cè)?100℃下的均衡組分。Tmaxσ是σ相的溶解溫度，高溶解溫度意味著更低的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
利用微探針?lè)治鰧?duì)合金元素在鐵素體和奧氏體中的分布進(jìn)行研究，結(jié)果如表9所示。
表9


所有試樣的點(diǎn)蝕特性均在“Green Death”溶液(含1％的FeCl3，1％的CuCl2，11％的H2SO4和1.2％的HCl)中測(cè)試分級(jí)。實(shí)驗(yàn)步驟與依照ASTM G48C的點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)相同，但本實(shí)驗(yàn)是在比6％FeCl3更具腐蝕性的溶液，即所謂的“Green Death”溶液中進(jìn)行的。并且在進(jìn)行露點(diǎn)實(shí)驗(yàn)前，在2％HCl中進(jìn)行一般腐蝕試驗(yàn)(每個(gè)試樣實(shí)驗(yàn)2次)以便進(jìn)行分級(jí)。從表10、圖2和圖3中可以看到由所有測(cè)試得到的結(jié)果。所有實(shí)驗(yàn)試樣在“Green Death”溶液中的表現(xiàn)均優(yōu)于SAF2507，所有試樣的PRE奧氏體/PRE鐵素體比例限制在0.9-1.5范圍內(nèi)，優(yōu)選為0.9-1.05，同時(shí)奧氏體和鐵素體的PRE值均超過(guò)44，大部分試樣甚至大大超過(guò)44，一些試樣甚至達(dá)到極限值50。值得注意的是，盡管試樣605251中的鉻含量較低，但是含有1.5wt％鈷的試樣605251在“Green Death”溶液中的表現(xiàn)幾乎等同于鈷含量為0.6wt％的試樣605250。尤其令人吃驚和感興趣的是，由于試樣605251的ca.(計(jì)算)PRE值高達(dá)48，這超過(guò)了一些目前商用超級(jí)二相合金，同時(shí)其Tmaxσ值低于1010℃，這意味著基于例1中表2所列值的基礎(chǔ)上具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
在表10中列出了用微探針測(cè)量出的該合金全部成分的平均PREW值(％Cr+3.3％(Mo+0.5％W)+16％N)以及在奧氏體以及在鐵素體中基于這些相的組分的PRE值(四舍五入)。在1100℃下進(jìn)行熱處理之后進(jìn)行水淬處理后測(cè)量出鐵素體的含量。
表10


為了詳細(xì)研究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在1080℃、1100℃和1150℃下對(duì)這些試樣進(jìn)行20分鐘退火，然后在水中淬火。通過(guò)在光學(xué)顯微鏡中進(jìn)行研究來(lái)確定金屬間相變得可以忽略不計(jì)的溫度。對(duì)經(jīng)過(guò)1080℃退火之后進(jìn)行水淬處理后的試樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，表明哪個(gè)試樣更可能包含不期望有的σ相。在圖11中顯示出這些結(jié)果。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制顯示出，試樣605249、605251、605252、605253、605254、605255、605259、605260、605266與605267沒(méi)有不期望有的σ相。此外，含鈷1.5wt％的試樣605249不含σ相，而含鈷0.6wt％的試樣605250只含很少數(shù)量的σ相。這些試樣含有約為29.0wt％的高含量鉻以及大約為4.25wt％的鉬。如果針對(duì)σ相含量對(duì)試樣605249、605250、605251和605252中的組分進(jìn)行比較的話，非常明顯在該情況中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面對(duì)于最優(yōu)材料的組分范圍非常窄。它還顯示出，試樣605268只包含相當(dāng)于試樣605263的σ相，試樣605263包含很多σ相。這些試樣之間的主要區(qū)別在于，試樣605268中添加有銅。試樣605266和605267盡管含有高含量的鉻且后者合金中還含有銅，但是它們都不含σ相，另外，添加有1.0wt％的試樣605262和605263顯示出具有許多σ相的結(jié)構(gòu)，同時(shí)值得注意的是，也含1.0％的鎢但是相對(duì)于試樣605262和605263其氮含量更高的試樣605269顯示出其σ相含量明顯更少。因此，需要在處于這些高合金含量的不同合金元素例如鉻和鉬之間進(jìn)行良好調(diào)節(jié)的平衡，以便獲得良好的結(jié)構(gòu)性能。
表11顯示出從在經(jīng)過(guò)1080℃退火20分鐘之后進(jìn)行水淬之后的光學(xué)觀察中獲得的結(jié)果。σ相量由1-5表示，其中1代表檢測(cè)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)σ相，而5表示檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)高含量的σ相。
表11

在表12中顯示出從對(duì)一些試樣進(jìn)行沖擊強(qiáng)度測(cè)試所得到的結(jié)果。這些結(jié)果非常高，這表明在經(jīng)過(guò)1100℃退火繼而進(jìn)行水淬后具有良好的結(jié)構(gòu)性能，并且所有測(cè)試試樣都可以以大余量滿足100J的要求。
表12

圖4顯示出從對(duì)大多數(shù)試樣進(jìn)行熱延展性實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)果。良好的可加工性對(duì)于能夠?qū)⒉牧现瞥砂舨?、管材例如焊管和無(wú)縫管、板材、帶材、線材、焊條以及諸如泵、閥門(mén)、法蘭、聯(lián)結(jié)器一類的結(jié)構(gòu)零件而言當(dāng)然是至關(guān)重要的。大部分含有大約0.38wt％的氮的試樣605249、605250、605251、605252、605255、605266和605267能夠在一定程度上改善熱延展性數(shù)值。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)為了使材料獲得良好的抗腐蝕性同時(shí)具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱加工性和可焊接性，該材料應(yīng)該根據(jù)下面所述得到優(yōu)化●鐵素體中的PRE值應(yīng)大于45，優(yōu)選至少為47。
●奧氏體中的PRE值應(yīng)大于45，優(yōu)選至少為47。
●整個(gè)合金的PRE值應(yīng)該優(yōu)選至少為46。
●PRE奧氏體/PRE鐵素體的比值應(yīng)當(dāng)介于0.9-1.15之間，優(yōu)選在0.9-1.05范圍內(nèi)。
●鐵素體的體積百分比含量?jī)?yōu)選在45-55％范圍內(nèi)。
●Tmaxσ不應(yīng)超過(guò)1010℃。
●氮含量應(yīng)在0.28-0.5wt％范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.35-0.48wt％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為是0.38-0.40wt％。
●鈷含量應(yīng)在0-3.5wt％范圍內(nèi)，優(yōu)選為1.0-2.0wt％，更優(yōu)選為1.3-1.7wt％。
●為了確保氮的高溶解度，即，在氮含量為0.38-0.40wt％的情況下，需要至少添加29wt％的Cr和3.0wt％的Mo，這樣元素Cr、Mo和N的總含量滿足對(duì)所述PRE值的要求。
權(quán)利要求
1.一種鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼合金，其特征在于，它包含下列成分，以重量百分比計(jì)C 至多0.03％Si至多0.5％Mn0-3.0％Cr24.0-30.0％Ni4.9-10.0％Mo3.0-5.0％N 0.28-0.5％B 0-0.0030％S 至多0.010％Co0-3.5％W 0-3.0％Cu0-2.0％Ru0-0.3％Al0-0.03％Ca0-0.010％平衡量的Fe以及正常出現(xiàn)的雜質(zhì)和添加物，其中鐵素體的體積百分比含量為40-65％。
2.如權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于錳的含量為0.5-1.2wt％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的合金，其特征在于，鉻的含量為27.0-29.0wt％。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的合金，其特征在于鎳的含量為5.0-8.0wt％。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的合金，其特征在于鉬的含量為3.6-4.7wt％。
6.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的合金，其特征在于氮的含量為0.35-0.45wt％。
7.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的合金，其特征在于釕的含量為0-0.3wt％，優(yōu)選為高于0并且高達(dá)0.1％。
8.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的合金，其特征在于鈷的含量為0.5-3.5wt％，優(yōu)選為1.5-3.5wt％。
9.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的合金，其特征在于銅的含量為0.5-2.0wt％，優(yōu)選為1.0-1.5wt％。
10.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的合金，其特征在于鐵素體的體積百分比含量為42-60％，優(yōu)選為45-55％。
11.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的合金，其特征在于該合金的總PRE值或PREW值均超過(guò)44，其中PRE＝％Cr+3.3％Mo+16N，PREW＝％Cr+3.3(％Mo+0.5％W)+16N，其中％表示wt％。
12.如前面上述任一權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的合金，其特征在于鐵素體相和奧氏體相的PRE值或PREW值均大于45，且合金所有組分的PRE值或PREW值大于46。
13.如權(quán)利要求11或12所述的合金，其特征在于鐵素體相和奧氏體相的PRE值或PREW值介于47和49之間。
14.如權(quán)利要求11或12或13所述的合金，其特征在于奧氏體相的PRE(W)值與鐵素體相的PRE(W)值之間的比值介于0.90-1.15之間，優(yōu)選介于0.9-1.05之間。
15.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的合金，用于含氯化物的環(huán)境中。
16.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于含氯化物的環(huán)境中的合金，它采用例如棒材、管材例如焊管和無(wú)縫管、板材、帶材、線材、焊條以及結(jié)構(gòu)零件例如泵、閥門(mén)、法蘭、聯(lián)結(jié)器的產(chǎn)品形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不銹鋼合金，特別是一種含鐵素體－奧氏體基體且具有良好抗腐蝕性能、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱加工性的雙相不銹鋼合金，尤其是涉及一種鐵素體體積百分比為40－65％而其他成分均衡以使材料具有良好抗腐蝕性的雙相不銹鋼，所述不銹鋼合金與之前盡可能考慮的材料相比特別適合用于含氯化物成分的環(huán)境。所有的PRE或PREW值均大于44且?jiàn)W氏體相和鐵素體相的PRE值至少在46－50范圍內(nèi)，其中PRE＝％Cr+3.3％Mo+16N，PREW＝％Cr+3.3(％Mo+0.5％W)+16N，所述百分比為重量百分比，奧氏體相的PRE(W)值與鐵素體相的PRE(W)值的比值介于0.90－1.15之間。本發(fā)明所述雙相不銹鋼合金包含(重量百分比)至多0.03％的C，至多0.5％的Si，24.0－30.0％的Cr，4.9－10.0％的Ni，3.0－5.0％的Mo，0.28－0.5％的N，0－3.0％Mn，0－0.0030％的B，至多0.010％的S，0－0.03％的Al，0－0.010％的Ca，0－3.0％的W，0－2.0％的Cu，0－3.5％的Co，0－0.3％的Ru，平衡的Fe含量以及不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)C22C38/52GK1571862SQ02820617
公開(kāi)日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2002年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月2日
發(fā)明者安·森德斯特龍, 安娜-萊娜·奈斯特龍, 帕西·坎加斯 申請(qǐng)人:山特維克公司