專利名稱:不銹鋼產(chǎn)品、所述產(chǎn)品的用途及其制造方法
不銹鋼產(chǎn)品、所述產(chǎn)品的用途及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及由不銹鋼制成的鑄件,其具有雙相鐵素體-奧氏體顯微組織并具有 高的組織穩(wěn)定性和改良的性能組合、特別是機械加工性能和焊接性能。本發(fā)明還涉及產(chǎn) 品的用途并涉及鑄件的制造方法。
與主要包含至多10-15%鐵素體的奧氏體鑄件相比,鐵素體-奧氏體或雙相不 銹鋼鑄件一般被定義為具有幾乎相等比例的鐵素體和奧氏體的混合物的合金。對于根據(jù) ASTM A890標(biāo)準(zhǔn)的雙相鑄件,未規(guī)定鐵素體水平,但是,列出的合金具有約30 60%范 圍的鐵素體和余量的奧氏體。通過該雙相組織,可以設(shè)計令人關(guān)注的性能分布(profile)。 最早的雙相不銹鋼是在約80年以前開發(fā)的,并且它們最有可能是從奧氏體鑄件形成的, 其中在顯微組織中存在一定量的鐵素體被證明是有利的。事實上,雙相組成通常表現(xiàn)出 比奧氏體組成更好的鑄造性能。雙相材料的其它有利性能是高的機械強度、優(yōu)異的疲 勞強度、良好的耐磨性和良好的耐腐蝕性。因此,鑄造產(chǎn)品和形變產(chǎn)品均得到許多引人 關(guān)注的應(yīng)用。利用各種優(yōu)化形式,描述了若干雙相合金組合物。在許多情形中,作為雙 相組成的專利中的制品,還包括鑄造制品。近年來,隨著原材料成本的極大增加,對于 以下給予了特別關(guān)注降低合金中的鎳和鉬的水平但仍保持合適的性能。
對于30 70 %的鐵素體和奧氏體范圍中的相平衡,可實現(xiàn)雙相不銹鋼的有利性 能。主要的合金化元素(特別是鉻、氮、鎳和鉬)的交互作用是相當(dāng)復(fù)雜的。為了實現(xiàn) 很好地響應(yīng)加工和制造的穩(wěn)定雙相組織,必須十分仔細以便使這些元素中的每一種處于 恰當(dāng)?shù)乃健3讼嗥胶庖酝?,高溫下有害金屬間相的形成是對于雙相不銹鋼的第二種 主要關(guān)切。ο相和X相在高鉻、高鉬不銹鋼中形成并優(yōu)先在鐵素體中析出。氮的添加 以有利的方式改變相平衡從而避免形成此類相。
美國專利US 4,500,351涉及一種鑄造雙相不銹鋼,其中,為了避免形成σ相, 在1200°C固溶處理和水淬急冷之后,鑄件中的顯微組織包含鐵素體基質(zhì),該鐵素體基質(zhì) 含有至少約30%的奧氏體。鑄件包含約0.02重量%的碳、M重量%的鉻、約9.5重量% 的鎳、約6重量%的鉬、約0.5重量%的錳、約0.2重量%的硅和約0.25重量%的氮。該 美國專利US 4,500,351的鑄件適用于諸如葉輪和外殼的泵部件以及諸如底座和閘門的閥 部件中。
在美國專利US 4,828,630中描述了在鑄造原態(tài)具有良好的性能組合并且抵抗至 馬氏體的熱轉(zhuǎn)變的雙相不銹鋼。該鋼包含至多0.07重量%的碳、17 21.5重量%的鉻、1 4重量%的鎳、4 8重量%的錳、0.05 0.15重量%的氮、小于2重量%的硅、小 于2重量%的鉬和小于1.5重量%的銅。該專利的鋼包含30 60%的鐵素體,并且特別 適于用于汽車底部部件的薄壁鑄件。該鋼具有包括下列的鑄造原態(tài)性能10%的最小延 伸率、大于50ksi(350N/mm2)的0.2%屈服強度、在0°C下至少20ft._lbs (30Nm)的韌性以 及沒有氮孔隙。
美國專利US 6,033,497涉及具有改良的機械加工性能的抗點蝕性雙相鋼合金, 該合金除鐵以外還包含小于0.1重量%的碳、25 27重量%的鉻、5 7.5重量%的鎳、 小于0.5重量%的鉬、小于0.15重量%的氮、小于1.5重量%的硅、小于2.0重量%的錳、1.5 3.5重量%的銅。在該美國專利的現(xiàn)有技術(shù)部分中提到,通過添加合金化元素如 硫和硒(這些元素可能降低腐蝕性),可提高奧氏體不銹鋼的機械加工性能。此外,其 聲稱,在不添加鉬的情況下添加銅允許在緊密密封的熱處理爐內(nèi)非常緩慢地控制冷卻雙 相不銹鋼合金,使得在保持優(yōu)異的延展性和抗腐蝕性的同時使有害的拉伸殘余應(yīng)力最小 化。
根據(jù)美國專利US 6,033,497,在不使用單獨和緩慢的熱處理步驟的情況下在鑄造 之后通過加速的模內(nèi)熱處理處理鋼種(steel grade)。該專利的鋼種特別用于中空圓筒形離 心鑄件并且其用于例如造紙機真空輥外殼應(yīng)用。模內(nèi)熱處理包括將鑄造冷卻的速率控 制在約^KTC 約1090°C的溫度范圍內(nèi),以及將模內(nèi)合金的溫度保持在鑄模外部溫度的 約450°C以內(nèi)。與在緊密密封的熱處理爐內(nèi)緩慢受控冷卻的同一合金組成相比,當(dāng)通過加 速的熱處理在鑄造之后在鑄模內(nèi)處理時,該鋼種具有改良的機械加工性能。無模內(nèi)處理 的合金具有MMPa的名義內(nèi)部直徑拉伸殘余應(yīng)力,而在鑄造之后在鑄模內(nèi)處理過的合金 的相應(yīng)值為52MRi。
歐洲專利EP 1,327,008描述了具有主要包含35 65體積%鐵素體和35 65體 積%奧氏體的顯微組織的鐵素體-奧氏體不銹鋼。該鋼種的組成包含下列作為主要合金 化成分0.02 0.07重量%的碳、19-23重量%的鉻、1.1 1.7重量%的鎳、0.15 0.30 重量%的氮、3 8重量%的錳和小于1重量%的任選的鉬和/或銅。該歐洲專利的鋼是 由Outokumpu以商標(biāo)LDX 2101 制造,并且,形變產(chǎn)品已受到大的商業(yè)關(guān)注。
雙相不銹鋼鑄件一般表現(xiàn)出良好的鑄造性能。但是,由于在通常從具有雙相不 銹鋼合金組成的鋼熔體凝固的鐵素體相中具有有限的氮溶解度,因此,在凝固過程中存 在形成氮氣孔隙的風(fēng)險。一般而言,大多數(shù)不銹鋼鑄件經(jīng)受各種機械加工操作以便適用 于使用該鑄件的系統(tǒng)中。在這方面,與例如奧氏體不銹鋼相比,雙相不銹鋼被認為更加 難以機械加工。雙相不銹鋼的較高強度水平解釋了這種行為。碳和氮的添加均增加鋼的 強度和應(yīng)變硬化的程度,并因此應(yīng)保持較低以實現(xiàn)良好的機械加工性能。但是,為了良 好的焊接性能,現(xiàn)代的雙相不銹鋼合金化以高的氮含量,并且最佳的焊接性能以犧牲機 械加工性能為代價。
使用鑄造或形變雙相不銹鋼的一種應(yīng)用是用于造紙機的真空輥的鋼外殼。由于 鑄造或形變的鋼外殼經(jīng)受顯著的機械加工以制造最終的真空輥,因此該應(yīng)用的一種重要 的材料性能也是機械加工性能。如關(guān)于美國專利US 6,033,497所述,一種改善機械加工 性能的方式是添加硫或硒,然而這些元素降低腐蝕性能。
國際申請WO 2006/041344描述了用于造紙機的真空輥的鋼外殼,其中,在不添 加任何硫的情況下使用歐洲專利EP 1,327,008的形變鋼種LDX 2101 。此外,與美國專利 US 6,033,497相比時,不實施任何改善機械加工性能的處理,并且銅和鉬的任選的添加量顯著更少。
Schramm等人在2007年11月6-8日于馬斯特里赫特(Maastricht)舉辦的“不銹 鋼世界2007會議” Stainless SteelWorld 2007 Conference)上發(fā)表的報告“用于泵應(yīng)用的 節(jié)約型雙相不銹鋼”(Lean duplex Stainless Steels for Pump Applications)中公開了關(guān)于泵特別應(yīng)用的節(jié)約型雙相材料的研究結(jié)果。一種合金“cast 2101”是由具有如下組成的鑄 造棒材制成0.0 重量%的碳、0.97重量%的硅、5.04重量%的錳、0.011重量%的磷、0.004重量%的硫、20.73重量%的鉻、0.30重量%的鉬、1.73重量%的鎳、0.20重量%的 氮和0.30重量%的銅。作為該合金“cast 2101”在1050°C溫度下固溶退火并水淬之后 的結(jié)果,Schramm等人提到例如0.2%彈限強度為473MPa并且A5延伸率為37.3%。關(guān) 于腐蝕性能,Schramm等人聲稱,與具有0.0 重量%的碳、0.64重量%的硅、1.32重 量%的錳、0.015重量%的磷、0.001重量%的硫、22.50重量%的鉻、0. 重量%的鉬、 4.92重量%的鎳、0.09重量%的氮和(U6重量%的銅的組成的合金2304相比,合金“cast 2101”具有更低的點蝕電位。但是,Schramm等人沒有提到該合金“cast 2101”對于期 望應(yīng)用的適用性的任何信息。
本發(fā)明的目的是,消除現(xiàn)有技術(shù)的一些缺點并且實現(xiàn)雙相不銹鋼的鑄件,該鑄 件在制造鑄件的方法中對于抵抗諸如金屬間相的有害析出物的形成是足夠穩(wěn)定的,并且 作為性能其具有高強度和良好的抗腐蝕性、良好的鑄造性能和高的機械加工性能的組 合。在所附的權(quán)利要求中列出本發(fā)明的基本特征。
本發(fā)明涉及一種不銹鋼產(chǎn)品,優(yōu)選涉及具有高的機械加工性能的雙相不銹鋼鑄 件,該鑄件包含至多0.07重量%的碳、至多2重量%的硅、大于3重量%到至多8重量% 的錳、大于19重量%到至多23重量%的鉻、大于0.5重量%到至多1.7重量%的鎳、和 大于0.15重量%到至多0.30重量%的氮。在具有上述范圍的雙相不銹鋼鑄件的制造中使 用的合金可包含少量的其它元素或雜質(zhì)以及任選的元素,諸如至多1重量%的銅、依照 式(MO+72W)小于1重量%的總共至多1重量%的鉬和/或鎢,余量為鐵和偶存雜質(zhì)。 本發(fā)明的雙相不銹鋼鑄件的顯微組織包含30 70體積%的鐵素體和30 70體積%的奧 氏體。本發(fā)明還涉及制造所述鑄件的鑄造方法以及所述鑄件的用途。
在大型不銹鋼鑄件的制造中,具有如下顯微組織是重要的該顯微組織足夠穩(wěn) 定地抵抗會對性能造成不利影響的有害析出物如金屬間相的形成。因此,希望本發(fā)明的 鑄件具有節(jié)約(lean)、平衡的雙相組成。優(yōu)選地,本發(fā)明的雙相不銹鋼的顯微組織包含 50體積%的鐵素體和50體積%的奧氏體。
鋼鑄件的另一重要性能是容易進行修修補焊接接。除了良好的鑄造性能以外, 本發(fā)明的鑄件通常對于焊接期間的熱開裂具有相當(dāng)高的抵抗性。如果需要修補焊接,則 由于小的焊池被大的鑄造區(qū)域包圍,使得焊接金屬和熱影響區(qū)容易發(fā)生快速冷卻,因此 在大多數(shù)情況下需要執(zhí)行焊后熱處理。這會導(dǎo)致具有高鐵素體含量的顯微組織,該顯微 組織對于開裂敏感并且性能降低,這是必須進行后續(xù)熱處理的原因所在。出于這種原 因,希望本發(fā)明的雙相不銹鋼組成在快速熱循環(huán)期間(如在焊接中)具有高的奧氏體再形 成。為了獲得這種特征,本發(fā)明的雙相不銹鋼鑄件中的高氮含量是可取的。
本發(fā)明的雙相不銹鋼鑄件可有利地包含優(yōu)選至多0.05重量%且更優(yōu)選至多0.03 重量%的碳、優(yōu)選至多1重量%的硅、優(yōu)選大于4重量%且至多6重量%的錳、優(yōu)選大于 21重量%且至多22重量%的鉻、優(yōu)選大于1.1重量%且至多1.7重量%并且更優(yōu)選大于 1.35重量%且至多1.7重量%的鎳、和優(yōu)選大于0.20重量%且至多(U6重量%的氮以及任 選的元素至多1重量%的銅、依照式(MO+72W)小于1重量%的總共至多1重量%的鉬 和/或鎢,余量為鐵和偶存雜質(zhì)。
以下參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。
圖1表示將本發(fā)明鑄件的機械加工性能與現(xiàn)有技術(shù)的奧氏體不銹鋼的機械加工性能相比較時的試驗結(jié)果。
圖2表示本發(fā)明鑄件中的模擬焊接修補的顯微組織。
在機械加工性能和焊接特別是焊接修補方面測試本發(fā)明的雙相不銹鋼鑄件。
為了測試機械加工性能,制造具有下表1中的重量百分比的化學(xué)組成的鑄件
表 權(quán)利要求
1.一種不銹鋼產(chǎn)品,特別是具有高的機械加工性能的雙相不銹鋼鑄件,其包含至 多0.07重量%的碳、至多2重量%的硅、3 8重量%的錳、19 23重量%的鉻、0.5 1.7重量%的鎳、至多為1重量%鉬和/或鎢且式(Mo+72W)小于1重量%、至多1重 量%的銅和0.15 0.30重量%的氮,余量為鐵和偶存雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼產(chǎn)品,其特征在于,它包含至多0.05重量%的碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不銹鋼產(chǎn)品,其特征在于,它包含至多0.03重量%的碳。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼產(chǎn)品,其特征在于,它包含4 6重量% 的錳。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼產(chǎn)品,其特征在于,它包含21 22重量%的鉻。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼產(chǎn)品,其特征在于,它包含1.1 1.7重量%的鎳。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼產(chǎn)品,其特征在于,它包含0.20 (U6重量%的氮。
8.前述權(quán)利要求中任一項所述不銹鋼產(chǎn)品的用途,其用在泵中。
9.前述權(quán)利要求1 7中任一項所述不銹鋼產(chǎn)品的用途,其用在閥中。
10.前述權(quán)利要求1 7中任一項所述不銹鋼產(chǎn)品的用途,其用在葉輪中。
11.前述權(quán)利要求中任一項所述不銹鋼產(chǎn)品的制造方法,其特征在于,通過離心鑄造 制造該產(chǎn)品。
12.前述權(quán)利要求1 10中任一項所述不銹鋼產(chǎn)品的制造方法,其特征在于,通過冷 硬鑄造制造該產(chǎn)品。
13.前述權(quán)利要求1 壓鑄造制造該產(chǎn)品。
14.模模壓鑄造造1 模鑄造制造該產(chǎn)品。
15.前述權(quán)利要求1 力鑄造制造該產(chǎn)品。
16.前述權(quán)利要求1 久鑄模鑄造制造該產(chǎn)品。
17.前述權(quán)利要求1 型鑄造制造該產(chǎn)品。
18.前述權(quán)利要求1 空鑄造制造該產(chǎn)品。10中任一項所述不銹鋼產(chǎn)品的制造方法, 10中任一項所述不銹鋼產(chǎn)品的制造方法, 10中任一項所述不銹鋼產(chǎn)品的制造方法, 10中任一項所述不銹鋼產(chǎn)品的制造方法, 10中任一項所述不銹鋼產(chǎn)品的制造方法, 10中任一項所述不銹鋼產(chǎn)品的制造方法,其特征在于, 其特征在于, 其特征在于, 其特征在于, 其特征在于, 其特征在于,通過模 通過熔 通過壓 通過永 通過砂 通過真
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不銹鋼產(chǎn)品,特別是具有高的機械加工性能的雙相不銹鋼鑄件,并且涉及該產(chǎn)品的用途和該產(chǎn)品的制造方法。該產(chǎn)品包含至多0.07重量%的碳、至多2重量%的硅、3~8重量%的錳、19~23重量%的鉻、0.5~1.7重量%的鎳、依照式(Mo+1/2W)小于1重量%的至多為1重量%的鉬和/或鎢、至多1重量%的銅和0.15~0.30重量%的氮,余量為鐵和偶存雜質(zhì)。
文檔編號C22C38/40GK102027147SQ200980117700
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者J·奧爾森, M·維爾弗, M·里爾加斯, P·塞繆爾森 申請人:奧托庫姆普聯(lián)合股份公司