專利名稱：熱加工性能好的低鎳雙相不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱加工性能好的低鎳雙相不銹鋼，屬于金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙相不銹鋼是指在其固溶組織由鐵素體與奧氏體雙相組成，而且其中一相比例約 45% 55% (量少相至少占30%)的不銹鋼。由于兩相組織的特征使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)，與鐵素體不銹鋼比，其韌性高、脆性轉(zhuǎn)變溫度低、耐晶間腐蝕和焊接性能好，同時(shí)保留了鐵素體鋼導(dǎo)熱系數(shù)高、膨脹系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，其屈服強(qiáng)度是奧氏體不銹鋼的兩倍，耐氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂能力均明顯高于300系列的奧氏體不銹鋼。雙相不銹鋼由于其優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性能廣泛應(yīng)用于油氣、石化、化肥、橋梁、建筑以及化學(xué)品船等行業(yè)。近年來，隨著鎳價(jià)的不斷上漲和大幅波動(dòng)，為了充分發(fā)揮雙相不銹鋼資源節(jié)約的優(yōu)勢(shì)，雙相不銹鋼開始向低鎳的方向發(fā)展。低鎳雙相不銹鋼是指鉻含量在23%以下，且含鎳量低，同時(shí)不含鑰或含少量鑰的雙相不銹鋼，其設(shè)計(jì)開發(fā)思路是采用錳和氮代替鎳，保證雙相不銹鋼的兩相比例。該鋼成本較低，是取代傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼的理想材料。歐洲專利WO 02/27056 Al公開了一種低鎳雙相不銹鋼，其成分范圍為(重量％) 0. 005-0. 07%C、0. 1-2. 0%Si、3-8%Mn、19-23%Cr、0. 5-1. 7%Ni、0.15-0. 30%N、0_1. 0%Cu、
0-1. 0%Mo，該專利鎳含量比較低，為了保證兩相的比例接近I :1，提高了錳和氮的含量，降低了材料的熱加工性能。中國(guó)專利201010505097. 3公開了一種雙相不銹鋼，相對(duì)于專利WO 02/27056 Al，提高鎳的含量到I. 5-2. 5%，適當(dāng)降低錳的含量到0. 5-2%，此專利存在兩相組織穩(wěn)定性差的問題。中國(guó)專利200810200580. 3 :該專利與專利201010505097. 3相比，提高了鎳含量，
降低了錳含量，但鎳含量增加太多，最高增加到4%，鎳含量的提高對(duì)雙相不銹鋼的組織穩(wěn)定是有利的，但成本也大大增加，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力比較弱。并且其熱加工性能也是比較差的，容易出現(xiàn)邊裂問題。根據(jù)上述分析可知，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了較多的低鎳雙相不銹鋼，其成本已經(jīng)有了較大的下降，但這些專利存在的共同問題是熱加工性比較差，加工時(shí)容易出現(xiàn)邊裂缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種配方設(shè)計(jì)合理、鎳金屬含量低、成本低、具有良好熱加工性能能和較好耐腐蝕性、兩相組織穩(wěn)定的熱加工性能好的低鎳雙相不銹鋼。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種熱加工性能好的低鎳雙相不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為
C :0. 01-0. 04 ；Si 0. 2-1. 0 ；Mn :4_6 ；Cr :21-23 ；Ni :1. 0-2. 0 ；S :0-0. 005 ；P :0-0. 040 ； N 0. 15-0. 25 ；Cu 0-l ；Mo :0. 2-1. 0 ;Ti 和 / 或 Nb，其中，Ti :0. 01-0. I ；NbO. 02-0. 3 ;其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的雜質(zhì)中，Cu的質(zhì)量百分含量為0_1。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的雜質(zhì)中，S的質(zhì)量百分含量為0-0. 005。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的雜質(zhì)中，P的質(zhì)量百分含量為0-0. 040。本發(fā)明 的設(shè)計(jì)思路是降鎳，保證必要的鉻含量，以確保耐腐蝕性能和降低成本；選擇合適的錳和氮含量，以穩(wěn)定雙相不銹鋼的兩相組織。添加鈦或鈮的一種或兩種，提高鋼的熱加工性能；上述各元素的作用如下
C:碳是一種間隙元素，能夠強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定奧氏組織并擴(kuò)大奧氏體區(qū)。碳形成奧氏體的能力約為鎳的30倍，但過多的碳會(huì)與鋼中的鉻形成Cr23C6型碳化物，使鋼的耐腐蝕性能特別是耐晶間腐蝕性能下降。從耐腐蝕性角度考慮，一般要求碳越低越好，但過低的碳會(huì)使雙相鋼的兩相組織不穩(wěn)定，而且增加冶煉成本。因此兼顧雙相不銹鋼的組織和耐蝕性，控制碳在 0. 01-0. 04%oSi :硅是脫氧元素，另外也是提高抗高溫氧化性能的有效元素，但是硅是強(qiáng)烈的鐵素體形成元素。為了獲得穩(wěn)定的兩相組織，控制在0. 2-1. 0%。Mn:錳是較弱的奧氏體形成元素，但可增加氮在奧氏體鋼中的溶解度，錳、氮的復(fù)合加入可替代鋼中昂貴的鎳元素，但錳的加入會(huì)與鋼中的雜質(zhì)元素硫形成MnS而降低鋼的耐蝕性，過高的錳還降低鋼的焊接性能，因此錳控制在4-6%。Cr :鉻是雙相不銹鋼中的主要元素，增加鉻含量能夠提高不銹鋼的耐蝕性，但是鉻含量過多會(huì)導(dǎo)致在不銹鋼中形成過多的鐵素體，破壞兩相的平衡，因此鉻含量控制在21-23%。Ni :鎳的主要作用是形成并穩(wěn)定奧氏體組織，它促進(jìn)鉻的鈍化，其本身不是耐蝕元素。鎳可改善冷熱加工性能，使強(qiáng)度、塑性和韌性很好的配合，但其價(jià)格也是比較昂貴的，因此，在保證不銹鋼綜合性能的前提下，盡可能降低鎳，控制其在I. 0-2. 0%。N :氮是非常強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，其形成奧氏體的能力與碳相當(dāng)，約為鎳的30倍。氮主要作用是作為固溶強(qiáng)化元素提高雙相不銹鋼的強(qiáng)度，但并不顯著降低鋼的塑性和韌性，同時(shí)N還可以顯著提高不銹鋼的綜合耐蝕性能。但氮含量過高，會(huì)導(dǎo)致鋼的熱加工性能下降。因此，控制氮在0. 15-0. 25%。Cu:銅是弱奧氏體形成元素，能顯著降低鋼的冷作硬化傾向，適量的銅可以提高鋼的冷加工成形性。但銅過高會(huì)降低奧氏體不銹鋼的熱塑性，從而影響鋼的熱加工性能。因此銅控制在1%以下。P，S :磷和硫是不可避免的雜質(zhì)元素，對(duì)性能有不利的影響，盡量降低磷和硫的含量，但考慮的冶煉的成本，因此控制P彡0. 040%, S彡0. 005%。Mo:鑰在奧氏體不銹鋼中的主要作用是提高鋼的耐還原介質(zhì)的腐蝕性能和耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕等的性能。但鑰是鐵素體形成元素，為使雙相不銹鋼保持兩相平衡，隨著鋼中鑰含量的增加，奧氏體形成元素也要相應(yīng)增加，同時(shí)也會(huì)增加合金的成本，綜合考慮，鑰控制在0. 2-1. 0%。Ti :鈦是本發(fā)明的可選元素之一，鈦形成的細(xì)小析出物可以增加鋼液凝固時(shí)的形核點(diǎn)，提高凝固組織中的等軸晶的比例，改善材料的加工性能。當(dāng)鈦含量太多時(shí)，形成尺寸比較大的TiN，并且鋼液澆鑄時(shí)容易結(jié)瘤。因此鈦控制在0. 01-0. 1%。
Nb :鈮也是本發(fā)明的可選元素之一，鈮是一種穩(wěn)定鐵素體的元素，可以穩(wěn)定鐵素體結(jié)構(gòu)中的碳化物，從而提高點(diǎn)蝕性能，另外鈮還可以細(xì)化晶粒，但過多的鈮會(huì)引起熱裂紋， 因此鈮控制在0. 02-0. 3%。在鋼種成分設(shè)計(jì)中，考慮了鉻、鎳當(dāng)量及相平衡，鉻、鎳當(dāng)量的計(jì)算公式如下 鉻當(dāng)量 ％Creq=%Cr+%Mo+l. 5 x %Si+2 x %Ti+ %Nb
鎳當(dāng)量 ％Nieq =%Ni+30 x (%C+%N) +0. 5 x %Mn+0. 3%Cu
以上公式主要用于成分設(shè)計(jì)時(shí)，確保合適的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，只有鉻鎳當(dāng)量比較合適， 才能保證穩(wěn)定的兩相組織。本發(fā)明同已有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)
本發(fā)明者通過不斷的摸索，調(diào)整了鋼中各元素及其配比，本發(fā)明的成分配比，使得產(chǎn)品既具有良好耐腐蝕性能，又具有良好熱加工性能，是一種新型的低成本的低鎳雙相不銹鋼。 相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)來說，全面優(yōu)化后的成分和含量，在低成本的條件下，保證了良好熱加工性能、良好耐腐蝕性能和兩相的穩(wěn)定性,整體的實(shí)用價(jià)值更好。本發(fā)明在成分設(shè)計(jì)時(shí)單獨(dú)添加了鈦或鈮，或復(fù)合添加了鈦和鈮，選定了合適的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，使雙相不銹鋼保持了兩相的穩(wěn)定性。本發(fā)明專利產(chǎn)品耐腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)的304不銹鋼，在某些領(lǐng)域可以代替304不銹鋼。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的熱力學(xué)計(jì)算相比例圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例I的金相圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例。表I為本發(fā)明實(shí)施例1-10與比較例1-2的成分列表wt%。表I單位重量百分比。
權(quán)利要求
1.ー種熱加工性能好的低鎳雙相不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為 C 0. 01-0. 04 ；Si 0. 2-1. O ；Mn :4_6 ；Cr :2ト23 ；Ni :1. 0-2. O ；S :0-0. 005 ；P :0-0. 040 ；N 0. 15-0. 25 ；Cu 0-l ；Mo :0. 2-1. 0 ;Ti 和/或Nb，其中，Ti :0. 01-0. I ；NbO. 02-0. 3 ;其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱加工性能好的低鎳雙相不銹鋼，其特征是所述的雜質(zhì)中，Cu的質(zhì)量百分含量為0_1。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的熱加工性能好的低鎳雙相不銹鋼，其特征是所述的雜質(zhì)中，S的質(zhì)量百分含量為0-0. 005。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱加工性能好的低鎳雙相不銹鋼，其特征是所述的雜質(zhì)中，P的質(zhì)量百分含量為0-0. 040。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱加工性能好的低鎳雙相不銹鋼，屬于金屬材料領(lǐng)域。該熱加工性能好的低鎳雙相不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為C0.01-0.04；Si0.2-1.0；Mn4-6；Cr21-23；Ni1.0-2.0；S0-0.005；P0-0.040；N0.15-0.25；Cu0-1；Mo0.2-1.0；Ti和/或Nb，其中，Ti0.01-0.1；Nb0.02-0.3；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明具有配方設(shè)計(jì)合理、鎳金屬含量低、成本低、具有良好熱加工性能能和較好耐腐蝕性、兩相組織穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102618801SQ20111042972
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者劉曉亞, 劉騰飛, 李 杰, 楊振, 申鵬, 袁輝, 邱隆鵬, 顏海濤 申請(qǐng)人:振石集團(tuán)東方特鋼股份有限公司