专利名称：耐碱性优异的双相不锈钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐碱性优异、特别是针对高温浓缩碱溶液的耐腐蚀性优异的双相不锈钢。
背景技术：
对于各种化工设备的构成材料而言，要求其具有充分的强度的同时，还要求其具有优异的耐腐蚀性。要求所具有的耐腐蚀性的具体的要求特性因设备而异，既有要求耐酸性的情况，也有要求耐碱性的情况。作为耐碱性的一例，碱电解装置所使用的材料要求其能够经受住高温浓缩碱环
境。 作为这种材料,例示有纯Ti、Ti合金、纯Ni等,但是上述金属都是高价的金属,应用于大规模的设备是不现实的。因此，大多使用相对廉价的不锈钢。但是，不锈钢的耐腐蚀性与上述的金属相比并不充分。因此，在上述这样的设备中，采用了一边频繁地更换构件一边进行作业的方法。但是，该更换作业会导致生产率降低、产品成本上升，因此，需要耐腐蚀性优异的不锈钢。能够应用于高温浓缩碱环境的不锈钢是高Cr含量的铁素体系不锈钢(例如，参照非专利文献I及2)，作为这种不锈钢，例示有SUS447J1 (30Cr—3Mo)0但是，制造含有30质量％左右的高含量的Cr的不锈钢较为困难，因此可得性较差。另外，即使能够获得上述不锈钢，在制造工厂设备的情况下其加工性也较差。因此，特别是在焊接部上耐腐蚀性的劣化较为显著。由于具有上述问题点，因此还处于未普及的现状。即使是高温浓缩碱环境，但在比较缓和的条件下，对耐腐蚀性的要求也较为宽松，因此也能够使用加工性优异的材料。因此，在该条件下，有时使用一些双相不锈钢。例如，在专利文献I中有SUS329J4L较佳这样的叙述。但是，并不能说该材料在高温浓缩碱环境中具有充分的耐腐蚀性。专利文献I :日本特许第3620256号公报非专利文献I :日本金属学会志第43卷第6号527—531页非专利文献2 日本金属学会志第44卷第5号582—585页
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐碱性优异、特别是针对高温浓缩碱溶液的耐腐蚀性优异的双相不锈钢。为了解决上述问题而提供的本发明的一技术方案是一种双相不锈钢，其用于耐碱性用途，具有如下的化学组成以质量％计含有C :0. 03%以下、Si :0. 5%以下、Mn :2. 0%以下、P :0. 04% 以下、S :0. 003% 以下、Cr :25. 0% 以上且小于 28. 0%,Ni :6. 0% 10. 0%,Mo 0. 2% 3. 5%、N :小于0. 5%以及W :3. 0%以下，余量由Fe及杂质组成。优选上述的双相不锈钢还具有以下特征中的至少一种。
双相不锈钢中的铁素体量为40质量％以上。 存在于双相不锈钢中的表面与距表面0. 5mm的深度的位置之间的区域(表面部)的铁素体相的数量为15以上。 双相不锈钢是轧制而成的，其轧制纵截面(包含不锈钢的厚度方向与轧制纵向在内的截面)的奥氏体晶粒的平均长轴粒径为350i!m以下。采用本发明，可提供即使是在以碱电解等为代表的高温浓缩碱环境中也具有优异的耐久性的双相不锈钢。而且，本发明的不锈钢在焊接等施工方面不易产生较大的问题(焊接部的过度硬化等)。因此，由本发明的不锈钢形成的钢材(例示有无缝管、焊接管等管材；箔、薄板、厚板等板材；块材；棒材；以及对上述钢材进行二次加工(切削、弯曲、穿孔、焊接等)所得的钢材)能够较佳地适用于具有高温浓缩碱环境的化学设备等。若对用于上述用途的具体的部件进行举例说明，则可举出配管、容器、阀、网，以及上述构件的支承结构物。
图I是表示实施例I的试验钢板中腐蚀失重相对于铁素体量的依赖性的曲线图。图2是表示实施例I的试验钢板中腐蚀失重相对于铁素体相数的依赖性的曲线图。图3是表示实施例I的试验钢板中腐蚀失重相对于轧制纵截面的奥氏体晶粒的平均长轴直径的依赖性的曲线图。
具体实施例方式以下，说明本发明的耐碱性优异的双相不锈钢。I.化学组成本发明的双相不锈钢具有如下的化学组成含有C :0. 03%以下、Si :0. 5%以下、Mn :2. 0% 以下、P :0. 04% 以下、S :0. 003% 以下、Cr :25. 0% 以上且小于 28. 0%、Ni 6. 0% 10. 0%、Mo :0. 2% 3. 5%、N :小于0. 5%以及W :3. 0%以下，余量由Fe及杂质组成。以下，对各元素详细地进行说明。另外，钢成分的含量中的是质量％的意思。C :0. 03% 以下C是奥氏体的形成元素，是对提高强度有效的元素。但是，在含有过量的C的情况下，会析出对加工性及耐腐蚀性造成影响的各种碳化物。因此，为了抑制生成该碳化物，使C的含量为0. 03%以下。优选C的含量为0. 020%以下。Si :0. 5% 以下Si在批量生产的钢中与Al相同，是有效的脱氧元素，但是在含有过量的Si的情况下，会表现出耐腐蚀性降低、成形性降低的倾向。因而，使钢中的Si的含量为0.5%以下。对Si的含量的下限并没有特别限定，但是在小于0. 01%时有可能会导致脱氧不充分。优选Si的含量的范围在0. 05% 0. 3%。Mn :2. 0% 以下Mn是对使奥氏体相稳定化有效的元素，若Mn的含量为2. 0%以下，则Mn的含量越高奥氏体相越稳定。但是，即使Mn的含量超过2.0%，奥氏体相的稳定性也不会以与增加了 Mn的含量相对应的程度增加。若含有过量的Mn，反而有可能会导致耐腐蚀性的降低。因而，使Mn的含量在2. O%以下的范围内。从经济性较高地获得奥氏体相的稳定化效果的观点出发，优选使Mn的含量的范围为0. 3% I. 7%。P :0. 04% 以下使钢中的P的含量为0.04%以下。在本发明的钢中，P与S均为最有害的杂质。P的含量越低越好。S :0. 003% 以下使钢中的S的含量为0.003%以下。在本发明的钢中，S与P均为最有害的杂质，因此S的含量越低越好。根据钢中的共存元素的种类及上述元素的含量以及S的含量，钢中的S基本上以Mn系硫化物、Cr系硫化物、Fe系硫化物、上述硫化物的复合硫化物及与氧化物复合的复合非金属夹杂物等非金属夹杂物的形态析出。虽然在程度上有所差别，但是这些含有S的非金属夹杂物均起到作为腐蚀的起点的作用。因此，对于钝化皮膜的维持及钢材腐蚀抑制功能的维持来说，S都是有害的。在通常的批量生产的钢中，S的含量为超过0. 005%而在0. 008以下，但是为了防止上述的有害的影响，在本发明的钢中，将S的含量减少至0.003%以下。较理想的是S的含量为0.002%以下，最理想的是S的含量为小于0. 001%,越低越好。另外，要在工业批量生产水平下使S的含量小于0. 001 %，如果利用现有的精炼技术，仅会稍稍提闻制造成本，很容易实现。Cr 25. 0% 以 h 日小于 28. 0%Cr是钝化皮膜的主要的构成元素之一，因此，在确保耐腐蚀性方面是较重要的元素。在Cr的含量过少的情况下，耐腐蚀性会降低。因而，使其含量为25.0%以上。另一方面，由于Cr是铁素体的形成元素，因此若Cr的含量为28. 0%以上，则无论如何调整其他的合金成分，奥氏体相也会呈现出不稳定性，因此难以稳定地获得双相组织。另外，还有可能会产生不锈钢易于受到焊接热的影响而使焊接部的硬度过高、在热加工中产生由铁素体晶粒的不均勻变形引起的起垄(ridging)等问题。因而,使Cr的含量为25. 0%以上且小于28.0%。优选Cr的含量为26. 0%以上且小于28. 0%。Ni :6. 0% 10. 0Ni是奥氏体的形成元素。为了稳定地获得耐碱性优异且加工性优异的双相组织，使Ni的含量为6. 0%以上。但是，若含有过量的Ni，则难以制造，并且，针对高温浓缩碱的耐受性反而会降低。因而，将Ni的含量的上限设为10.0%。优选Ni的含量的范围为6.0% 9. 5%。
N :小于 0. 5%N作为奥氏体的形成元素，对调整奥氏体相的平衡是有效的。另外，N也有助于提高耐腐蚀性。但是，若过量地含有N，则有可能会因在焊接时产生气泡或产生氮化物而使加工性变差。因而，使N的含量为小于0.5%，对N的含量的下限并没有特别限定。从稳定地获得通过含有N而获得的上述的效果的观点出发，优选使N的含量为大于0. 30%。Mo :0. 2% 3. 5%Mo是铁素体的形成元素，是在双相不锈钢中改善耐腐蚀性、特别是改善耐点腐蚀性的合金成分。因而，使Mo的含量为0. 2%以上。但是，若过量地含有Mo，则难以回避O相等金属间化合物的析出。若金属间化合物析出，则钢的脆化明显化，其结果，有可能会产生难以生产、耐腐蚀性在焊接部显著降低等问题。因而，将Mo的含量的上限设为3. 5%以下。优选Mo的含量的范围为0.5% 3.0%。ff :3. 0% 以下W与Mo相同，具有改善耐腐蚀性的效果。从稳定地获得通过含有W而获得的效果的观点出发，优选含有0. 1%以上的W。但是，若过量地含有Mo，则有可能会产生加工性变差、不锈钢易于受到焊接热的影响而 使焊接部的硬度过高等问题。因而，将Mo的含量的上限设为3. 0%。从使耐腐蚀性与加工性高度并存的观点出发，优选使W的含量与Mo的含量的合计含量为1.0% 5.0%。上述元素以外的成分为Fe及杂质。在此，杂质是指在钢的生产中不可避免地混入的元素。若对这种杂质进行举例说明，则可举出A1、0等。若举一个Al、0的含量范围的例子，则为Al (酸溶性Al) :0. 025%以下、0 (钢中总氧浓度)0. 010%以下。2.金相组织本发明的不锈钢是双相不锈钢，因此其由铁素体相与奥氏体相组成。在碱环境中，奥氏体相优先于铁素体相而被腐蚀，因此，从提高耐碱性、特别是提高针对高温浓缩碱溶液的耐腐蚀性的观点出发，优选使奥氏体相的含量(单位质量％)较少，使铁素体相的含量(单位质量％，在本发明中也称为“铁素体量”)较多。在铁素体量过少的情况下，通过腐蚀奥氏体相，会使残留的铁素体相脱落，从而发生大规模的腐蚀。因而，优选铁素体量为40质量％以上。更优选铁素体量为43质量％以上。另外，铁素体量可以使用公知的测量装置进行测量。从获得优异的耐腐蚀性的观点出发，优选存在于双相不锈钢中的表面与距表面0. 5mm的深度的位置之间的区域(在本发明中也称为“表面部”)的铁素体相的数量(在本发明中也称为“铁素体相数”)为15以上。以不锈钢板的情况为例说明该铁素体相数的测量方法。以可获得包含不锈钢板的厚度方向与轧制纵向在内的截面的方式切割不锈钢板。另外，在本发明中，也将包含不锈钢中的厚度方向与轧制纵向在内的截面称为“轧制纵截面”，该不锈钢是通过实施包含轧制工序在内的加工而获得的。进一步切割所得的具有轧制纵截面的不锈钢板，从而获得在表面部包含轧制纵截面的观察试样。对所得的观察试样进行将其嵌入树脂中等的预处理，然后，利用公知的方法对表面部的轧制纵截面进行研磨及蚀刻，从而使该轧制纵截面能够被观察(以下，将该可进行观察的表面部的轧制纵截面称为“观察面”)。选择该观察面上的、钢板的表面的任意一点作为测量起点。将在钢板的厚度方向上从该测量起点向中心侧移动了 0. 5mm的点设为测量终点。将连结测量起点与测量终点的线设定为测量线，测量该测量线穿过的铁素体相的数量，并将其作为铁素体相数。将该铁素体相数是否为15以上作为判断钢板是否具有优异的耐腐蚀性的判断标准。具体而言，使用电子显微镜，例如以400倍的观察倍率沿厚度方向连续观察该观察面，通过将所得的多个观察图像连结起来，准备好包含表面部的截面在内的图像。可以在该图像上设定任意的测量起点，并利用上述的方法求得铁素体相数。另外，也可以在一个观察面上设定多个测量起点，从该观察面求得多个铁素体相数，并计算其平均值。从进一步提高测量结果的可靠性的观点出发，也可以在每个观察面上设定5根以上的不同的测量线，在这些测量线上求得5个以上的铁素体相数，删除其中的最小值及最大值，计算剩下的3个以上的铁素体相数的算数平均值。另外，奥氏体相较小，在奥氏体相被腐蚀时对铁素体相造成的影响较小。因而，优选奥氏体相的形状如下在不锈钢板的轧制纵截面上观察到的奥氏体晶粒的平均长轴直径为350 y m以下。对不锈钢的奥氏体晶粒的平均长轴直径的测量方法并没有特别限定。若列举不锈钢板的测量方法的一例，则为如下所述。使用电子显微镜，例如以200倍的倍率观察由上述的方法所得的轧制纵截面的观察面的一部分，在一个观察视野中，测量至少5个以上的奥氏体晶粒的长轴直径。在测量得到的5个以上的长轴数据中，去除最小值与最大值，计算剩下的数据(3个以上)的算数平均值，并将该算数平均值作为奥氏体晶粒的平均长轴直径。从进一步提高平均长轴直径的数据的可靠性的观点出发，也可以对一个钢板准备多个轧制纵截面，通过观察从这些轧制纵截面获得到的观察面，获得多个平均长轴直径的测量结果，然后对上述测量结果取算术平均，并将该算数平均值作为该钢板的平均长轴直径。3.制诰方法本发明的不锈钢只要具有上述的成分上的特征，则通过实施作为不锈钢的制造方 法的通常所进行的制造方法，就能够获得耐碱性优异、特别是针对高温浓缩碱溶液的耐腐蚀性优异、并且焊接性也优异(即使是焊接时受热也不会过度硬化)的双相不锈钢。其中，若采用以下所述的制造方法，则能够实现稳定地获得具有上述的金相组织上的优选的特征的不锈钢板。( I)焙炼对熔炼并没有特别限定。基于公知技术，例如使用真空感应溶解炉等溶解材料，熔炼出具有所期望的钢成分的不锈钢即可。(2)锻造对由熔炼得到的不锈钢的钢水构成的钢原材料进行锻造。该钢原材料可以从熔炼过程直接进入锻造过程，也可以将熔炼得到的不锈钢暂时冷却为规定的形状，之后进行加热再对其进行锻造。从提高所生产的不锈钢板中的铁素体相的体积率的观点出发，优选使锻造温度高于1200°C。对锻造的加工度并没有特别限定。在加工度较大，并且各向同性地进行加工的情况下，由于奥氏体相的形状较小，并且呈等粒状，因此易于使轧制纵截面的奥氏体晶粒的平均长轴直径为350 以下，因此优选锻造的加工度较大，并且各向相同地进行加工。(3)热轧从提高铁素体相的体积率的观点出发，优选提高热轧的加热温度，具体而言，优选使热轧的加热温度高于1200°C。优选采用以下轧制方法关于轧制的方向，在最初的加热(第I次加热)中，在完成时(轧制工序结束时)以不锈钢的宽度所在的方向为主要延伸方向的方式轧制不锈钢，之后将不锈钢旋转90度对其进行轧制(以下，也将该方法称为“第I次加热交叉轧制”)。由于在完成时在宽度所在的方向上也实施了轧制加工，因此能够缩短完成后的奥氏体晶粒的长轴直径。从提高铁素体相的体积率的观点出发，优选使精轧前的再加热温度为1100°C以上。(4)冷乳、固溶热处理
根据需要，也可以对热乳后的钢板进行冷乳。通过在冷乳中在再结晶温度以下进行加工，能够在钢板中赋予加工应变。利用该冷轧所施加的加工应变会在之后的固溶热处理工序中成为再结晶的核，从而能够使结晶粒微细化，作为结果，能够缩短奥氏体晶粒的长轴直径。对固溶热处理的条件并没有特别限定，但是从提高铁素体相的体积率的观点出发，优选提高其处理温度。实施例实施例I以下，表示调查了钢成分对耐腐蚀性及焊接性(硬度变化)造成的影响而得到的结果。利用真空感应溶解炉熔炼150kg具有表I所示的成分(单位质量％、余量Fe及不可避免的杂质)的不锈钢，将其加热至1250°C之后，利用热锻加工为80mm厚的铸锭。接着，通过实施3次加热的热轧(无第I次加热交叉轧制)制作成壁厚为IOmm的钢板。另外，在热轧加工中钢材温度为950°C以下的情况下，将其再加热至1150°C。之后，实施固溶热处理(以1120°C加热25分钟，之后，进行水冷)，切下规定尺寸的试验片并进行腐蚀试验 焊接性试验等。[表 I]
权利要求
1.一种双相不锈钢，其中， 该双相不锈钢用于耐碱性用途，具有如下的化学组成以质量％计含有c 0. 03%以下、Si :0. 5%以下、Mn :2. 0%以下、P :0. 04%以下、S :0. 003%以下、Cr :25. 0%以上且小于28. 0%, Ni :6. 0%~ 10. 0%, Mo :0. 2%~ 3. 5%, N :小于 0. 5% 以及 W :3. 0% 以下，余量由Fe及杂质组成。
2.根据权利要求I所述的双相不锈钢，其特征在于， 上述双相不锈钢中的铁素体量为40质量％以上。
3.根据权利要求I 2中任一项所述的双相不锈钢，其特征在于， 存在于上述双相不锈钢中的表面与距表面0. 5mm的深度的位置之间的区域的铁素体相的数量为15以上。
4.根据权利要求I 3中任一项所述的双相不锈钢，其特征在于， 上述双相不锈钢是轧制而成的，该双相不锈钢的轧制纵截面的奥氏体晶粒的平均长轴粒径为350iim以下。
全文摘要
本发明提供一种双相不锈钢，其作为耐碱性优异、特别是针对高温浓缩碱溶液的耐腐蚀性优异、并且焊接性优异的双相不锈钢，具有如下的化学组成以质量％计含有C0.03％以下、Si0.5％以下、Mn2.0％以下、P0.04％以下、S0.003％以下、Cr25.0％以上且小于28.0％、Ni6.0％～10.0％、Mo0.2％～3.5％、N小于0.5％以及W3.0％以下，余量由Fe及杂质组成。
文档编号C22C38/00GK102712971SQ20108005761
公开日2012年10月3日 申请日期2010年11月11日 优先权日2009年11月13日
发明者上仲秀哉, 今村淳子, 吉田修二, 山出善章, 樋口淳一 申请人:住友金属工业株式会社