专利名称：具有高力学性能和优良耐腐蚀性能的经济双相不锈钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有高力学性能和优良耐腐蚀性能的经济双相不锈钢，可以作为 结构用途、饮用水系统、纸浆、造纸业中使用的典型奥氏体不锈钢304及316L的替代材料。
背景技术：
目前应用最为广泛的奥氏体不锈钢，使用量约占不锈钢总量60%以上，其特点为 耐腐蚀性能好，加工制造容易，而其缺点为强度性能较低，并受合金成本价格波动的影响较 大。铁素体不锈钢尽管在薄规格用途中使用越来越多，但由于其本身所具有的晶粒粗化趋 势(尤其是在焊缝热影响区域)，要在3mm以上规格中替代奥氏体不锈钢难于实现。200 系列的锰氮代镍奥氏体不锈钢由于铬含量低，只限于在腐蚀性能较低的环境中使用。而基 于Fe-Cr-Ni合金系列的双相不锈钢，一般由铁素体(30% 70% )和奥氏体组成，力学性 能较高而且耐腐蚀性能好，已在石油、天然气、造纸、海水淡化和化工等领域得到广泛应用。 其典型代表牌号2205双相不锈钢已在空气污染控制设备、化学品运输船等领域成功代替 了 316L奥氏体不锈钢。开发已二十余年的2304双相不锈钢尽管在性能上不如2205双相 不锈钢，但在镍、钼价格波动大，其原料价格超过奥氏体不锈钢和双相不锈钢之间差价的情 况下，2304双相不锈钢就成为了成本极佳的替代316L不锈钢的理想材料。近年来，根据氮 锰代镍的思路开发了新型双相不锈钢，如公开号CN 101613839A，镍含量可控制在1. 0%以 下，能有效降低生产成本；此外，通过添加微量稀土元素来降低双相不锈钢中稀贵金属也可 以获得综合性能优良的双相不锈钢，如公开号CN 101215674A和CN 101768705A。在保证特 有的综合优良性能的同时，为了更好的提高经济性，降低镍、钼等资源，进一步研究开发资 源节约的双相不锈钢就成为了必然的发展趋势。
发明内容
本发明目的在于提供一种资源节约、力学性能和耐蚀性能优良，且在焊接热影响 区具有良好机械稳定性和韧性，性价比高，可以替代304及316L奥氏体不锈钢的经济双相 不锈钢。为实现上述目的，本发明双相不锈钢的成分设计原则为要耐各种形式的腐蚀，铬 含量必须保持较高水平；为了不增加成本，获得好的耐缝隙腐蚀性能和韧性，对镍含量进行 优化，并调整碳、氮含量，使其在高温热处理后获得大致相同含量的铁素体和奥氏体组织； 较低的钼含量，以保证双相钢的组织稳定性高并降低成本；严格控制锰含量以及硫、磷有害 元素，减少各种锰的化合物对耐点蚀和耐均勻腐蚀性能的不利影响；添加少量的铜元素，利 于奥氏体形成并提高耐腐蚀性能。根据上述原则，本发明借助thermo-calc热力学软件，计算并参考多元合金体系 中某一元素含量变化对相图中不同相稳定性的影响，对成分进行最优化设计，提出如下技 术方案一种具有高力学性能和优良耐腐蚀性能的经济双相不锈钢，其特征在于它的组成及重量百分比为C ≤ 0. 03%, Cr 21. 5 23. 0%, Ni 1. 5 2. 5%、N 0. 20 0. 40%, Mo ≤ 0. 40%, Cu 0. 20 0. 50%,Mn 0. 5 2. 0%,S < 0. 005%,P < 0. 005%，其余为
Fe及不可避免的杂质。根据上述成分范围配比熔炼双相不锈钢，浇铸成200mm以下的铸坯，用水冷却到 520°C的温度，然后以0. 6°C /s以上的冷却速度冷却，接着将铸坯在1250°C温度下加热3小 时以上进行热轧，终轧温度控制在830°C以上。热轧后以10°C /s以上的冷却速度进行强制 水冷，退火在960 1140°C的温度范围内进行。退火后以10°C /s以上的冷却速度进行强 制水冷。这样可以最终获得大致相同含量的铁素体和奥氏体双相组织。在退火处理或焊接 冷却过程中，不易生成硬且脆的σ相，及Φ、R和碳化物等析出相。因此，本发明双相不锈 钢组织稳定，尤其是焊接热影响区的机械稳定性高，并且具有较高的韧性，可以依据不同生 产工艺分别制造板、管、线材等。与现有技术相比，本发明经济双相不锈钢碳含量低、铬含量适中、镍、钼含量相对 较低，对原料价格波动不敏感，经济性更好且稳定。经980 1080°C退火处理后，室温屈 服强度和极限抗拉强度分别高于500MPa和710MPa，延伸率大于36%。在同样腐蚀环境 下，其耐缝隙腐蚀和耐均勻腐蚀能力均优于奥氏体不锈钢304，与316L相当；耐点蚀当量 值PREN彡25，耐点蚀性能好于304L和316L奥氏体不锈钢；临界点蚀温度也高于304L和 316L，接近于316LN水平。发明效果本发明经济双相不锈钢可以生产热轧中板、冷轧薄版、热轧线材、冷拔线材，可用 来替代建筑结构、石油化工、造纸等行业中所使用的标准奥氏体不锈钢(304、316L)。
图1.本发明经济双相不锈钢熔点计算范围图2.本发明经济双相不锈钢热轧板室温下的显微组织图3.本发明经济双相不锈钢在高温区域中两相组织的比例分配图4.本发明经济双相不锈钢在600 1000°C内各种组成相及含量变化规律图5.本发明经济双相不锈钢时效处理后的显微组织图6.本发明实施钢和对比钢316L的点蚀电位图7.本发明实施钢和对比钢316L的临界点蚀温度(CPT)
具体实施例方式实施例1.实施钢的成分及工艺根据本发明经济双相不锈钢的成分范围内进行配比，用真空感应炉法进行熔炼， 得到实施钢的化学成分(重量百分比)见表1。按照表1中条件进行浇铸，浇铸后从1000°c 到500°C的温度范围内进行喷水冷却，微观组织中均没有σ相析出，板坯表面也未出现裂 纹，能获得高质量的铸坯。表1发明不锈钢的化学成分及浇温(重量百分比，％ )
权利要求
1. 一种具有高力学性能和优良耐腐蚀性能的经济双相不锈钢，其特征在于它的组成及 重量百分比为:C 彡 0. 03%,Cr 21. 5 23. 0%,Ni 1. 5 2. 5%,N 0. 20 0. 40%.Mo 0. 20 0. 40%, Cu 0. 20 0. 50%, Mn 0. 5 2. 0%、S :< 0. 005%, P < 0. 005%，其余为Fe及不可避免的杂质。
全文摘要
本发明提供了一种具有高力学性能和优良耐腐蚀性能的经济双相不锈钢，其成分及重量百分比为C≤0.03％，Cr21.5～23.0％，Ni1.50～2.50％，N0.20～0.40％，Mo0.20～0.40％，Cu0.20～0.50％，Mn0.5～2.0％，S＜0.005％，P＜0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质。该钢材在980～1080℃温度范围进行热处理后，获得的双相组织中铁素体和奥氏体含量大致相当，耐局部腐蚀和均匀腐蚀能力均优于304奥氏体不锈钢，力学性能类似于316L，可作为目前广泛使用的304、316L奥氏体不锈钢的替代材料。
文档编号C22C38/58GK102002646SQ20101050509
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者乔圆圆, 张威, 王铎, 邹德宁, 陈治毓, 韩英 申请人:西安建筑科技大学