专利名称：具有反常相比例变化的双相不锈钢及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有反常相比例变化的经济型高性能双相不锈钢及其制备方法，属钢铁合金材料技术领域。
背景技术：
随着我国国民经济持续快速发展和人民生活水平的提高，不锈钢的表观消费量急剧增长。不锈钢的主要合金成分是镍、铬和钥等，其中镍和钥为较昂贵的金属，LME-Ni和60钥铁每吨价格(含税)基本都在十几万以上波动，高位达40余万每吨。我国是一个缺镍、少钥、贫铬且不锈钢废钢资源匮乏的国家，不锈钢产量的快速提升，原料如镍、铬和钥资源的供给已成为突出的问题。尤其自2004年以来，由于不锈钢价格受镍价和钥价等的持续高走和波动，已对不锈钢生产企业和市场产生了巨大的冲击，为了降低成本和减少原材料价格波动对不锈钢市场的影响，迫使不锈钢生产企业和下游用户转向含镍钥低或不含镍钥的经济型双相不锈钢或铁素体不锈钢新产品研发和生产。双相不锈钢是由奥氏体和铁素体组成，为了降低成本，降低钢中镍的含量，可采用添加氮等合金元素。随着AOD、VOD精炼工艺的发展，尤其是AOD炉中能够控制氮的加入，也促进了含氮双相不锈钢的开发，如2205钢其氮含量在O. 15%左右。氮的加入不仅提高了钢的耐局部腐蚀性能，而且解决了不锈钢的焊接问题，使双相不锈钢成为一种可焊接的结构材料，大大拓展了双相不锈钢的应用范围。因此，近年来经济型双相不锈钢得到了较快的发展，本发明正是在这样背景下，经过科研人员的设计和反复试验，发明了一种具有反常相比例变化的经济型高性能双相不锈钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本且具有反常相比例变化的经济型高性能双相不锈钢合金材料。本发明的含钒经济型高性能双相不锈钢合金材料，其特征在于具有如下的成分及质量百分比
O< C ≤ O. 06%, O. 1% ≤ Si ≤1. 5%, Mn (1. 0%, Cu (1. 0%, P ≤ O. 03%, S ≤ O. 03%,Cr 18. 5-22. 5%, Ni 1. 8-3. 5%, V 0. 05-0. 8%, N 0. 1-0. 25%, Ce 或 Y 0. 01-0. 3%，余量为 Fe
和不可避免的杂质。本发明含钒反常相比例变化经济型高性能双相不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于采用传统常规的熔炼工艺方法，在浇铸前直接将稀土中间合金投入，中间合金由铁和稀土金属组成，选用Fe-Ce或Fe-Y中间合金；两者的组成分别为Fe_Ce中间合金中Ce的质量百分含量为23. 5% ；Fe-Y中间合金中Y的质量百分含量为15% ;经综合配料熔制后，浇注成型，最终制得含钒经济型双相不锈钢合金材料。该成分范围内的钢在850 1250°C范围均为双相区，奥氏体含量约在30 70%变化，经一定固溶处理，室温的拉伸断裂强度在750 1200Mpa范围，屈服强度在400 700Mpa范围，断裂延伸率在25 75%范围。本发明的机理如下所述钒元素作为强氮化物形成元素，在低温固溶处理条件下以钒的氮化物形式存在，随着固溶处理温度的提高，氮化钒逐步分解，氮是强奥氏体形成元素，而钒和硅是铁素体形成元素，分解后氮进入奥氏体相，钒进入铁素体相，通过调整钒和硅的含量，使得氮增强奥氏体形成能力与钒硅形成铁素体的能力相当，或使得氮增强奥氏体形成能力强于钒硅形成铁素体的能力，从而形成了随固溶温度的升高，奥氏体和铁素体含量恒定不变，或奥氏体含量逐步增加而铁素体含量却逐步下降的反常现象(见图1)，这与目前普通双相不锈钢随固溶温度升高铁素体含量增加完全不同。这使得在热加工区间，新发明的双相不锈钢能保持相比例恒定或奥氏体含量在高温下增加，与目前普通双相不锈钢的热加工性属性不同，这正好弥补了目前普通双相不锈钢热加工困难的不足，新发明的双相不锈钢有很好的热加工性。
图1为实施例3的铁素体含量随固溶温度的变化曲线。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。实施例1
本实施例中，采用双相不锈钢的成分及质量百分比如下
Cr20.9%
Ni2. 5%
VO. 57%
Cu0.6%
NO. 23%
Mn0.8%
C0.018%
稀土 CeO. 10%
Si0.6%
S0.005%
P0.011%
Fe余量
采用传统常规的熔炼工艺方法，在浇铸前将稀土中间合金直接投入，经综合计量计算和配料熔制后，浇注成型，最终制得含钒经济型双相不锈钢合金材料。铸态经热锻和固溶处理后，其室温屈服强度大于450MPa，拉伸断裂强度大于lOOOMPa，断裂延伸率大于25%。实施例2
本实施例中，采用双相不锈钢的成分及重量百分比如下
Cr20.1%
Ni2.0%
VO. 35%
CuO.51%
NO. 21%Mn0.6%
C0.025%
稀土 CeO. 10%
SiO. 30%
S0.016%
P0.010%
Fe余量
采用传统常规的熔炼工艺方法，在浇铸前将稀土中间合金直接投入，经综合计量计算和配料熔制后，浇注成型，最终制得含钒经济型双相不锈钢合金材料。铸态经热锻和固溶处理后，其室温屈服强度大于450MPa，拉伸断裂强度大于950MPa，断裂延伸率大于30%。实施例3
本实施例中，采用双相不锈钢的成分及重量百分比如下
Cr22. 2%
Ni3.0%
VO. 22%
CuO. 7%
NO. 17%
Mn0.4%
C0.027%
稀土 CeO. 10%
SiO. 50%
S0.004%
P0.010%
Fe余量
采用传统常规的熔炼工艺方法，在浇铸前将稀土中间合金直接投入，经综合计量计算和配料熔制后，浇注成型，最终制得含钒经济型双相不锈钢合金材料。铸态经热锻和固溶处理后，其铁素体含量随固溶温度变化曲线如图1，该材料的室温屈服强度大于500MPa，拉伸断裂强度大于900MPa，断裂延伸率大于30 %。该类具有反常相比例的双相不锈钢材料具有优异的热加工性，同时其抗蚀能力与奥氏体304系列大致相当，而力学性能远高于奥氏体304，可以用作汽车、一般器械工程等方面，是替换奥氏体304系列的最佳候选材料,而其原材料成本只有奥氏体304的近一半，因此可以大幅度降低原材料成本和减少材料用量，对可持续发展资源节约型社会具有重要意义。另外，该材料在900 1300°C内具有较好的热加工性，同时具有优异的冷加工性能。
权利要求
1.一种具有反常相比例变化的双相不锈钢，其特征在于具有如下的成分及质量百分比C ( O. 06%, O. 1% 彡 Si 彡1. 5%, Mn (1. 0%, Cu (1. 0%, P 彡 O. 03%, S 彡 O. 03%, Cr 18. 5-22. 5%, Ni 1. 8-3. 5%, V 0. 05-0. 8%, N 0. 1-0. 25%, Ce 或 Y 0. 01-0. 3%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
2.一种具有反常相比例变化的双相不锈钢的制备方法，其特征在于采用常规的熔炼工艺方法，在浇铸前直接将稀土中间合金投入，稀土中间合金选用Fe-Ce或Fe-Y中间合金；两者的组成分别为=Fe-Ce中间合金中Ce的质量百分含量为23. 5%，Fe-Y中间合金中Y的质量百分含量为15% ;经配料熔制后，浇注成型，再经热锻、固溶处理， 最终制得双相钢中铁素体含量随固溶温度升高而呈恒定不变或呈下降趋势的反常相比例变化的双相不锈钢。
全文摘要
本发明涉及一种具有反常相比例变化的双相不锈钢合金材料及其制备方法，属于钢铁合金材料技术领域。该含钒含氮双相不锈钢的成分及质量百分比0＜C≤0.06，Mn≤1.0，Cu≤1.0，0.1≤Si≤1.5，P≤0.03，S≤0.03，Cr18.5-22.5，Ni1.8-3.5，V0.05-0.8，N0.1-0.25，Ce或Y0.01-0.3，余量为Fe和不可避免的杂质。采用传统常规的熔炼工艺方法，经综合配料熔制，在浇铸前将稀土中间合金直接投入，浇注成型。经热锻、固溶时处理，最终制得随着固溶温度的提高，双相不锈钢材料中铁素体含量呈恒定不变或呈下降趋势的具有反常相比例变化的经济型高性能双相不锈钢，该双相不锈钢低成本且具有良好的力学和腐蚀性能。
文档编号C22C38/46GK102994903SQ201210523909
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者肖学山, 冉庆选, 刘乐, 柳刚, 李钧, 林根文, 余海峰, 江来珠 申请人:上海大学