一种双相不锈钢及其制备方法与流程

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种双相不锈钢及其制备方法。

背景技术：

目前不锈钢在很多工业应用都向着长寿命、高可靠性方向发展，而强度作为不锈钢零部件寿命与可靠性的基础，也越来越被重视。

通常把抗拉强度高于800mpa，屈服强度高于500mpa的不锈钢称为高强度不锈钢。按照gb/t14976-2012标准，316l奥氏体不锈钢的抗拉强度不小于480mpa，屈服强度不小于175mpa，430铁素体不锈钢的抗拉强度不小于415mpa，屈服强度不小于240mpa，因此，316l奥氏体不锈钢和430铁素体不锈钢都不能称作高强度不锈钢。双相不锈钢因其化学成分和显微组织平衡，而具有优异力学性能，可以称为高强度不锈钢，目前双相不锈钢已在石油化工、海洋领域等得到广泛应用。但是随着应用条件越来越苛刻，双相不锈钢的力学性能仍有待进一步提高。

此外，目前双相不锈钢的制备主要利用氩氧脱碳炉(aod炉)冶炼与连铸技术相结合的方法。aod炉冶炼与连铸技术相结合具有设备复杂、工艺控制困难、组织均匀性差、生产成本高等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双相不锈钢及其制备方法，本发明提供的双相不锈钢具有优异的力学性能；此外，本发明提供的制备方法工艺简单、流程短，制备的双相不锈钢组织均匀。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种双相不锈钢，所述双相不锈钢的化学成分包括：cr16～18wt.％、mo1～2wt.％、ni5～10wt.％、c≤0.03wt.％、mn≤1.5wt.％、p≤0.035wt.％、s≤0.01wt.％、si≤0.5wt.％、o≤0.006wt.％和余量的fe。

本发明还提供了上述技术方案所述双相不锈钢的制备方法，包括以下步骤：

将对应上述技术方案所述双相不锈钢化学成分的金属粉料进行混合，得到混合粉料；

将所述混合粉料进行冷等静压成型，得到不锈钢压坯；

对所述不锈钢压坯进行烧结，得到烧结坯；

将所述烧结坯进行固溶处理，得到双相不锈钢。

优选的，所述冷等静压成型的压力为100～300mpa，所述冷等静压成型的时间为10～200s。

优选的，所述烧结的温度为1200～1350℃，所述烧结的时间为30～150min。

优选的，所述烧结自室温升温至烧结温度，所述升温的速率为5～15℃/min。

优选的，所述烧结为真空烧结。

优选的，所述真空烧结的真空度低于8×10^-4pa。

优选的，所述固溶处理的温度为1150～1300℃，所述固溶处理的保温时间为30～150min。

优选的，所述固溶处理的冷却方式为水冷。

优选的，所述金属粉料的粒径为5～25μm。

本发明提供了一种双相不锈钢，所述双相不锈钢的化学成分包括：cr16～18wt.％、mo1～2wt.％、ni5～10wt.％、c≤0.03wt.％、mn≤1.5wt.％、p≤0.035wt.％、s≤0.01wt.％、si≤0.5wt.％、o≤0.006wt.％和余量的fe。本发明通过控制各成分的含量，尤其是cr、mo、ni和fe的含量，使双相不锈钢中的铁素体和奥氏体两相维持在一个良好的平衡状态，使双相不锈钢的强度和韧性同时得到提高。

本发明还提供了上述技术方案所述双相不锈钢的制备方法，本发明采用冷等静压-烧结工艺制备双相不锈钢，不但工艺简单、流程短，而且制备的双相不锈钢的组织均匀，相对密度大于98％，具有优异的力学性能。

实施例结果表明，本发明制得的双相不锈钢抗拉强度rm≥800mpa，屈服强度rp0.2≥700mpa，伸长率a≥15％，断面收缩率z≥25％，洛氏硬度≥30hrc，综合力学性能可超过316l不锈钢和430不锈钢的水平。

此外，本发明的冷等静压-烧结工艺还具有近净成形的特点，零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件，材料的利用率大于95％。

附图说明

图1为实施例1制得的双相不锈钢的xrd图；

图2为实施例1制得的双相不锈钢的金相组织照片；

图3为实施例1和2制得的双相不锈钢的应力应变曲线图。

具体实施方式

本发明提供了一种双相不锈钢，所述双相不锈钢的化学成分包括：cr16～18wt.％、mo1～2wt.％、ni5～10wt.％、c≤0.03wt.％、mn≤1.5wt.％、p≤0.035wt.％、s≤0.01wt.％、si≤0.5wt.％、o≤0.006wt.％和余量的fe。

在本发明中，所述双相不锈钢的化学成分优选包括cr17～17.5wt.％、mo1～1.7wt.％、ni7～8wt.％、c≤0.03wt.％、mn≤1.5wt.％、p≤0.035wt.％、s≤0.01wt.％、si≤0.5wt.％、o≤0.006wt.％和余量的fe。在本发明中，所述si、mn、s、p、c、o均为杂质元素，其含量越低越好。

本发明通过控制各成分的含量，尤其是同时调控cr、mo、ni和fe的含量，使双相不锈钢中的铁素体和奥氏体两相维持在一个良好的平衡状态，使双相不锈钢的强度和韧性同时得到提高，抗拉强度rm高达826～1034mpa，屈服强度rp0.2高达730～990mpa，伸长率a可达15.5～39.5％，断面收缩率z可达25.2～39.5％。

本发明还提供了上述技术方案所述双相不锈钢的制备方法，包括以下步骤：

将对应上述技术方案所述双相不锈钢化学成分的金属粉料进行混合，得到混合粉料；

将所述混合粉料进行冷等静压成型，得到不锈钢压坯；

对所述不锈钢压坯进行烧结，得到烧结坯；

将所述烧结坯进行固溶处理，得到双相不锈钢。

本发明将对应上述技术方案所述双相不锈钢化学成分的金属粉料进行混合，得到混合粉料。

在本发明中，所述金属粉料的粒径优选为5～25μm，进一步优选为8～20μm。本发明对所述金属粉料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的金属粉料即可。本发明对所述混合的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可。在本发明中，所述混合优选为搅拌混合，所述搅拌混合的速率优选为20～30r/min，所述搅拌混合的时间优选为30～90min。本发明上述技术方案所述双相不锈钢中的si、mn、s、p、c和o等杂质元素均为金属粉末携带的不可避免的杂质。

得到混合粉料后，本发明将所述混合粉料进行冷等静压成型，得到不锈钢压坯。

在本发明中，所述冷等静压成型的压力优选为100～300mpa，进一步优选为150～250mpa；所述冷等静压成型的时间优选为10～200s，进一步优选为50～150s。本发明所述冷等静压成型的压力指的是保压压力，冷等静压成型的时间指的是保压时间。在本发明中，所述不锈钢压坯的长度优选为100～150mm，进一步优选为120～140mm；所述不锈钢压坯的宽度和厚度独立地优选为10～15mm，进一步优选为12～13mm。

得到不锈钢压坯后，本发明将所述不锈钢压坯进行烧结，得到烧结坯。

在本发明中，所述烧结的温度优选为1200～1350℃，进一步优选为1300～1350℃，更优选为1325～1350℃；所述烧结的时间优选为30～150min，进一步优选为60～120min。本发明所述烧结温度指的是烧结过程中的保温温度，所述烧结时间指的是在烧结温度的保温时间。在本发明中，所述烧结优选自室温升温至烧结温度，所述升温的速率优选为5～15℃/min，进一步优选为7～13℃/min。在本发明中，所述烧结优选为真空烧结，所述真空烧结的真空度优选低于8×10^-4pa，进一步优选低于1×10^-4pa。本发明所述烧结配合前述冷等静压成型，可以使不锈钢压坯充分均匀致密化，有利于提高最终双相不锈钢的力学性能。烧结后，本发明优选将烧结产物随炉冷却，得到烧结坯。

得到烧结坯后，本发明优选将所述烧结坯进行固溶处理，得到双相不锈钢。

在本发明中，所述固溶处理的温度优选为1150～1300℃，进一步优选为1200～1300℃，更优选为1250～1300℃；所述固溶处理的保温时间优选为30～150min，进一步优选为60～120min。在本发明中，所述固溶处理的冷却方式优选为水冷。本发明所述固溶处理能够消除有害相，得到处于平衡状态的奥氏体和铁素体。

下面结合实施例对本发明提供的双相不锈钢及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

按照17.2wt.％cr，1.1wt.％mo，5.9wt.％ni，0.1wt.％mn，余量为fe的比例配料，将铬粉、钼粉、镍粉和锰粉在24r/min下混合60min，得到混合粉料；

将混合粉料冷等静压压制成型，得到不锈钢压坯，冷等静压压制保压压力200mpa，保压时间100s；

对不锈钢压坯进行真空烧结，烧结温度1350℃，保温时间为60min，烧结后随炉冷却，得到烧结坯；

对烧结坯进行固溶处理，固溶处理的温度为1300℃，固溶处理的保温时间为60min，固溶处理后立即水冷，得到双相不锈钢。

采用电火花直读光谱法对其组成进行分析，结果如下：17.2wt.％cr，1.1wt.％mo，5.9wt.％ni，0.1wt.％mn，余量为fe及少量杂质。

对实施例1制得的双相不锈钢进行xrd分析，结果如图1所示。图1显示，实施例1的双相不锈钢为典型的铁素体(α相)和奥氏体(γ相)两相组织。

对实施例1制得的双相不锈钢进行金相组织观察，结果如图2所示。图2显示，实施例1的双相不锈钢为铁素体(α相)和奥氏体(γ相)两相组织，且组织均匀。

实施例2

按照17.2wt.％cr，1.5wt.％mo，7.6wt.％ni，0.1wt.％mn，余量为fe的比例配料，将铬粉、钼粉、镍粉和锰粉在20转/min下混合120min，得到混合粉料；

将混合粉料冷等静压压制成型，得到不锈钢压坯，冷等静压压制保压压力250mpa，保压时间50s；

对不锈钢压坯进行真空烧结，烧结温度1340℃，保温时间为120min，烧结后随炉冷却，得到烧结坯；

对烧结坯进行固溶处理，固溶处理的温度为1250℃，固溶处理的保温时间为120min，固溶处理后立即水冷，得到高强度双相不锈钢。

采用电火花直读光谱法对其组成进行分析，结果如下：17.2wt.％cr，1.5wt.％mo，7.6wt.％ni，0.1wt.％mn，余量为fe及少量杂质。

对实施例1～2制得的双相不锈钢进行力学性能进行测试，拉伸试验方法按照国家标准：gb/t228.1-2010；拉伸试样制备按照gb/t7963-2015，得到的应力应变曲线如图3所示。图3结果显示：实施例1制得的双相不锈钢的相对密度为98.3％，抗拉强度rm＝1034mpa，屈服强度rp0.2＝990mpa，伸长率a＝15.5％，断面收缩率z＝25.2％，洛氏硬度＝35.2hrc；实施例2制得的双相不锈钢的相对密度＝98.8％，抗拉强度rm＝826mpa，屈服强度rp0.2＝730mpa，伸长率a＝39.5％，断面收缩率z＝34.1％，洛氏硬度＝30.1hrc，说明本发明的双相不锈钢具有优良的力学性能。

由以上实施例可知，本发明提供的双相不锈钢具有优异的力学性能；此外，本发明提供的制备方法工艺简单、流程短，制备的双相不锈钢组织均匀，力学性能优异。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。