不锈钢产品、所述产品的用途及其制造方法
【专利说明】不诱钢产品、所述产品的用途及其制造方法
[0001] 本申请是基于申请号为200980117700. 6、申请日为2009年5月14日、发明名称为 "不诱钢产品、所述产品的用途及其制造方法"的中国专利申请的分案申请。
[0002] 本发明设及由不诱钢制成的铸件，其具有双相铁素体-奥氏体显微组织并具有高 的组织稳定性和改良的性能组合、特别是机械加工性能和焊接性能。本发明还设及产品的 用途并设及铸件的制造方法。
[0003] 与主要包含至多10-15 %铁素体的奥氏体铸件相比，铁素体-奥氏体或双相不诱 钢铸件一般被定义为具有几乎相等比例的铁素体和奥氏体的混合物的合金。对于根据ASTM A890标准的双相铸件，未规定铁素体水平，但是，列出的合金具有约30~60%范围的铁素 体和余量的奥氏体。通过该双相组织，可W设计令人关注的性能分布（profile)。最早的双 相不诱钢是在约80年W前开发的，并且它们最有可能是从奥氏体铸件形成的，其中在显微 组织中存在一定量的铁素体被证明是有利的。事实上，双相组成通常表现出比奥氏体组成 更好的铸造性能。双相材料的其它有利性能是；高的机械强度、优异的疲劳强度、良好的耐 磨性和良好的耐腐蚀性。因此，铸造产品和形变产品均得到许多引人关注的应用。利用各 种优化形式，描述了若干双相合金组合物。在许多情形中，作为双相组成的专利中的制品， 还包括铸造制品。近年来，随着原材料成本的极大增加，对于W下给予了特别关注；降低合 金中的镶和钢的水平但仍保持合适的性能。
[0004] 对于30~70%的铁素体和奥氏体范围中的相平衡，可实现双相不诱钢的有利性 能。主要的合金化元素（特别是铭、氮、镶和钢）的交互作用是相当复杂的。为了实现很好 地响应加工和制造的稳定双相组织，必须十分仔细W便使该些元素中的每一种处于恰当的 水平。除了相平衡W外，高温下有害金属间相的形成是对于双相不诱钢的第二种主要关切。 曰相和X相在高铭、高钢不诱钢中形成并优先在铁素体中析出。氮的添加W有利的方式改 变相平衡从而避免形成此类相。
[0005] 美国专利US4, 500, 351设及一种铸造双相不诱钢，其中，为了避免形成0相，在 1200°C固溶处理和水泽急冷之后，铸件中的显微组织包含铁素体基质，该铁素体基质含有 至少约30%的奥氏体。铸件包含约0. 02重量％的碳、24重量％的铭、约9. 5重量％的镶、 约6重量％的钢、约0. 5重量％的铺、约0. 2重量％的娃和约0. 25重量％的氮。该美国专利 US4, 500, 351的铸件适用于诸如叶轮和外壳的累部件W及诸如底座和闽口的阀部件中。
[0006] 在美国专利US4, 828, 630中描述了在铸造原态具有良好的性能组合并且抵抗至 马氏体的热转变的双相不诱钢。该钢包含至多0. 07重量％的碳、17~21. 5重量％的铭、 1~4重量％的镶、4~8重量％的铺、0. 05~0. 15重量％的氮、小于2重量％的娃、小于2 重量％的钢和小于1. 5重量％的铜。该专利的钢包含30~60%的铁素体，并且特别适于用 于汽车底部部件的薄壁铸件。该钢具有包括下列的铸造原态性能；1〇%的最小延伸率、大于 5化si(350N/mm2)的0. 2%屈服强度、在0°C下至少20ft.-化s(30Nm)的初性W及没有氮孔 隙。
[0007] 美国专利US6, 033, 497设及具有改良的机械加工性能的抗点蚀性双相钢合金， 该合金除铁W外还包含小于0. 1重量％的碳、25~27重量％的铭、5~7. 5重量％的镶、 小于0. 5重量％的钢、小于0. 15重量％的氮、小于1. 5重量％的娃、小于2. 0重量％的车孟、 1. 5~3. 5重量％的铜。在该美国专利的现有技术部分中提到，通过添加合金化元素如硫和 砸（该些元素可能降低腐蚀性），可提高奥氏体不诱钢的机械加工性能。此外，其声称，在不 添加钢的情况下添加铜允许在紧密密封的热处理炉内非常缓慢地控制冷却双相不诱钢合 金，使得在保持优异的延展性和抗腐蚀性的同时使有害的拉伸残余应力最小化。
[000引根据美国专利US6, 033, 497,在不使用单独和缓慢的热处理步骤的情况下在铸造 之后通过加速的模内热处理处理钢种（steelgrade)。该专利的钢种特别用于中空圆筒形 离屯、铸件并且其用于例如造纸机真空漉外壳应用。模内热处理包括；将铸造冷却的速率控 制在约260°C~约1090°C的温度范围内，W及将模内合金的温度保持在铸模外部温度的约 450°CW内。与在紧密密封的热处理炉内缓慢受控冷却的同一合金组成相比，当通过加速的 热处理在铸造之后在铸模内处理时，该钢种具有改良的机械加工性能。无模内处理的合金 具有24MI^a的名义内部直径拉伸残余应力，而在铸造之后在铸模内处理过的合金的相应值 为52M化。
[0009] 欧洲专利EP 1，327, 008描述了具有主要包含35~65体积％铁素体和35~65 体积％奥氏体的显微组织的铁素体-奥氏体不诱钢。该钢种的组成包含下列作为主要合金 化成分；〇. 02~0. 07重量％的碳、19-23重量％的铭、1. 1~1. 7重量％的镶、0. 15~0. 30 重量％的氮、3~8重量％的铺和小于1重量％的任选的钢和/或铜。该欧洲专利的钢是由 Outokumpu W商标LDX2101?制造，并且，形变产品已受到大的商业关注。
[0010] 双相不诱钢铸件一般表现出良好的铸造性能。但是，由于在通常从具有双相不诱 钢合金组成的钢烙体凝固的铁素体相中具有有限的氮溶解度，因此，在凝固过程中存在形 成氮气孔隙的风险。一般而言，大多数不诱钢铸件经受各种机械加工操作W便适用于使用 该铸件的系统中。在该方面，与例如奥氏体不诱钢相比，双相不诱钢被认为更加难W机械加 工。双相不诱钢的较高强度水平解释了该种行为。碳和氮的添加均增加钢的强度和应变硬 化的程度，并因此应保持较低W实现良好的机械加工性能。但是，为了良好的焊接性能，现 代的双相不诱钢合金化W高的氮含量，并且最佳的焊接性能W牺牲机械加工性能为代价。
[0011] 使用铸造或形变双相不诱钢的一种应用是用于造纸机的真空漉的钢外壳。由于铸 造或形变的钢外壳经受显著的机械加工W制造最终的真空漉，因此该应用的一种重要的材 料性能也是机械加工性能。如关于美国专利US6, 033, 497所述，一种改善机械加工性能的 方式是添加硫或砸，然而该些元素降低腐蚀性能。
[001引 国际申请W0 2006/041344描述了用于造纸机的真空漉的钢外壳，其中，在不添加 任何硫的情况下使用欧洲专利EP1，327, 008的形变钢种LDX2101?。此外，与美国专利 US6, 033, 497相比时，不实施任何改善机械加工性能的处理，并且铜和钢的任选的添加量 显著更少。
[0013] Sc虹amm等人在2007年11月6 - 8日于马斯特里赫特（Maastricht)举办的"不 诱钢世界2007会议"（StainlessSteelWorld2007Conference)上发表的报告"用于累 应用的节约型双相不诱钢"(LeanduplexStainlessSteelsforPumpApplications)中 公开了关于累特别应用的节约型双相材料的研究结果。一种合金"cast2101"是由具有如 下组成的铸造椿材制成；〇. 028重量％的碳、0. 97重量％的娃、5. 04重量％的铺、0. 011重 量％的磯、0. 004重量％的硫、20. 73重量％的铭、0. 30重量％的钢、1. 73重量％的镶、0. 20 重量％的氮和0.30重量％的铜。作为该合金"cast2101"在1050°C温度下固溶退火并水 泽之后的结果，Sc虹amm等人提到例如0. 2%弹限强度为473MPa并且A5延伸率为37. 3%。 关于腐蚀性能，Sc虹amm等人声称，与具有0. 024重量％的碳、0. 64重量％的娃、1. 32重量％ 的铺、0. 015重量％的磯、0. 001重量％的硫、22. 50重量％的铭、0. 28重量％的钢、4. 92重 量％的镶、0. 09重量％的氮和0. 26重量％的铜的组成的合金2304相比，合金"cast2101" 具有更低的点蚀电位。但是，Sc虹amm等人没有提到该合金"cast2101"对于期望应用的 适用性的任何信息。
[0014] 本发明的目的是，消除现有技术的一些缺点并且实现双相不诱钢的铸件，该铸件 在制造铸件的方法中对于抵抗诸如金属间相的有害析出物的形成是足够稳定的，并且作为 性能其具有高强度和良好的抗腐蚀性、良好的铸造性能和高的机械加工性能的组合。在所 附的权利要求中列出本发明的基本特征。
[0015] 本发明设及一种不诱钢产品，优选设及具有高的机械加工性能的双相不诱钢铸 件，该铸件包含至多0. 07重量％的碳、至多2重量％的娃、大于3重量％到至多8重量％ 的车孟、大于19重量％到至多23重量％的铭、大于0. 5重量％到至多1. 7重量％的镶、和大 于0. 15重量％到至多0. 30重量％的氮。在具有上述范围的双相不诱钢铸件的制造中使 用的合金可包含少量的其它元素或杂质W及任选的元素，诸如至多1重量％的铜、依照式 (MO+1/2W)小于1重量％的总共至多1重量％的钢和/或鹤，余量为铁和偶存杂质。本发明 的双相不诱钢铸件的显微组织包含30~70体积％的铁素体和30~70体积％的奥氏体。 本发明还设及制造所述铸件的铸造方法W及所述铸件的用途。
[0016] 在大型不诱钢铸件的制造中，具有如下显微组织是重要的；该显微组织足够稳定 地抵抗会对性能造成不利影响的有害析出物如金属间相的形成。因此，希望本发明的铸件 具有节约（lean)、平