[發明專利]一種具有優異熱塑性和耐蝕性的雙相不銹鋼及其制造方法

在審

• 申請號: 201310102849.5
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN103205653A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 胡錦程;張偉;宋紅梅
• 申請（專利權）人: 寶鋼不銹鋼有限公司
• 主分類號: C22C38/44
• 分類號: C22C38/44;C22C38/58;C22C33/04;C21D8/02
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術領域

本發明涉及雙相不銹鋼領域，尤其涉及一種具有優異熱塑性和耐蝕性的雙相不銹鋼及其制造方法。

背景技術

雙相不銹鋼固溶處理后，在室溫下由約50%鐵素體與50%的奧氏體雙相組成。兩相組織的存在使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的特點。與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的強度，特別是屈服強度顯著提高，耐晶間腐蝕、耐應力腐蝕、耐磨性能顯著改善。與鐵素體不銹鋼比，其韌性提高、脆性轉變溫度降低、耐晶間腐蝕和焊接性顯著改善，同時保留了鐵素體鋼導熱系數高、膨脹系數小的優點。

迄今為止雙相不銹鋼的發展經歷了三個重要階段。1971年以前所開發的牌號為第一代雙相不銹鋼，由于冶煉條件的限制，C、N的含量都無法準確控制，其焊接后性能急劇下降。1971～1989年開發的牌號屬于第二代雙相不銹鋼，代表鋼種為S32205。借助于1968年不銹鋼精煉工藝-氬氧脫碳(AOD)的發明和應用，可以使雙相不銹鋼中氮含量顯著提高，碳含量得到準確控制，從而顯著改善焊縫、熱影響區的韌性和耐腐蝕性能。氮合金化大大提高了第二代雙相不銹鋼使用性能，使得雙相鋼得以廣泛應用于化工、造紙、壓力容器等多個領域。1990年以后出現的牌號為第三代雙相不銹鋼，其發展呈現2種趨勢。一方面進一步提高鋼中合金元素特別是Cr、Mo、N的含量以獲得更高強度和更加優良的耐腐蝕性能，如瑞典SANDVIK開發的超級雙相不銹鋼SAF2906和SAF3207。另一方面則開發低鎳含量、不含Mo或僅含少量Mo的經濟型雙相不銹鋼，以降低成本，如LDX2101等。

不管對于經典雙相不銹鋼、經濟型雙相不銹鋼，還是超級雙相不銹鋼而言，熱塑性較差是其制造過程中必須面對的難題。尤其在鋼卷的軋制過程中，鋼卷邊部會發生嚴重的開裂，嚴重影響加工制造的連續性與規模化，降低了成材率，提高了生產成本，不利于雙相不銹鋼的大規模應用。

雙相不銹鋼熱塑性較差，主要原因是熱加工過程中奧氏體相與鐵素體相的變形行為不同。鐵素體在變形時的軟化機制是動態回復，即便在很低的應變下也會發生；而奧氏體則是在應變高于某個臨界值后的動態再結晶。因為鐵素體相更“軟”，因此應力與應變傾向于集中在鐵素體相中，這種兩相中不均勻的分布容易導致在相界裂紋形核與擴展。因此，如何使得兩相的軟化傾向接近從而使得應力與應變更均勻分布，是提高雙相不銹鋼熱塑性的重要途徑。

實踐表明，Cr元素將降低鐵素體的高溫變形抗力，也即加速鐵素體高溫下的軟化。因此，要提高雙相不銹鋼熱塑性，可降低Cr含量。但Cr是決定不銹鋼耐腐蝕性能的關鍵元素，根據耐點蝕當量PREN值的計算：

PREN=Cr%+3.3Mo%+30N%-Mn%???(1)

Cr含量降低將顯著影響雙相不銹鋼的耐腐蝕性能。此外Cr也是重要的奧氏體穩定元素，根據Ms及Md_30/50的計算：

M_s=1305-61.6Ni%-41.7Cr%-33.3Mn%-27.8Si%-1667(C+N)%???(2)

Md_30/50=580-520C%-2Si%-16Mn%-16Cr%-23Ni%-300N%-26Cu%-10Mo%???(3)

式（2）中，M_s為即冷卻過程中奧氏體向馬氏體轉變的開始溫度點；

式（3）中，Md_30/50是衡量變形過程中奧氏體向馬氏體轉變的溫度點。

Mo元素可提高鐵素體高溫變形抗力，因此鉬也可加速鐵素體高溫下的軟化。考慮到鉬在鐵素體中偏聚，增加雙相不銹鋼中的Mo含量可提高其熱塑性。根據式（1），Mo可顯著提高材料的耐腐蝕性能。

N是雙相不銹鋼中最重要的合金元素之一。N可提高奧氏體高溫下的變形抗力，使得奧氏體高溫下更“硬”；加之N偏析在奧氏體中，因此降低N含量可提高雙相不銹鋼的熱塑性。根據奧氏體當量的計算公式：

Ni_eq=Ni+30(C＋N)+0.5Mn+0.25Cu???(4)

N是很強的奧氏體形成元素，其形成奧氏體的能力了是Ni的30倍。同時由公式（1）可知，N可顯著提高材料的PREN值，從而有利于提高雙相不銹鋼鋼的耐蝕性。從式（2）、式（3）可知，N可提高奧氏體的穩定性。此外，也是保證雙相不銹鋼焊接性能的關鍵元素。