[發明專利]一種特超級雙相不銹鋼及其合金成分優化設計方法

有效

• 申請號: 201810274148.2
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108220813B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 李花兵;張彬彬;姜周華;張樹才;吳敬璽;馮浩;朱紅春;李志興;常朋飛;范思鵬
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C38/44
• 分類號: C22C38/44;C22C38/58;C22C38/04;C22C38/42;C22C38/52;C22C38/02;C22C38/54
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發明涉及一種特超級雙相不銹鋼及其合金成分優化設計方法。其特超級雙相不銹鋼的化學成分按重量百分比為：C：0.004～0.020％，Cr：26.00～37.00％，Ni：5.50～11.00％，Mo：2.50～6.50％，W：0.50～2.50％，N：0.25～0.65％，Mn：0.50～3.50％，Cu：0.50～2.50％，Co：0.50～2.00％，Si：0.10～0.55％，P0.03％，S0.02％，B0.015％，Mg：0.005～0.008％，Ca0.015％，RE：0.03～0.10％，余量為Fe及其他不可避免的雜質。本發明提供的特超級雙相不銹鋼具有組織穩定性好、抗高溫氧化、熱加工性好，耐應力腐蝕性能優異等優點，適用于高溫、高壓、高氯離子、強酸性的極端苛刻服役環境。

技術領域

本發明涉及一種特超級雙相不銹鋼及其合金成分優化設計方法，屬于雙相不銹鋼技術領域。

背景技術

在尿素生產、石油開采和深海探測等高溫、高壓、高氯離子等極端苛刻的服役環境中，現有鋼種難以滿足其應用要求，鎳基合金等材料的成本又非常高，所以急需開發一種既能滿足生產和應用要求、成本又相對較低的新型材料。特超級雙相不銹鋼是一類新發展的鋼種，該鋼具有十分優異的耐腐蝕性能和良好的塑性及韌性，并且其耐氯化物應力腐蝕斷裂的能力明顯優于某些奧氏體不銹鋼或超級雙相不銹鋼。

然而，目前特超級雙相不銹鋼在生產和應用過程中仍面臨諸多問題，從而限制其發展。首先，在熱加工或熱處理過程中(一般大于980℃)，高的Mo含量容易導致形成揮發性MoO₃，破壞保護性氧化層，從而嚴重惡化鋼的抗高溫氧化性能。其次，鐵素體和奧氏體晶體結構的不同導致高溫軟化機制存在顯著差異，鐵素體的軟化機制是動態回復，奧氏體的軟化機制為動態再結晶，在熱加工過程中兩相變性協調能力差，在相界處容易產生應力集中；又由于高的合金含量增大鋼的變形抗力，因此該鋼的熱加工性能非常差。第三，隨著現代工業的發展，腐蝕環境更為苛刻，高溫、高壓、高氯離子、強酸性環境極易造成鋼發生應力腐蝕，降低使用壽命，增加維護成本，因此該鋼仍面臨嚴重的應力腐蝕破壞傾向。

因此，急需改善該鋼種的抗氧化性、熱塑性和耐應力腐蝕性能，使其能在高溫、高壓和高氯離子環境中得到良好應用。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術的上述問題，本發明提供一種特超級雙相不銹鋼，通過合理優化Cr、Ni、Mo、N、Mn、Si等主要合金元素含量，同時添加適量Co、W、RE、B、Ca、Mg等元素，開發一種抗高溫氧化性能優異、熱塑性良好、耐應力腐蝕性能突出的特超級雙相不銹鋼。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

一種特超級雙相不銹鋼，其化學成分按重量百分比為：

所述RE為Ce、La、Nd中的任意一種或任意比例混合的任意兩種或三種；

其余為Fe及其他不可避免的雜質，所述雜質的總重量小于0.10％。

如上所述的特超級雙相不銹鋼，優選地，所述

一種如上所述特超級雙相不銹鋼的合金成分優化設計方法，其包括控制Mo+0.5×W范圍：

通過合理控制Mo、W含量，從而控制Mo％+0.5×W％＝3.0～5.0％，進而提高特超級雙相不銹鋼的組織穩定性和抗高溫氧化性能，所述％為重量百分比。其中，Mo％+0.5×W％＝3.0～5.0％表示為Mo的重量百分比含量和0.5倍W的重量百分比含量在3.0％～5.0％范圍內。

如上所述的設計方法，優選地，包括優化Cr、Ni當量比，調節鐵素體奧氏體相比例：