[发明专利]一种双相不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双相不锈钢及其制造方法，特别是涉及具有优异耐蚀性和TRIP(相变诱导塑性)效应的经济型双相不锈钢及其制造方法。

背景技术

双相不锈钢室温下由铁素体与奥氏体双相组成，而且其中每相比例不少于30％。由于两相组织的存在使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的特性，是一类高强度和高耐蚀性匹配最佳的不锈钢。与铁素体不锈钢比，其韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀和焊接性显著改善，同时保留了铁素体钢导热系数高、膨胀系数小的优点。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的强度，特别是屈服强度显著提高，耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳和耐磨性能显著改善，且具有磁性。

双相不锈钢的发展经历了三个重要阶段。1971年以前所开发的牌号为第一代双相不锈钢，由于含N量处于电弧炉冶炼的常规水平，其焊接后性能急剧下降。1971-1989年开发的牌号属于第二代双相不锈钢。借助于1968年不锈钢精炼工艺-氩氧脱碳(AOD)的发明和应用，可以使双相不锈钢中氮含量显著提高，从而显著改善焊缝、热影响区的韧性和耐腐蚀性能，同时氮还降低了有害金属间相的形成速率。2205是第二代双相钢的代表钢种并广泛应用于海上石油平台、化工、造纸等多个领域。1990年以后出现的牌号为第三代双相不锈钢，进入2000年以后双相不锈钢的发展呈现两种趋势。一方面进一步提高钢中合金元素含量以获得更高强度和更加优良的耐腐蚀性能，如瑞典SANDVIK开发的SAF2906和SAF3207。另一方面开发低镍含量且不含Mo或仅含少量Mo的经济型双相不锈钢，以降低成本，改善热加工性和焊接性，如AL 2003，LDX 2101等。

经济型双相不锈钢特指一类且含镍量低，同时不含钼或钨或仅含少量的钼或钨的双相不锈钢。常用的奥氏体当量计算公式如式(1)所示：

Ni_eq＝Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.25Cu    ...(1)

根据公式(1)，可以采用Mn、N、Cu取代Ni，从而降低成本，取代传统的高镍含量的奥氏体不锈钢。但是在Mn、N代Ni也会有负面影响。锰会降低双相不锈钢的耐腐蚀性能。评价双相不锈钢耐点腐蚀性能的经验公式如公式(2)所示：

PREN(耐点蚀当量)＝Cr％+3.3Mo％+30N％-Mn％    ...(2)

每添加1％的锰，将使合金PREN值降低1，相当于抵消了添加0.3％的Mo对耐点蚀性能的提高。Mn影响耐点蚀性的原因在于锰和硫形成MnS，或随着钢中锰量增加，MnS中的含铬量降低，所引起的MnS夹杂在腐蚀介质中的溶解，常常成为点蚀、缝隙腐蚀的起始点。N是很强的奥氏体形成元素，有利于提高双相钢的强度、耐蚀性和焊接性，但是N含量的提高会造成冶炼难度增加，热加工性下降。

从第一代到第三代双相不锈钢，包括现有的经济型双相不锈钢，都是高合金成分体系。M_s的经典经验公式，即冷却过程中奥氏体向马氏体转变的温度点计算公式如式3所示：

M_s＝1305-61.6Ni％-41.7Cr％-33.3Mn％-27.8Si％-1667(C+N)％...(3)

现有的双相不锈钢的M_s点都很低。若考虑到合金元素C、N在奥氏体内的偏聚，M_s点更低。正因为双相不锈钢正M_s点很低，双相不锈钢中的奥氏体不会在冷却过程中转变为马氏体。然而在应变过程中，奥氏体也会向马氏体转变。应变过程中奥氏体的稳定性通常由M_d点来衡量，即应变诱发形成马氏体的温度。经典的计算公式如公式4示：

M_d＝580-520C％-2Si％-16Mn％-16Cr％-23Ni％-300N％-26Cu％-10Mo％

                                                        ...(4)

当双相不锈钢中的合金含量降低时，M_d将上升。适当的M_d温度下，形变过程中奥氏体会向马氏体转变，从而提高材料的塑性，即产生TRIP(Transformation Induced Plasticity)效应。