[发明专利]用于制造和利用具有高成形性的铁素体-奥氏体不锈钢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造和利用精益铁素体-奥氏体不锈钢的方法，所述不锈钢主要以具有高强度、优异成形性和良好耐腐蚀性的卷材形式制造。通过奥氏体相的受控马氏体转变，其导致所谓的相变诱发塑性（TRIP），来获得所述成形性。

背景技术

已经提出了多种精益铁素体-奥氏体合金或双相合金（duplexalloy）以应对高成本的原材料例如镍和钼，且主要目的是实现足够的强度和腐蚀性能。当参照下述公开内容时，如果不另外提及则元素含量为重量%。

美国专利US 3,736,131描述了具有4-11%的Mn、19-24%的Cr、至多3.0%的Ni和0.12-0.26%的N的奥氏体-铁素体不锈钢，所述不锈钢含有10%至50%的奥氏体并且为稳定的且表现出高韧性。通过避免奥氏体转变为马氏体而获得所述高韧性。

美国专利US4,828,630公开了具有17-21.5%的Cr、1%至小于4%的Ni、4-8%的Mn、和0.05-0.15%的N的双相不锈钢，所述不锈钢是热稳定的，从而对于抵抗马氏体转变。铁素体含量必须保持为低于60%以获得良好的延展性。

瑞典专利SE 517449描述了具有20-23%的Cr、3-8%的Mn、1.1-1.7%的Ni和0.15-0.30%的N的精益双相合金，所述合金具有高强度、良好的延展性和高的结构稳定性。

国际专利申请WO2006/071027描述了一种具有19.5-22.5%的Cr、0.5-2.5%的Mo、1.0-3.0%的Ni、1.5-4.5%的Mn和0.15-0.25%的N的低镍双相钢，所述钢具有与相似钢相比而言改善的热延展性。

欧洲专利EP1352982公开了通过引入一定量铁素体相来避免奥氏体Cr-Mn钢中的延迟开裂的方式。

近年来，精益双相钢已经得到很大程度的使用，并且根据美国专利US4,848,630、瑞典专利SE517,449、欧洲专利申请EP1867748和美国专利US6,623,569的钢已经在大量应用中得到商业使用。根据SE 517,449的Outokumpu LDX双相钢已经广泛地用在储罐、运输车辆等中。这些精益双相钢具有与其它双相钢相同的问题：有限的成形性，这使它们比奥氏体不锈钢较不适合用于高度成形的零件中。双相钢因此具有在诸如板式换热器之类的部件中的受限应用。但是，精益双相钢具有改善延展性的独特潜力，因为可使亚稳定的奥氏体相在合金含量中足够低从而通过下述机制提供增加的塑性。

存在利用双相钢中的亚稳定奥氏体相以实现改善的强度和延展性的一些参考文献。美国专利US6,096,441涉及基本上含有18-22%的Cr、2-4%的Mn、小于1%的Ni和0.1-0.3%的N的具有高拉伸伸长率的奥氏体-铁素体钢。与马氏体形成方面的稳定性相关的参数应当落在一定范围内，从而导致改善的拉伸伸长率。美国专利申请US2007/0163679描述了很宽范围的奥氏体-铁素体合金，主要通过控制奥氏体相中的C+N的含量而具有高的成形性。

相变诱发塑性（TRIP）是亚稳奥氏体钢的已知效应。例如，拉伸测试样品中的局部缩颈受软奥氏体向硬马氏体的应变诱发相变阻碍，从而将变形传递到样品的另一位置并导致更高的均匀变形。如果恰当设计奥氏体相，TRIP也能够用于铁素体-奥氏体（双相）钢。为了特定TRIP效应而设计奥氏体相的典型方法是使用基于其化学组成为奥氏体稳定性所建立的或调节的经验表达关系（expression），其中之一为M_d30-温度。M_d30-温度定义为当0.3真应变产生50%的奥氏体至马氏体转变时的温度。但是，该经验表达关系是以奥氏体钢所建立，并且将它们应用到双相不锈钢上存在风险。

由于奥氏体相的组成依赖于钢化学成分以及热历史，因此设计双相钢的奥氏体稳定性是较为复杂的。另外，相的形态和尺寸影响转变行为。美国专利US6,096,441已经使用了用于总体组成（bulkcomposition）的表达关系且要求保护特定范围（40-115），需要该特定范围以获得期望的效果。但是，该信息仅仅对于在该特定研究中的钢使用的热历史有效，因为奥氏体组成将随退火温度而改变。在美国专利申请US2007/0163679中，测量奥氏体的组成，并且将奥氏体相的一般Md公式规定为-30至90的范围以获得显示出期望性能的钢。