[发明专利]一种高塑性的经济型双相不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及双相不锈钢及其制造方法，尤其是一种高塑性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，大约是奥氏体不锈钢的两倍；耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳和耐磨性能显著改善。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。

迄今为止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，由于冶炼条件的限制，C、N的含量都无法准确控制，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，代表钢种为S32205。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，碳含量得到准确控制，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。技术的进步使得双相钢得以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，其发展呈现2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，如LDX2101等。

随着贵金属资源的对制造商及用户的重要性逐渐凸显，经济型双相不锈钢的开发成为当前双相不锈钢的重要研发方向。经济型双相不锈钢通过特殊的合金设计，降低合金中贵金属镍和钼的含量，从而显著降低材料成本。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)

评价双相不锈钢耐点腐蚀性能的PREN(耐点蚀当量)如公式(2)所示：

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

由公式(1)可知，可以采用Mn、N、Cu取代Ni，从而降低成本，取代传统的高钼、高镍含量的双相不锈钢，这是经济型双相不锈钢开发的基础。

N是双相不锈钢中最重要的合金元素之一，成本低廉，是很强的奥氏体形成元素。由公式(1)可知，其形成奥氏体的能力了是Ni的30倍。同时由公式(2)可知，N可显著提高材料的PREN值，从而有利于提高双相不锈钢钢的耐蚀性。此外，N也是保证双相不锈钢焊接性能的关键元素。但是N含量的提高会造成冶炼难度增加，热加工性下降。

Mn是低成本的合金元素，但Mn对双相不锈钢耐腐蚀性能有不利影响，如公式(2)所示，即每添加1％的锰，将使合金PREN值降低1。如果要保证材料的优良的耐腐蚀性能，必须控制其含量。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。

Cu也是奥氏体形成元素，但Cu的奥氏体形成能力只有镍的1/4。Cu很重要的一个作用是稳定奥氏体，降低加工硬化倾向，从而提高不锈钢的塑性。但是，双相不锈钢中Cu含量过高会导致热加工性下降。

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。合金含量高导致双相不锈钢中奥氏体的稳定性非常高。在从高温冷却至低温的过程中不发生马氏体相变，而在变形过程中也几乎没有马氏体产生。以M_s与Md_30/50来评价奥氏体的稳定性，其经典的表达式如式(3)与式(4)所示。M_s为冷却过程中奥氏体向马氏体转变的开始温度点，而Md_30/50表征形变过程中奥氏体的稳定性。该温度越高，表示在较高的温度下变形即可发生奥氏体向马氏体转变。

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

Md_30/50＝580-520C％-2Si％-16Mn％-16Cr％-23Ni％-300N％-26Cu％-10Mo％..(4)