[发明专利]用于制造和利用铁素体-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具有高强度、优异的成型性能和良好的抗腐蚀性以及良好的焊接性能的贫铁素体-奥氏体（lean ferritic-austenitic）不锈钢的方法。通过受控的奥氏体相的马氏体转变产生所谓的转变诱发塑性（TRIP）来获得成型性能。低的碳含量进一步改善了所制造的钢的成型性能以及焊接性能。

背景技术

已提出了大量的贫铁素体-奥氏体或双相合金，以抵抗原料例如镍和钼的高成本，而主要目标为达到充足的强度和腐蚀性能。当提到以下公开时，如无任何其他说明，元素含量为以重量%计。

美国专利3.736.131记载了具有4-11%的Mn、19-24%的Cr、至多3.0%的Ni和0.12-0.26%的N，含有10-50%的奥氏体的奥氏体-铁素体不锈钢,其为稳定的，且展现了高的韧性。通过避免奥氏体转变为马氏体获得了高韧性。

美国专利4.828.630公开了具有17-21.5%的Cr、1-小于4%的Ni、4-8%的Mn和0.05-0.15%的N的双相不锈钢，其为抗转变为马氏体的热稳定的。必须将铁素体含量保持在低于60%以实现良好的延展性。

欧洲专利1327008记载了具有高强度、良好的延展性和高的组织稳定性的贫双相合金，其具有20-23%的Cr、3-8%的Mn、1.1-1.7%的Ni和0.15-0.30%的N。

专利申请WO2006/071027记载了具有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，其具有与类似的钢相比改善的热延展性。

欧洲专利1352982公开了通过诱发一定量的铁素体相，在奥氏体Cr-Mn钢中避免延迟的开裂的方法。

近几年来，贫双相钢已被极其广泛使用，且根据美国专利4.848.630、欧洲专利1327008、欧洲专利申请1867748和美国专利6.623.569的钢已在大量的应用中商业使用。根据EP1327008的Outokumpu双相钢已在存储罐、运输车辆等中广泛使用。这些贫双相钢具有与其它双相钢相同的问题，使它们不如奥氏体不锈钢可应用于高度成型的部件中的使用中的有限成型性能。双相钢因此在部件例如板式换热器中具有有限的应用。但是，贫双相钢具有改善的延展性的独特的潜力，因为通过如下所述的机制，可将合金含量中的奥氏体相设为足够低从而成为亚稳，这给出了提高的塑性。

有一些利用在双相钢中的亚稳奥氏体相用于改善的强度和延展性的文献。美国专利6.096.441涉及主要含有18-22%的Cr、2-4%Mn、小于1%的Ni和0.1-0.3%的N，具有高的拉伸延伸率的奥氏体-铁素体钢。涉及到关于马氏体形成的稳定性的参数应位于导致改善的拉伸延伸率的某些范围内。美国专利申请2007/0163679记载了非常广泛范围的具有高成型性能（主要通过控制在奥氏体相中的C+N的含量）的奥氏体-铁素体合金。

对于亚稳奥氏体钢，转变诱发塑性(TRIP)是已知的效应。例如，通过从软奥氏体向硬马氏体的应变诱发的转变阻碍了在拉伸测试试样中的局部颈缩，将变形传递到试样的另一个位置，且产生了更高的均匀的变形。如果正确设计奥氏体钢，也可将TRIP用于铁素体-奥氏体（双相）钢。用于设计某些TRIP效应的奥氏体相的传统方式是使用用于奥氏体稳定性（基于其化学组成）的已确立的或经修正的经验表达式，其中之一是M_d30温度。M_d30温度定义为在0.3的真应变时产生50%的奥氏体到马氏体的转变的温度。但是，该经验表达式采用奥氏体钢而确立，且将它们施加于双相不锈钢有风险。

因为奥氏体相的组成取决于钢的化学组成和热处理历程，因此设计双相钢的奥氏体稳定性是更加复杂的。而且，相的形态和尺寸影响转变行为。美国专利6.096.441已使用用于块体组合物的表达且要求保护需要用来获得所需效应的某些范围的(40-115)。但是，该信息仅对用于在该特定的研究中钢所使用的热历程有效，因为奥氏体组成将随着退火温度而变化。在美国专利申请2007/0163679中，测量了该奥氏体的组成且将用于该奥氏体相的Md通式指定为-30至90的范围，以显示钢的所需性能。