具有反常相比例變化的雙相不鏽鋼及其製備方法

2023-05-16 04:53:21

專利名稱：具有反常相比例變化的雙相不鏽鋼及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有反常相比例變化的經濟型高性能雙相不鏽鋼及其製備方法，屬鋼鐵合金材料技術領域。
背景技術：
隨著我國國民經濟持續快速發展和人民生活水平的提高，不鏽鋼的表觀消費量急劇增長。不鏽鋼的主要合金成分是鎳、鉻和鑰等，其中鎳和鑰為較昂貴的金屬，LME-Ni和60鑰鐵每噸價格(含稅)基本都在十幾萬以上波動，高位達40餘萬每噸。我國是一個缺鎳、少鑰、貧鉻且不鏽鋼廢鋼資源匱乏的國家，不鏽鋼產量的快速提升，原料如鎳、鉻和鑰資源的供給已成為突出的問題。尤其自2004年以來，由於不鏽鋼價格受鎳價和鑰價等的持續高走和波動，已對不鏽鋼生產企業和市場產生了巨大的衝擊，為了降低成本和減少原材料價格波動對不鏽鋼市場的影響，迫使不鏽鋼生產企業和下遊用戶轉向含鎳鑰低或不含鎳鑰的經濟型雙相不鏽鋼或鐵素體不鏽鋼新產品研發和生產。雙相不鏽鋼是由奧氏體和鐵素體組成，為了降低成本，降低鋼中鎳的含量，可採用添加氮等合金元素。隨著AOD、VOD精煉工藝的發展，尤其是AOD爐中能夠控制氮的加入，也促進了含氮雙相不鏽鋼的開發，如2205鋼其氮含量在O. 15%左右。氮的加入不僅提高了鋼的耐局部腐蝕性能，而且解決了不鏽鋼的焊接問題，使雙相不鏽鋼成為一種可焊接的結構材料，大大拓展了雙相不鏽鋼的應用範圍。因此，近年來經濟型雙相不鏽鋼得到了較快的發展，本發明正是在這樣背景下，經過科研人員的設計和反覆試驗，發明了一種具有反常相比例變化的經濟型高性能雙相不鏽鋼。

發明內容
本發明的目的在於提供一種低成本且具有反常相比例變化的經濟型高性能雙相不鏽鋼合金材料。本發明的含釩經濟型高性能雙相不鏽鋼合金材料，其特徵在於具有如下的成分及質量百分比
O< C ≤ O. 06%, O. 1% ≤ Si ≤1. 5%, Mn (1. 0%, Cu (1. 0%, P ≤ O. 03%, S ≤ O. 03%,Cr 18. 5-22. 5%, Ni 1. 8-3. 5%, V 0. 05-0. 8%, N 0. 1-0. 25%, Ce 或 Y 0. 01-0. 3%，餘量為 Fe
和不可避免的雜質。本發明含釩反常相比例變化經濟型高性能雙相不鏽鋼合金材料的製備方法，其特徵在於採用傳統常規的熔煉工藝方法，在澆鑄前直接將稀土中間合金投入，中間合金由鐵和稀土金屬組成，選用Fe-Ce或Fe-Y中間合金；兩者的組成分別為Fe_Ce中間合金中Ce的質量百分含量為23. 5% ；Fe-Y中間合金中Y的質量百分含量為15% ;經綜合配料熔制後，澆注成型，最終製得含釩經濟型雙相不鏽鋼合金材料。該成分範圍內的鋼在850 1250°C範圍均為雙相區，奧氏體含量約在30 70%變化，經一定固溶處理，室溫的拉伸斷裂強度在750 1200Mpa範圍，屈服強度在400 700Mpa範圍，斷裂延伸率在25 75%範圍。本發明的機理如下所述釩元素作為強氮化物形成元素，在低溫固溶處理條件下以釩的氮化物形式存在，隨著固溶處理溫度的提高，氮化釩逐步分解，氮是強奧氏體形成元素，而釩和矽是鐵素體形成元素，分解後氮進入奧氏體相，釩進入鐵素體相，通過調整釩和矽的含量，使得氮增強奧氏體形成能力與釩矽形成鐵素體的能力相當，或使得氮增強奧氏體形成能力強於釩矽形成鐵素體的能力，從而形成了隨固溶溫度的升高，奧氏體和鐵素體含量恆定不變，或奧氏體含量逐步增加而鐵素體含量卻逐步下降的反常現象(見圖1)，這與目前普通雙相不鏽鋼隨固溶溫度升高鐵素體含量增加完全不同。這使得在熱加工區間，新發明的雙相不鏽鋼能保持相比例恆定或奧氏體含量在高溫下增加，與目前普通雙相不鏽鋼的熱加工性屬性不同，這正好彌補了目前普通雙相不鏽鋼熱加工困難的不足，新發明的雙相不鏽鋼有很好的熱加工性。


圖1為實施例3的鐵素體含量隨固溶溫度的變化曲線。
具體實施方式

現將本發明的具體實施例敘述於後。實施例1
本實施例中，採用雙相不鏽鋼的成分及質量百分比如下
Cr20.9%
Ni2. 5%
VO. 57%
Cu0.6%
NO. 23%
Mn0.8%
C0.018%
稀土 CeO. 10%
Si0.6%
S0.005%
P0.011%
Fe餘量
採用傳統常規的熔煉工藝方法，在澆鑄前將稀土中間合金直接投入，經綜合計量計算和配料熔制後，澆注成型，最終製得含釩經濟型雙相不鏽鋼合金材料。鑄態經熱鍛和固溶處理後，其室溫屈服強度大於450MPa，拉伸斷裂強度大於lOOOMPa，斷裂延伸率大於25%。實施例2
本實施例中，採用雙相不鏽鋼的成分及重量百分比如下
Cr20.1%
Ni2.0%
VO. 35%
CuO.51%
NO. 21%Mn0.6%
C0.025%
稀土 CeO. 10%
SiO. 30%
S0.016%
P0.010%
Fe餘量
採用傳統常規的熔煉工藝方法，在澆鑄前將稀土中間合金直接投入，經綜合計量計算和配料熔制後，澆注成型，最終製得含釩經濟型雙相不鏽鋼合金材料。鑄態經熱鍛和固溶處理後，其室溫屈服強度大於450MPa，拉伸斷裂強度大於950MPa，斷裂延伸率大於30%。實施例3
本實施例中，採用雙相不鏽鋼的成分及重量百分比如下
Cr22. 2%
Ni3.0%
VO. 22%
CuO. 7%
NO. 17%
Mn0.4%
C0.027%
稀土 CeO. 10%
SiO. 50%
S0.004%
P0.010%
Fe餘量
採用傳統常規的熔煉工藝方法，在澆鑄前將稀土中間合金直接投入，經綜合計量計算和配料熔制後，澆注成型，最終製得含釩經濟型雙相不鏽鋼合金材料。鑄態經熱鍛和固溶處理後，其鐵素體含量隨固溶溫度變化曲線如圖1，該材料的室溫屈服強度大於500MPa，拉伸斷裂強度大於900MPa，斷裂延伸率大於30 %。該類具有反常相比例的雙相不鏽鋼材料具有優異的熱加工性，同時其抗蝕能力與奧氏體304系列大致相當，而力學性能遠高於奧氏體304，可以用作汽車、一般器械工程等方面，是替換奧氏體304系列的最佳候選材料,而其原材料成本只有奧氏體304的近一半，因此可以大幅度降低原材料成本和減少材料用量，對可持續發展資源節約型社會具有重要意義。另外，該材料在900 1300°C內具有較好的熱加工性，同時具有優異的冷加工性能。
權利要求
1.一種具有反常相比例變化的雙相不鏽鋼，其特徵在於具有如下的成分及質量百分比C ( O. 06%, O. 1% 彡 Si 彡1. 5%, Mn (1. 0%, Cu (1. 0%, P 彡 O. 03%, S 彡 O. 03%, Cr 18. 5-22. 5%, Ni 1. 8-3. 5%, V 0. 05-0. 8%, N 0. 1-0. 25%, Ce 或 Y 0. 01-0. 3%，餘量為 Fe 和不可避免的雜質。
2.一種具有反常相比例變化的雙相不鏽鋼的製備方法，其特徵在於採用常規的熔煉工藝方法，在澆鑄前直接將稀土中間合金投入，稀土中間合金選用Fe-Ce或Fe-Y中間合金；兩者的組成分別為=Fe-Ce中間合金中Ce的質量百分含量為23. 5%，Fe-Y中間合金中Y的質量百分含量為15% ;經配料熔制後，澆注成型，再經熱鍛、固溶處理， 最終製得雙相鋼中鐵素體含量隨固溶溫度升高而呈恆定不變或呈下降趨勢的反常相比例變化的雙相不鏽鋼。
全文摘要
本發明涉及一種具有反常相比例變化的雙相不鏽鋼合金材料及其製備方法，屬於鋼鐵合金材料技術領域。該含釩含氮雙相不鏽鋼的成分及質量百分比0＜C≤0.06，Mn≤1.0，Cu≤1.0，0.1≤Si≤1.5，P≤0.03，S≤0.03，Cr18.5-22.5，Ni1.8-3.5，V0.05-0.8，N0.1-0.25，Ce或Y0.01-0.3，餘量為Fe和不可避免的雜質。採用傳統常規的熔煉工藝方法，經綜合配料熔制，在澆鑄前將稀土中間合金直接投入，澆注成型。經熱鍛、固溶時處理，最終製得隨著固溶溫度的提高，雙相不鏽鋼材料中鐵素體含量呈恆定不變或呈下降趨勢的具有反常相比例變化的經濟型高性能雙相不鏽鋼，該雙相不鏽鋼低成本且具有良好的力學和腐蝕性能。
文檔編號C22C38/46GK102994903SQ201210523909
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者肖學山, 冉慶選, 劉樂, 柳剛, 李鈞, 林根文, 餘海峰, 江來珠 申請人:上海大學