一種高性能雙相不鏽鋼及其加工方法
2023-07-21 00:27:01
專利名稱：一種高性能雙相不鏽鋼及其加工方法
技術領域：
本發明涉及一種高性能雙相不鏽鋼，本發明還涉及一種高性能雙相不鏽鋼的加工方法，屬於冶金領域。
背景技術：
雙相不鏽鋼具有優良的機械性能和耐腐蝕性能，可廣泛應用在石油、化工、建築等行業，但雙相不鏽鋼組織是由奧氏體和鐵素體構成，由於奧氏體和鐵素體組織成分、強度、延伸率各有不同，熱加工變形時容易在相界處產生應力集中，導致邊部或表面產生裂紋，嚴重影響了其板面質量及成材率，限制了其廣泛推廣應用。雙相不鏽鋼邊部的表面質量與主要成分、鉻鎳當量比、微合金元素、雜質元素磷、硫、氧的含量、熱加工工藝有關。
如CN 102102166 A的中國發明專利說明書中公開了一種強耐腐蝕雙相不鏽鋼其組成成分及各成分重量百分比(Wt% )如下
C :彡 O. 03 ；Si 0. 4 O. 7 ；Mn :1. 4 1. 7 ;P :彡 O. 03 ；S :彡 O. 001 ；Cr :22. 3 22. 7 ;Ni 5. 6 5. 9 ；Mo :3. O 3. 2 ;Cu :彡 O. 5 ;A1 :彡 O. 15 ；B :0. 0028 O. 0043 ；N :0. 145 O. 175 ；Ti O. 005 ；Pb ■.( O. 99 ;餘量為Fe。該強耐腐蝕雙相不鏽鋼雖然耐腐蝕性強，但是由於其中沒有加入B元素，使得熱加工性能，耐晶間腐蝕性能差；其中也沒有加入REM，使得熱加工塑性能差。該專利說明書中還公開了了一種強耐腐蝕雙相不鏽鋼生產工藝1705±20°C的高溫鋼水中，吹入02和氮氣，通過氧化還原反應原理降低成分中C含量，同時，加入Mo、Mn、Cr、V、Nb、Ti等元素，以提高成分中的N含量；軋制階段，加熱爐溫度控制在1320 1350°C範圍，在軋制過程中，避免打開高壓水除磷系統；退火溫度一般控制在1100 1150°C;酸洗工藝採用H2S04 :220 240g/L, NaCl :30 38g/L，添加劑10 14g/L，在60°C平均酸洗55 60min。但是由於該生產工藝沒有控制鉻鎳當量比，加強了其中兩相之間的的強度差異，降低了整體性能。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中存在的上述不足，而提供一種熱加工性能和耐晶間腐蝕性能都非常優良的高性能雙相不鏽鋼。本發明還提供了一種能有效控制鉻鎳當量比的高性能雙相不鏽鋼的加工方法。本發明解決上述問題所採用的技術方案是該高性能雙相不鏽鋼的加工方法，其特徵在於包括以下步驟
1)在電爐中母液成分控制在C >1. 0%，Si < O. 5%，Cr :1_15%，N1:8. 2-9. 0% ；P< O. 02%,出鋼溫度控制在1580-1630°C ；
2)將電爐中的母液轉移入AOD爐內吹氧脫碳、吹氮及成分調整；再在鋼包精煉爐中精煉及微合金加入成分最終調整，調整後鉻鎳當量比> 2. 55。本發明還包括以下步驟3)依次進行連鑄、板坯修磨、加熱、軋制和卷取。
本發明所述步驟3)中加熱的溫度為1240-1280°C，且在加熱後保溫45-55min。本發明所述步驟3)軋制包括粗軋和精軋，所述粗軋7-13道次，厚度軋制至30mm，軋制溫度在950-1280°C，每次粗軋的相對壓下率控制在8-25%，其中初軋相對壓下率小於10%，軋制速度控制在3-12m/s ;所述精軋的次數為5-11次，每次軋制相對壓下率控制10-25%，軋制速度控制在2-12m/s，終軋溫度彡950°C，卷取溫度彡800°C。本發明所述步驟3)卷取的溫度彡SOO0C。本發明所述粗軋的軋制溫度為1100-1220°c。本發明還提供了一種高性能雙相不鏽鋼，其特徵在於包括下述質量百分比的組分
Cr :21-23% ；N1:5-5. 6% ；C 彡 O. 03% ；S1:0. 45-0. 6% ；Mn :1. 1-1. 5% ；N :0. 14-0. 18% ；Cu ^ 0. 5% ；0 ^ 0. 005% ；P ^ 0. 02% ；S ^ 0. 001% ；Ca :0. 005-0. 05% ；B :0. 005-0. 03% ；REM 0. 01-0. 1% ;餘量為鐵。本發明所述Cr含量為22%_23%。本發明所述C含量彡O. 02%。本發明所述O含量彡O. 003%。本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果
Cr鐵素體形成元素，能改善材料的耐腐蝕性，提高合金的強度，適當控制Cr元素的含量有利於控制鉻鎳當量比，進而有利於控制該雙相不鏽鋼的熱加工塑性。Ni是奧氏體形成元素。C是奧氏體形成元素，一定程度上代替鎳，促進奧氏體並穩定奧氏體，當碳含量過高時，以和鉻生成碳化鉻，不鏽鋼的耐腐蝕性和韌性惡化，為了確保不鏽鋼的耐腐蝕性。Si是鐵素體形成元素並起到穩定鐵素體的作用，也起到脫氧添加劑，改善焊接流動性，矽含量過高時有增加中間相析出的趨勢和降低N濃度。Mn是奧氏體形成元素和穩定奧氏體的作用，在一定程度上可以取代鎳，獲得奧氏體組織，同時提高氮固溶度，進而提高氮的含量，過高的錳對材料的耐腐蝕形不利，且促進金屬相的形成，影響衝擊韌性和耐腐蝕性能。N是穩定的奧氏體元素，改善鋼的耐腐蝕性，改善鋼的強度。改善材料的焊接性能，但過高氮含量降低材料的熱加工塑性，過低的氮含量又會降低鉻、鑰的含量，對材料的耐腐蝕性能不利。Cu是弱奧氏體穩定元素，提高材料的耐腐蝕性，提高耐大氣腐蝕性，具有40%鎳奧 氏體作用，提高材料的冷加工性，改善在硫酸中的腐蝕性能，高於O. 5%時，易產生脆性相ε相，對熱加工不利。O是有害元素，是構成非金屬氧化物夾雜的代表元素，過多的氧含量對雙相鋼的韌性不利，另外生成粗大的簇狀氧化物時，就成為表面缺陷的原因。P是有害元素，偏析在晶界或相界中，對材料的耐腐蝕性和熱加工性能不利。S是有害元素，易和錳形成硫化錳降低材料的熱加工性，和鈣形成鈣硫化物，對抗腐蝕性能有害。Ca可以改善鋼的機加性能和改善氧化物夾雜的性質，過多容易和硫形成鈣硫化物，對材料的耐腐蝕性不利。
B是半徑較小的間隙性原子，易在相界和晶界偏聚，細化晶粒，改善材料的熱加工性能，提高材料的耐晶間腐蝕性能，一般控制在O. 0005、. 003%之間，高於O. 003%時，在連鑄和焊接時有開裂的風險，過多的硼易在晶界處形成熔點低的BN，對材料熱加工性能反而不利，一般B含量小於等於O. 003%。REM (鋪/鑭)稀土元素主要起到淨化鋼液、淨化晶界、改性雜質、改善雜質的分布、提高晶界能、細化組織、提高雙相不鏽鋼的熱加工塑性的作用。稀土與氧、硫的親合力高，主要和O及S形成了 Ce203，CeS及LaS等物質，和鋁的氧化物進行複合成沒有尖角的硬質夾雜物，鋼中長條狀MnS夾雜變短、數量變少，同時稀土有淨化晶界、提高晶界能及減少磷的區域偏析作用，使磷不再集中於晶界進而提高雙相不鏽鋼的熱加工塑性及改善雙相不鏽鋼的邊部和表面質量的作用。但過多的稀土添加在澆注時會形成氧化物結瘤，惡化生產性能，同時和硫化物形成的夾雜比重大，不易於上浮，一般和鈣複合使用。本發明中REM代表鈰和/或鑭。 通過添加鈣、硼、和稀土 (鋪/鑭)元素來提高雙相不鏽鋼的熱加工塑性，這些元素主要起到淨化鋼液、淨化晶界、改性雜質、改善雜質的分布、提高晶界能、細化組織等作用。鈣或稀土與氧、硫的親合力高，主要和O及S形成了 CaO和Ce203，CaS ,CeS及LaS等物質，和鋁的氧化物進行複合成沒有尖角的硬質夾雜物，鋼中長條狀MnS夾雜變短、數量變少，同時發現稀土 (鈰/鑭)有淨化晶界、提高晶界能及減少磷的區域偏析作用，使磷不再集中於晶界。而添加硼元素可以細化雙相不鏽鋼的組織，提高晶界能進而來提高其熱加工性能。當該雙相不鏽鋼成分及組織確定後，軋制溫度、壓下率及軋制速度是影響雙相不鎊鋼的熱加工性能的關鍵因素。隨著乳制溫度的提聞，鐵素體含量也升聞，利於雙相不鎊鋼在單相區加工，同時當熱加工溫度過高時雙相不鏽鋼熱加工塑性反而降低，這是因為當溫度達到一定高度時組織急劇長大、出現過燒現象，嚴重影響該雙相不鏽鋼的熱加工塑性，隨著溫度的升高大量的氮元素集中在奧氏體相中，導致兩相強度差急劇增大也是導致高溫時塑性變差的原因之一，當然如果熱加工溫度低於950°C時有σ相析出的危險，σ相是一種脆性相，對該雙相不鏽鋼的熱加工塑性不利，所以該雙相不鏽鋼熱加工區間溫度一般選在950-1280°C進行較為合適。為防止軋制時邊部和表面溫降太快，造成其邊部及表面熱加工塑性差於心部的熱加工塑性對邊部和表面產生裂紋的不利影響，軋制時儘量應採用快速軋制，粗軋軋制速度3-12m/s，精軋軋制速度2-12m/s。由於該雙相不鏽鋼顯微組織是由奧氏體和鐵素體構成的，其兩相組織、成分、強度、延伸率的不同，熱加工變形時容易在相界處產生應力集中，導致邊部或表面產生裂紋，所以該雙相不鏽鋼宜採用下壓下率多道次軋制工藝，對厚度160-220mm鑄坯來說粗軋一般軋7-13道次到30mm左右，初軋相對壓下率< 10%，精軋控制在5-11道次軋制到成品厚度。適當控制鉻鎳當量比有利於高溫鐵素體的形成，使儘量在單相區中熱加工，有利提高雙相不鏽鋼的高溫塑性。提高鉻鎳當量比可以適當調整鐵素體形成元素及奧氏體形成元素的比例，在奧氏體形成元素中控制氮元素的含量對提高鉻鎳當量比最為明顯，因氮元素形成奧氏體的能力大約是鎳元素的30倍。同時氮以間隙固溶體方式主要存在奧氏體相中，隨著氮含量的提高，奧氏體相含量也在增加，兩相間的強度差也有增大趨勢，使應變更加容易在鐵素體相產生，減小了奧氏體相的應變分布，導致熱塑性的下降，熱加工時，隨著溫度的升高，雙相不鏽鋼中奧氏體也在逐漸轉變成鐵素體，同時奧氏體中的氮含量也在急劇增加，更加導致了兩相強度之間的差異，所以當熱加工超過一定溫度後，控制鉻鎳當量比彡2. 55，氮含量彡O. 18%左右時利於該雙相不鏽鋼板卷的生產。本發明中所述的鉻鎳當量比的計算公式為
Creq/Nieq ^ 2. 2 ；
其中 Creq 為 Cr 當量，Creq=%Cr+%Mo+l. 5*%Si+0. 73%ff+0. 5%Nb ；
其中 Nieq 為 Ni 當量，Nieq=%Ni+30*%C+0. 5*%Μη+0· 33*%Cu+30 (%Ν_0· 045)；
以上公式中，％Cr、％Mo、％S1、％W、%Nb分別表示Cr、Mo、S1、W、Nb的重量百分含量的數值；%N1、％C、％Mn、％ Cu、%N分別表示N1、C、Mn、Cu、N的重量百分含量的數值。
圖1是實施例1中高性能雙相不鏽鋼的加工方法所生產的不鏽鋼。圖2是實施例1中高性能雙相不鏽鋼的加工方法所生產的不鏽鋼顯微檢測。圖3是實施例1中高性能雙相不鏽鋼的加工方法所生產的不鏽鋼酸洗後板面質量。圖4是實施例2中高性能雙相不鏽鋼的加工方法所生產的不鏽鋼。圖5是實施例2中高性能雙相不鏽鋼的加工方法所生產的不鏽鋼顯微檢測。圖6是實施例2中高性能雙相不鏽鋼的加工方法所生產的不鏽鋼酸洗後板面質量。
具體實施例方式下面結合附圖並通過實施例對本發明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發明的解釋而本發明並不局限於以下實施例。實施例1。本實施例的高性能雙相不鏽鋼的加工方法，其特徵在於包括以下步驟。I)在 Consteel 電爐中母液成分控制在 C1. 39%, Si O. 04%, Cr1. 25%, Ni 6. 42%,P O. 015%，出鋼溫度控制在1580-1630°C ；
2)將電爐中的母液轉移入AOD爐內吹氧脫碳、吹氮及成分調整；再在鋼包精煉爐中精煉及微合金加入成分最終調整為
C 0. 02% ；Cr 22. 6% ；S1:0. 55 ；N1:5. 3% ；Mn :1. 35% ；Mo :3. 2% ；N :0. 16% ；P :0. 018% ；0 0. 0035% ；S 0. 0075% ；A1 :0. 003% ；Ca :0. 015% ；B :0. 018% ；REM :0. 015%。鉻鎳當量比為
2.64。3)依次進行連鑄、板坯修磨、加熱、軋制和卷取。連鑄連鑄速度為1. lm/min，鑄坯厚度為198mm，鑄坯保溫溫度為1260°C、板坯上下板面溫差為-10°c。板還修磨然後進行板還修磨。加熱板坯修磨後加熱至1260°C，保溫45min。軋制粗軋7道次，軋制溫度在1100°C，初軋相對壓下率小於10%、軋制的最大相對壓下率在20%，軋制速度控制在3-12m/s，粗軋終軋厚度在30mm。精軋軋制7道次，相對壓下率控制13-25%，軋制速度控制在2_12m/s，軋制厚度為10_，終軋溫度在960°C。軋製成品無裂邊現象，板面質量好，通過檢測未發現有明顯析出相。卷取卷取溫度在650°C。本實施例可以使用不鏽鋼廢料、優質廢鋼、鎳鐵、鉻鐵合金作為原料。圖1顯示的是該雙相不鏽鋼成品卷，可以看出邊部無裂邊現象。圖2顯示的是該雙相不鏽鋼顯微檢測，灰色為鐵素體組織，亮白色為奧氏體組織，可以看出相界光滑，無明顯析出相。圖3顯示的該雙相不鏽鋼酸洗後板面質量情況，可以看出板面質量良好。實施例2。 I)在 Consteel 電爐母液成分控制在 C 1. 65%、Si 0. 03%、P 0. 013%、Cr 1. 56%、N1:6. 35%，出鋼溫度控制在1580-1630°C ；
2)將電爐中的母液轉移入AOD爐內吹氧脫碳、吹氮及成分調整；再在鋼包精煉爐中精煉及微合金加入成分最終調整為
C 0. 015%、Cr 22. 5%、Si 0. 50、Ni 5. 2%、Mn 1. 30%、Mo 3. 15%、N 0. 17%、P 0. 017%、
O0. 0030%,S 0. 008%,Al 0. 004%、Ca 0. 02%,B 0. 015%, REM 0. 013%，鉻鎳當量比為 2. 63。LF爐弱吹時間為30min。3)依次進行連鑄、板坯修磨、加熱、軋制和卷取。連鑄連鑄速度為1. Om/min、鑄坯厚度為200mm。鑄坯保溫溫度為1270°C、板坯上下板面溫差為15°C。板還修磨然後進行板還修磨。加熱板坯修磨後加熱至1260°C，保溫50min。軋制
粗軋7道次，厚度軋制至30mm左右，軋制溫度在1100°C，初軋相對壓下率小於10%，每次軋制的最大相對壓下率在20%，軋制厚度為4. 95mm，，軋制速度控制在3-12m/s。精軋軋制7道次，相對壓下率控制10-25%，軋制速度控制在2_12m/s，終軋溫度在960°C。軋製成品無裂邊現象，板面質量好，通過檢測未發現有明顯析出相。軋製成品無裂邊現象，板面質量好，通過檢測未發現有明顯析出相。卷取卷取溫度在650°C。圖4顯示的是該雙相不鏽鋼成品卷，可以看出邊部無裂邊現象。圖5顯示的是該雙相不鏽鋼顯微檢測，灰色為鐵素體組織，亮白色為奧氏體組織，可以看出相界光滑，無明顯析出相。圖6顯示的該雙相不鏽鋼酸洗後板面質量情況，可以看出板面質量良好。實施例3。本實施例中，高性能雙相不鏽鋼包括下述質量百分比的組分
Cr 21% ；Ni 5% ；C :0. 03% ；S1:0. 45% ；Mn :1. 1% ；N :0. 14% ；Cu :0. 5% ；0 :0. 005% ；P 0. 02% ；S 0. 001% ；Ca :0. 005% ；B :0. 005% ；REM :0. 01% ;餘量為鐵。實施例4。本實施例中，高性能雙相不鏽鋼包括下述質量百分比的組分
Cr 23% ；N1:5. 6% ；C :0. 01% ；S1:0. 6% ；Mn :1. 5% ；N 0. 18% ；Cu :0. 3% ；0 :0. 003% ；P
0.01% ；S 0. 0005% ；Ca :0. 05% ；B :0. 03% ；REM :0. 1% ;餘量為鐵。實施例5。
本實施例中，高性能雙相不鏽鋼包括下述質量百分比的組分
Cr 22% ；N1:5. 3% ；C :0. 01% ；S1:0. 5% ；Mn :1. 3% ；N 0. 16% ；Cu :0. 3% ；0 :0. 003% ；P
0.01% ；S 0. 0005% ；Ca :0. 03% ；B :0. 01% ；REM :0. 05% ;餘量為鐵。本發明中，相對壓下率是指軋制前的厚度減需軋制的目標厚度之後再除以軋前的厚度。本說明書中所描述的以上內容僅僅是對本發明所作的舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式 替代，只要不偏離本發明說明書的內容或者超越本權利要求書所定義的範圍，均應屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種高性能雙相不鏽鋼的加工方法，其特徵在於包括以下步驟 1)在電爐中母液成分控制在C :>1. 0%, Si < O. 5%，Cr: 1-15%，Ni 8. 2-9. 0%, P 2. 55。
2.根據權利要求1所述的高性能雙相不鏽鋼的加工方法，其特徵在於還包括以下步驟3)依次進行連鑄、板坯修磨、加熱、軋制和卷取。
3.根據權利要求2所述的高性能雙相不鏽鋼的加工方法，其特徵在於所述步驟3)中加熱的溫度為1240-1280°C，且在加熱後保溫45-55min。
4.根據權利要求2所述的高性能雙相不鏽鋼的加工方法，其特徵在於所述步驟3)軋制包括粗軋和精軋，所述粗軋7-13道次，厚度軋制至30mm，軋制溫度在950-1280°C，每次粗軋的相對壓下率控制在8-25%，其中初軋相對壓下率小於10%，軋制速度控制在3-12m/s ;所述精軋的次數為5-11次，每次軋制相對壓下率控制10-25%，軋制速度控制在2-12m/s，終軋溫度≤950°C，卷取溫度≤800°C。
5.據權利要求2所述的高性能雙相不鏽鋼的加工方法，其特徵在於所述步驟3)卷取的溫度≤800°C。
6.根據權利要求4所述的高性能雙相不鏽鋼的加工方法，其特徵在於所述粗軋的軋制溫度為1100-1220°C。
7.根據權利要求1所述高性能雙相不鏽鋼的加工方法所生產的高性能雙相不鏽鋼，其特徵在於包括下述質量百分比的組分 Cr :21-23% ；N1:5-5. 6% ；C ≤ O. 03% ；S1:0. 45-0. 6% ；Mn :1. 1-1. 5% ；N :0. 14-0. 18% ；Cu ^ 0. 5% ；0 ^ 0. 005% ；P ^ 0. 02% ；S ^ 0. 001% ；Ca :0. 005-0. 05% ；B :0. 005-0. 03% ；REM 0. 01-0. 1% ;餘量為鐵。
8.據權利要求7所述的高性能雙相不鏽鋼，其特徵在於所述Cr含量為22%-23%。
9.據權利要求7所述的高性能雙相不鏽鋼，其特徵在於所述C含量<0.02%。
10.據權利要求7所述的高性能雙相不鏽鋼，其特徵在於所述O含量<0.003%。
全文摘要
本發明還涉及一種高性能雙相不鏽鋼的加工方法，它包括以下步驟1)在電爐中母液成分控制在C＞1.0%，Si＜0.5%，Cr1-15%，Ni8.2-9.0%，P＜0.02%，出鋼溫度控制在1580-1630℃；2)將電爐中的母液轉移入AOD爐內吹氧脫碳、吹氮及成分調整；再在鋼包精煉爐中精煉及微合金加入成分最終調整，調整後鉻鎳當量比≥2.55。適當控制鉻鎳當量比有利於高溫鐵素體的形成，使儘量在單相區中熱加工，有利提高雙相不鏽鋼的高溫塑性。
文檔編號C21D8/02GK103014549SQ20121057799
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者申鵬, 顏海濤, 楊振, 李 傑 申請人:振石集團東方特鋼股份有限公司