用在海水應用中的雙相不鏽鋼合金的製作方法
2023-11-01 04:52:57
專利名稱：用在海水應用中的雙相不鏽鋼合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種不鏽鋼合金，更精確的說是一種雙相不鏽鋼合金，它具有鐵素體一奧氏體基體和高耐腐蝕性，同時具有良好的結構穩定性和熱加工性能，特別是這一雙相不鏽鋼中含有40-65％體積百分含量的鐵素體和很好的平衡成分，這就形成了該材料的腐蝕特性，使得其與以前發現的材料相比更加適合應用於含有氯化物的環境中。
背景技術：
在海中開採石油時，要在海底到石油沉積層之間鑽一個洞。在海底裝有一套設備用來控制天然石油的流量並且遠距離傳輸到設備組，設備組用來把天然的石油處理、精煉成有用的成品和半成品。在海底的那臺設備上，在其他東西之間有一閥門組控制著提取、壓力、流速等，並且與可能會向油井中噴射化學物質的管道相連接。通常，甲醇用於噴射來避免在生產管道中天然石油凝結並造成的不必要的停工。
海底設備上的閥門和聯結由海面上或陸地上的平臺、生產船上或另一套設備上的平臺通過液壓和電力所控制。一組臍帶式的管道，即所謂的臍帶管，通過導向設備與海底的設備組相連。臍帶式管道位於海水底部的部分例如，在不同的提取站上的兩個水下設備之間，被稱為靜態臍帶式管道，由於同樣的原因它受到海水運動的影響程度相當小。臍帶式管道位於海底和海水表面之間的部分被稱為動態臍帶式管道，受到水中及表面上運動較大程度的影響。這種運動例如水的流動、波的運動、同時還有平臺及生產船的運動。
對於臍帶式管道最主要的要求就是腐蝕性能和機械性能。管子的材料必須要在海水中抗腐蝕，海水包圍著管子的外表面。這種性能被認為是最重要的，因為海水對不鏽鋼腐蝕衝擊非常嚴重。此外，材料還必須對從石油井中噴射出的可能的腐蝕溶液具有高的抗腐蝕性。材料必須與液壓油相協調而不汙染油。可能的汙染都會對海底控制設備的功能造成非常不利的影響。
所使用管道材料的機械性能對臍帶式管道的應用非常重要。因為管子的深度主要決定於石油的產生場所，臍帶式管道的動態部分通常是很長的因此很重。這一重量必須由操作平臺或漂浮的開採船來負擔。在實際中，有兩種方法來減輕給定結構的臍帶式管道的重量。可以選擇較輕的材料或是一種有著相同的密度卻有更高的伸長屈服極限和最終伸長強度的材料。通過選擇較高強度的材料，具有較薄壁的管道被使用，因此臍帶式管道總的質量就會減少。越深海的提取站，每套設備中臍帶式管道材料的總重量就越重要。
在最近幾年中，當其中使用了抗腐蝕性金屬材料的環境的負擔越來越重的時候，對於材料的腐蝕性能和機械性能的要求也在增加。發展趨勢表明雙相不鏽鋼合金的發明替代使用至今的型鋼，例如以前使用的鐵素體鋼，鎳基合金或其它高合金鋼。
更進一步講，最新臍帶式管道市場的發展暗示了對材料的性能方面的更高要求。至今關於強度和抗腐蝕性能的要求可以由現有的合金來滿足。然而，在將來應用於臍帶式管道的建築材料所提出的新的要求取決於抗腐蝕性能方面的嚴格要求，由於場所被設計建於溫水環境中同時由於解決臍帶式管道過程問題時將有較高的溫度。新的要求有可能還包括合金必須在海水中，當溫度達到70-90℃時能抗裂紋腐蝕。現有的建築材料沒有足夠的抗腐蝕性能來滿足這一要求。這一問題是必須被解決的。然而，至今所有可行的被評價過的合金都有一個弱點。一種合金具有高的抗氯化物腐蝕同時也能滿足其它的要求，例如強度的增加和好的結構的穩定性，在另一方面也意味著有極大的可能能夠滿足臍帶式管道所提出的新的要求。
一種公認的在含氯化物環境中耐腐蝕性的測量方法就是所謂的抗點蝕平衡法(縮寫為PRE)，被定義為PRE＝％Cr+3.3％Mo+16％N其中每種元素百分比數字指重量百分比。
較高的數值表明較好的抗腐蝕性，特別是點蝕。根據公式，主要的影響這一性能的合金元素是Cr、Mo、N。在EP0220141中有這種鋼級的一個例子，通過此參考文獻可以看出它包含在這一描述中。這種鋼級的標號是SAF2507(UNS S32750)，它本身就含有高的Cr、Mo和N合金元素。因此，它向著這一特性發展，總之，在氯化物環境中具有好的抗腐蝕性。最近，Cu元素和W元素已被證明是在氯化物環境中鋼的附加的最優化的抗腐蝕性能的有效的合金添加元素。在那種情況下，元素W被用來替代部分的Mo，例如在工業合金鋼DP3W(UNS S39274)或Zeron100中分別含有2.0％和0.7％的W。後者中還含有0.7％Cu，目的是增加合金在酸性環境中的抗腐蝕性。
鎢的添加導致了抗腐蝕性能測試的更深發展，因此從PRE公式到PREW公式，也說明了Mo和W對合金抗腐蝕性能的作用之間的關係PREW＝％Cr+3.3(％Mo+0.5％W)+16％N正如所描述的，例如，在EP 0 545 753中，與抗腐蝕性能提高的雙相不鏽鋼合金有關。
以上所描述的鋼級都有一個PRE值，與計算方法無關，它高於40而小於43，由於較高的數值意味著合金具有較差的結構穩定性。較高的合金等級，加劇了偏析的風險，因此，雙向鋼中的合金的水平被認為是PRE達到最大值43的限制條件，與計算方法無關。
關於在氯化物環境中具有好的抗腐蝕性能的合金，應該提及SAF2906，它的成分見EP0 708 845。這種合金相比較而言具有較高Cr和N含量的特點，例如SAF 2507，已被證明是特別適合適用於抗晶間腐蝕和氨基甲酸鹽腐蝕很重要的環境，但同時還有高的在氯化物環境中抗腐蝕的性能。
對應於UNS S32750，該合金在氯化物環境中具有抗腐蝕性，但同時具有較高的張緊屈服強度Rp0.2。這使得這一合金在用作臍帶式管道材料與UNS S32750相比時有優勢，因此可以獲得較低重量的臍帶式管道。然而，在與UNS S32750相比時，抗腐蝕性能並沒有提高，這意味著在未來設備中曝露於高溫的臍帶式管道有很多限制性條件。
合金19D(UNS S32001)是一種雙相合金，其特徵在於成分19.5-21.5％Cr，0.05-0.17％N以及最大0.6％的Mo。這種合金的PRE值大約是22，因此這種合金不適合應用於海水應用比如臍帶管。相應的，為了使這一合金獲得足夠的抗腐蝕性能，以在臍帶式管道的外表面鍍鋅的形式作陰極保護措施。如果鍍鋅層被損耗掉或是更大的表面被破壞掉的話，腐蝕保護措施就被毀掉了，就會發生一個快速的腐蝕過程，這意味著昂貴的修補費用和低的使用周期。
以上所描述的都具有高的PRE值的合金，它的問題就是在鋼中出現金屬的硬脆偏析，例如西格馬相，特別是在後期的熱處理過程，例如在後續工作中的焊接過程。在較硬的材料中這一結果具有更壞的加工性能和最終惡化的抗腐蝕性能。
另一組具有好的抗腐蝕性能的合金是奧氏體鋼，它們的PRE值通過添加高的Cr、Mo、N、Ni含量可以達到55。所述合金應該在臍帶式管道中在新的更加惡劣的腐蝕條件下很好的工作。同類合金的不利之處在於它們有明顯低於雙相鋼的張緊屈服點，並且生產費用明顯更加昂貴，最大的原因就在於Ni的含量很高，而Ni是一種昂貴的合金材料。在氯化物環境中具有好的抗腐蝕性的奧氏體的例子有具有PRE值大約是55的UNS S32654，和具有PRE值大約是45的UNSS34565。但是，這些都含有較低的強度和較高的費用為了使其變為臍帶式管道的現實選擇。
為了進一步提高，通過其他方式，雙相不鏽鋼的抗點蝕性能，鐵素體相與奧氏體相中的PRE值都要增加但又不因此危害材料的結構穩定性和加工性能。如果由於含有活性合金添加元素而導致兩相組成不平衡的話，其中的一相就會變得更加容易受到點蝕和裂縫腐蝕。因此，更易受腐蝕相控制著合金的抗腐蝕性能，而結構穩定性由最高的合金相所控制的。
對將會滿足將來臍帶式管道要求的合金的要求的總結見表1，包含了目前市場上所存在的大量可供選擇的合金的實施例。可以清楚地看到所有列舉的合金至少一點不能滿足臍帶式管道的新的苛刻的要求。
表1
發明內容因此，本發明的目標就是提供一種雙相不鏽鋼合金，它具有高的抗腐蝕性結合改進的機械性能，同時具有好的結構穩定性，並且最適合適用於既要求高的抗常規腐蝕又要求高的抗局部腐蝕的環境中，例如含有氯化物的環境中。
本發明的另外一個目標就是提供一種雙相不鏽鋼合金，在6％FeCl3中它的臨界點蝕腐蝕溫度(後面縮寫為CPT)的值高於90℃，最好高於95℃，和臨界裂紋腐蝕溫度(後面縮寫為CCT)的值至少為60℃。
本發明的再一個目標就是提供一種合金，在室溫下具有至少100J的衝擊阻力和至少720N/mm2張緊屈服強度RP0.2和在室溫拉伸測試中的至少25％的延展率。
本發明的這種材料考慮到了高合金含量有非常好的加工性能、特別是熱加工性能。因此，應該非常適合應用於例如製造棒材、管材如焊管和無縫鋼管、焊接材料、結構材料如法蘭和軸。
這些目標都可以通過本發明的雙相不鏽鋼合金來實現，它含有(以重量百分含量計)C 大於0，最大達0.03％Si 最大達0.5％Mn 0-3.0％Cr 24.0-30.0％Ni 4.9-10.0％Mo 3.0-5.0％N 0.28-0.5％B 0-0.0030％S 最大達0.010％Co 0-3.5％W 0-3.0％Cu 0-2.0％
Ru 0-0.3％Al 0-0.03％Ca 0-0.010％平衡鐵和不可避免的夾雜物。
圖1給出了從「綠色之死(green death)」溶液中的改良的美國材料實驗協會(ASTM)G48C測試中實驗錠料的測試得出的與雙相鋼SAF 2507和SAF 2506相比的CPT值。
圖2給出了利用「綠色之死」溶液中的改良的ASTM G48C測試得到的實驗錠料與雙相鋼SAF 2507和SAF 2506相比的CPT值。
圖3給出了在75℃溫度下，2％HCl溶液中的腐蝕平均值，毫米/年。
圖4給出了多數錠料的熱延展性測試的結果。
具體實施例方式
系統的研究工作驚奇的顯示，通過與元素Cr、Mo、Ni、Nm、N和Co的很好的平衡結合，可以得到元素在鐵素體與奧氏體中最適宜的分布，這使得這種抗腐蝕材料中含有數量少的可以忽略的西格馬相。這種材料還可以獲得好的工作性能，可替代無縫鋼管。為了同時獲得高的抗腐蝕性和好的結構穩定性，在材料中只需添加少量的合金元素。因此，發明中的合金含量為(重量百分含量)C 大於0，最大達0.03％Si 最大達0.5％Mn 0-3.0％Cr 24.0-30.0％Ni 4.9-10.0％Mo 3.0-5.0％N 0.28-0.5％B 0-0.0030％
S 最大達0.010％Co 0-3.5％W 0-3.0％Cu 0-2.0％Ru 0-0.3％Al 0-0.03％Ca 0-0.010％平衡鐵以及通常出現的雜質和添加物，鐵素體體積百分含量為40-65％。
以下是對加入合金元素的影響的描述碳(C)在鐵素體與奧氏體中的溶解度有限。有限的溶解度意味著碳化鉻有發生偏析的危險，因此碳的含量不應該超過0.03重量％，最好不超過0.02重量％。
矽(Si)是煉鋼過程中的脫氧劑，並增加生產和焊接中的流動性。但是，過高的矽含量會導致不良的金屬間偏析相，因此含量應該限制在最大為0.5重量％，最好不超過0.3重量％。
錳(Mn)的加入是為了提高材料中N的溶解性。然而已被證明，錳對氮在現有合金類型中溶解度的影響非常有限。相反，存在著其它的元素對於其溶解度有較大的影響。並且錳與含量較高的硫結合生成硫化錳，硫化錳引發點蝕。因此，錳的含量應該限制在0-3.0％重量百分含量之間，最好在0.5-1.2％重量百分含量。
鉻(Cr)是一種為了提高抗大多數類型的腐蝕的非常活潑的元素。並且高的鉻含量還意味著可以獲得材料中非常好的N溶解性。因此為了提高抗腐蝕性能儘可能的提高鉻的含量是必要的。為了獲得好的抗腐蝕性能，鉻應該至少在24.0％重量百分含量，最好在27.0-29.0％重量百分含量。但是高的鉻含量又會增加金屬間偏析的危險，因此鉻含量應該控制在最大為30.0％。
鎳(Ni)被用作奧氏體穩定化元素，適當的加鎳可以獲得所需的鐵素體含量。為了獲得所需的鐵素體與奧氏體相之間鐵素體相佔體積的40-65％的關係，添加4.9-10.0％重量百分含量的鎳是必須，最好是4.9-9.0％重量百分含量，特別是重量的6.0-9.0％。
鉬(Mo)是一種非常活潑的元素，增加了材料在氯化物環境特別是還原酸性條件下的抗腐蝕性能。太高的鉬含量結合高的鉻含量意味著金屬間偏析的危險增加。本發明中的鉬重量百分含量應該在3.0-5.0％的區間，最好在3.6-4.9％重量百分含量，特別在4.4-4.9％重量百分含量。
氮(N)是一種非常活潑的元素增加了材料的抗腐蝕性能，結構的穩定性和強度。並且高的氮含量促使焊接之後奧氏體的改良，這使得焊接點具有很好的性能。為了從氮那裡獲得有益的作用，應該至少添加0.28％重量百分含量的氮。氮的含量高，氮化鉻發生偏析的風險增加，特別是在鉻的含量也很高時。並且，高的氮含量還意味著當氮在材料中N的超過溶解度時多孔性的風險增大。基於此，氮的含量應該控制在最大重量百分含量不超過0.5％，最好N的加入量在0.35-0.45％重量百分含量。
太高的氮和鉻含量導致Cr2N偏析，這是應該被避免的，因為它會惡化材料的性能，特別是在熱處理時，例如焊接。
硼(B)的添加是為了提高材料的熱加工性能。硼含量太高以至於破壞焊接性和抗腐蝕性。因此硼的含量應該大於0而小於0.0030％重量百分含量。
硫(S)通過形成易溶的硫化物消極的影響抗腐蝕性。並且破壞熱加工性能，因此硫含量應該控制在最高不超過0.010％重量百分含量。
鈷(Co)的添加最是為了提高結構穩定性和抗腐蝕性。鈷是一種奧氏體穩定元素。為了起到作用，至少添加0.5％重量百分含量，最好是1.0％重量百分含量。由於鈷是相對較貴的元素，因此鈷的添加量最多不超過3.5％重量百分含量。
鎢(W)增加了抗點蝕和裂縫腐蝕。但是添加太高的鎢結合高的鉻和鉬意味著金屬間偏析的風險增加。在本發明中鎢的含量應該在0-3.0％重量百分含量的範圍，最好在0-1.8％重量百分含量之間。
銅(Cu)是為了提高在酸性環境例如硫酸環境的抗腐蝕性而被添加。銅也影響結構穩定性。但是高的含銅量意味著固體溶解物過多。因此銅的含量控制在最大2.0％重量百分含量，最好在0.1-1.5％重量百分含量之間。
釕(Ru)的添加是為了提高抗腐蝕性。釕是一種非常昂貴的元素，因此釕的重量百分含量最高控制在0.3％重量百分含量，最好大於0小於等於0.1％重量百分含量。
鋁(Al)和鈣(Ca)在鋼生產過程中被用作脫氧劑。為了限制氮化物的形成鋁的含量應控制在最高0.03％重量百分含量。鈣有利於熱延展性，但為了減少不必要的渣的數量，鈣的含量應控制在0.010％重量百分含量。
為了獲得好的機械性能、抗腐蝕性能和好的焊接性能，鐵素體的含量是重要的。從腐蝕和焊接性能的角度來看，為了獲得好的性能，鐵素體的含量應該在40-65％。並且，高的鐵素體含量意味著低溫抗衝擊性和抗氫致裂紋發生的風險增加。因此，鐵素體體積百分含量為40-65％，最好在42-60％體積百分含量，特別是在45-55％體積百分含量。
在下面的例子中，給出了大量實驗錠料的成分，舉例說明了不同添加的合金元素對性能的影響。錠料605182給出了參考成分，相應的也就不包含在這一發明的範圍中。任何其他錠料都不應該被認為是限制這一發明的，而只是說明根據權利要求的的本發明的錠料的例子。
給定的PRE值總是與由PREW公式所得計算值有關，即使沒有明確的聲明。
實施例1本實施例中的實驗錠料是通過實驗室中的170kg的鑄件熱鍛造成棒材來製造的。相同的是熱擠壓成棒型(棒材和扁條鋼)，實驗材料取樣於棒材。並且扁條鋼在進行冷軋之前先進行退火，然後取另一塊測試材料試樣。從材料學的角度看，這一過程被認為是大規模生產的典型代表，例如，在冷軋之前先進行擠壓的方法來生產無縫鋼管。表2給出了第一爐中實驗錠料的組成。
表2
為了測驗結構穩定性，將從每種錠料上取下的試樣在900-1150℃進行退火，溫度幅度50℃，然後分別在空氣和水中進行淬火。在最低溫度處形成金屬相，此時金屬相的數量非常少，由在光學顯微鏡下的觀察所得。對從各錠料上取下來的新的試樣在所述溫度進行退火5分鐘，然後試樣以不變的冷卻速度-140℃/min冷卻到室溫。材料中的西格馬相區域由掃描電鏡所記錄的數字和圖像所決定。結果見表3。
Tmaxσ在所有規定元素有不同變量時的定向值的基礎上通過Thermo-Calc(T-C方案N TCFE99鋼的熱力學的資料庫)計算所得出來的。Tmaxσ是西格馬相的決定性溫度，決定性溫度越高，結構的穩定性就越低。
表3
實驗的目的就是將材料按照結構穩定性順序排列，即這不是測驗樣品在熱處理和淬火前，比如腐蝕測驗的中，西格馬相的實際含量。顯然，用熱力學微積分計算的Tmaxσ，並不能直接反應西格馬相的測量值，但是在測驗中，所測有最低的計算Tmaxσ值的試樣包含最低量的西格馬相。
所有試樣的點蝕性能按順序在一種叫做「綠色之死」溶液中測得，該溶液組成為1％FeCl3，1％CuCl2，11％H2SO4，1.2％HCl。實驗過程符合ASTM G48C的點蝕測驗，但是在更具有腐蝕性的「綠色之死」溶液中完成的。此外，一些錠料是根據ASTM G48C(2次測驗/錠料)進行測量的。電化學測試在3％NaCl液中(6次測驗/錠料)完成。通過所有實驗所得的結果以臨界腐蝕溫度(CPT)的形式表示見表4，比如總的合金成份以及奧氏體和鐵素體的PREW值(Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N)。指標α與鐵素體相關，指標γ與奧氏體相關。
表4
經過驗證，奧氏體或鐵素體中最低的PRE值和雙相鋼的CPT值存在線性關係，但表4所示結果表明PRE值並不能單獨地解釋CPT值。
通過這些測試材料的結果可以清楚地知道，所有的在改良的ASTM G48C的測驗試樣比SAF2507和SAF2906有較好的CPT值。測驗含有鈷的合金試樣605183，其結果顯示了其在一定的冷卻速率(-140℃/min)下的良好的結構穩定性，儘管它含有較高的鉻和鉬，測驗結果仍好於SAF2507和SAF2906的結果。在本測驗中，可以看到高的PRE值不能單獨地解釋CPT值，但是，奧氏體PRE值與鐵素體PRE值的比例對於高合金雙相鋼的性能具有極端重要性，為了獲得最優比例，最優比例為0.9-1.15，特別是0.9-1.05，同時獲得高於46的PRE值，就要求合金元素間的範圍狹窄且精確。奧氏體PRE值與鐵素體PRE值的比例相對實驗錠料在改良的ASTM G48C中所測的CPT值如表4所示。
已經測得所有試樣在室溫(RT)、100℃、和200℃下的強度值，以及室溫下的衝擊阻力值，而且表明了三種測量值的平均值。
拉伸試樣(DR-5C50)由直徑為20mm的擠壓條製造而成，按照表2所示溫度將擠壓條進行20分鐘熱處理，然後在空氣或者水中(605195，605197，605184)冷卻。測驗結果見表5、表6所示。拉伸強度測驗結果表明鉻、氮、鎢的含量顯著影響了錠料的拉伸強度。除了605153所有的試樣在室溫(RT)下進行拉伸測試均達到了25％的伸長率的要求。
表5
表6
測驗結果清楚地表明，自然地水淬可以獲得最好的結構和相應良好的衝擊阻力值。在室溫下測量的要求值為100J，所有的試樣均達到了要求值，除了605184和605187試樣，而後者的測驗結果已經十分接近要求值了。
惰性氣體下鎢的熔煉測驗(以下簡寫為TIG)的結果如表7所示，試樣605193、605183、605184以及605253在熱影響區(以下簡寫為HAZ)均有一穩定結構。含Ti試樣在HAZ有TiN。
表7
實施例2在以下的實施例中，給出了人為添加了一定數目元素的測驗樣品的組分，目的是尋找最優組分。上述試樣得以改良，基於這些試樣具有良好的結構穩定性，良好的抗腐蝕能力，從實施例1所測結果表明。表8中所有的錠料均由本發明的成分組成，1-8錠料列於穩定性測驗計劃，e-n錠料是在本發明範圍外的合金試樣。
試驗錠料由澆鑄而成的270kg的熱鍛成圓棒的鑄錠製造而成。這些圓棒擠壓成條，作為測驗材料的樣品。然後這些條在條鋼冷軋前進行退火處理，並且將額外的試驗材料製備成樣。表8顯示了上述測驗錠料的成分。
表8
通過微量探測分析檢測了鐵素體和奧氏體中合金元素的分布情況，結果如表9所示。
表9
所有錠料的點蝕性能按順序在一種叫做「綠色之死」溶液(1％FeCl3，1％CuCl2，11％H2SO4，1.2％HCl)中測得。測驗過程與依據ASTM G48C的點蝕測驗相同，但是該試驗是在比6％FeCl3更具有腐蝕性的溶液，所謂的「綠色之死」溶液中完成。同樣，一般的腐蝕測驗是在2％HCl(2種測驗/錠料)中按順序在露點測驗前完成。所有的試驗結果見表10、圖2和圖3。所有的測驗錠料表現好於SAF2507在「綠色之死」溶液中的結果。所有錠料的關於PRE奧氏體與PRE鐵素體的比例在0.9-1.15的確定間隔內，優選地0.9-1.05，同時在奧氏體和鐵素體的PRE高於44，並且對於大部分的錠料也同樣高於44。一些錠料甚至達到了極限總量PRE50。值得注意的是，在「綠色之死」溶液中，儘管605251試樣的含鉻量較低，用1.5％重量百分比的鈷合金化的605251試樣與用0.6％重量百分比的鈷合金化的605250試樣幾乎可以達到平衡。尤其讓人驚奇和注意的是，當試樣605251的PRE值大約為48，其高於今天任何一種工業超複合合金的PRE值的同時，Tmax σ值低於1010℃，基於實施例1在表2所示的數值，表明其具有良好的結構穩定性。
表10中給出了總合金成分的PREW數值(1％Cr+3.3％(Mo+0.5％W)+16％N)以及奧氏體和鐵素體(圓形)的PRE，這些數值都是基於通過微量探測手段分析的相成分而得。鐵素體含量是在1100℃時經過熱處理，然後進行水淬後測量的。
表10
為了更精密的檢查結構穩定性，這些試樣在1080℃，1100℃和1150℃退火處理20分鐘，然後在水中淬火。金屬間相的量達到可忽略時的溫度取決於光學顯微鏡的觀察手段。這些在1080℃退火後又經過水淬的試樣的微觀結構的對比表明了哪種試樣更易於包括不希望得到的西格馬相。結果見表11。結構控制表明錠料605249，605251，605252，605253，605254，605255，605259，605260，605266，和605267不含有不希望得到的西格馬相。此外，含1.5％的鈷合金化的錠料605249不含有西格馬相，同時含0.6％的鈷合金化的錠料605250含有少量的西格馬相。兩種錠料含鉻量很高，幾乎達到29.0％重量百分比，同時，它們的所含鉬也幾乎達到4.25％重量百分比。當考慮到西格馬相的含量，對錠料605249，605250，605251和605252進行成分對比時，明顯地看出，關於結構穩定性的最優材料的成分區間是很窄的。此外，這也是僅僅含有偶然的西格馬相的錠料605268與含有大量的西格馬相的605263錠料樣明顯對比。從本質上區分這些錠料就是向605268錠料中添加銅。錠料605266和用銅合金化的605267錠料，儘管含有較高的鉻，它們也不含西格馬相。另外，含有1％重量百分比的鎢的錠料605262和605263有含有大量西格馬相的結構，同時值得注意的是，同樣含有1％重量百分比的鎢但氮含量比錠料605262和605263高的605269錠料含有顯著較少的西格馬相。因而，為了獲得良好的結構特性，就要要求涉及這些高含量的合金元素，比如鉻和鉬，的不同添加合金元素間的平衡。
表12列出了用光學顯微觀察的在1080℃退火20分鐘，然後水淬的試樣結果。西格馬相的量的多少用1-5數值表示，其中1表明觀察中沒有檢測到西格馬相，5說明觀察到了大量的西格馬相。
表12
表13列出了一些試樣的衝擊阻力測驗結果，這些結果很好，其表明了在1100℃退火後水淬的微觀結構，並且所有測試試樣大範圍地達到了100J的要求。
表13
圖4表明了大部分試樣的熱塑性測驗結果，要夠將錠料加工成具有一定形狀的產品比如棒材，管材諸如焊接管和無縫管，線材，焊接材料，還有諸如法蘭和軸的結構材料，良好的可加工性至關重要。含有大約0.38％的氮的錠料605249，605250，605251，605252，605255，605266和605267具有較好的熱塑性。
應力疲勞特性給出了材料在應力疲勞裂紋出現前可以被拉伸的程度和次數資料。因為臍帶式管要被焊接成長線，在扭轉進入臍帶管前先從鼓中卷取，在臍帶發揮作用前，塑性變形的發生是很普遍的。應力疲勞的特性數據已經別確定，尤其是常規危險是在零度左右的臍帶式管中的應力疲勞的結果。
結論對將來的臍帶管的要求和根據上述優化合金所達到的要求是，合金的PRE最小值是46，並且為了獲得充分的良好的點蝕和裂縫特性，合金中的奧氏體或鐵素體的PRE要超過45。因此，要求如下6％FeCl3中的CPT＞90℃6％FeCl3中的CCT≥60℃對於強度的要求就是能夠充分減小臍帶的重量，要求為張緊狀態下的屈服點Rp0.2最小720N/mm2為了製造臍帶式管，並保證抗點蝕和裂紋腐蝕能力以及機械特性，下列即關於結構穩定性的要求·合金能夠運用傳統的焊接方法進行焊接·結構中的西格馬相最大為0.5％·西格馬相的最大溶解溫度為1010℃本發明所述的材料由於其較高的合金含量，格外好的可加工性能，尤其是熱加工性，很適於用來製造比如棒材，管材諸如焊接管和無縫管，焊接材料，還有諸如法蘭和軸的結構材料。
權利要求
1.鐵素體-奧氏體雙相不鏽鋼合金，具有以下成分(％重量)C 大於0並最大達0.03％Si最大達0.5％Mn0-3.0％Cr24.0-30.0％Ni4.9-10.0％Mo3.0-5.0％N 0.28-0.5％B 0-0.0030％S 最大達0.010％Co0-3.5％W 0-3.0％Cu0-2.0％Ru0-0.3％Al0-0.03％Ca0-0.010％以及平衡Fe和一般出現的夾雜物和添加物，鐵素體的體積百分含量為40-65％，而且對於合金的總成分關係式PRE＝％Cr+3.3％Mo+16％N超過46，奧氏體和鐵素體相的PRE也超過45，張緊狀態下的合金的屈服點RP0.2超過了720N/mm2，同時CPT＞90℃，CCT≥60℃。
2.根據權利要求1所述的合金，其特徵在於鉻的重量百分含量介於26.5％和29.0％之間。
3.根據權利要求1和2所述的合金，其特徵在於錳的重量百分含量介於0.5％和1.2％之間。
4.根據權利要求1-3所述的合金，其特徵在於鎳的重量百分含量介於5.0％和8.0％之間。
5.根據權利要求1-4所述的合金，其特徵在於鉬的重量百分含量介於3.6％和4.9％之間。
6.根據權利要求1-5所述的合金，其特徵在於氮的重量百分含量介於0.35％和0.45％之間。
7.根據權利要求1-6所述的合金，其特徵在於釕的重量百分含量介於0和0.3％之間，優選的是大於0並小於等於0.1％。
8.根據權利要求1-7所述的合金，其特徵在於鈷的重量百分含量介於0.5％和3.5％之間，優選的是重量百分比在1.0％和3.0％之間。
9.根據權利要求1-8所述的合金，其特徵在於銅的重量百分含量介於0.5％和2.0％之間，優選的是重量百分比在1.0％和1.5％之間。
10.根據權利要求1-9所述的合金，其特徵在於鐵素體的體積含量介於42％和60％之間，優選的是體積百分比在45％和55％之間。
11.根據權利要求1-9所述的合金，其特徵在於合金的總的PRE值或PREW值超過46，此處PRE＝％Cr+3.3％Mo+16％N，PREW＝％Cr+3.3(％Mo+0.5％W)+16％N，其中％是重量百分含量。
12.根據權利要求11所述的合金，其特徵在於奧氏體和鐵素體相的PRE或PREW值大於45，總的合金成份的PRE或PREW值大於46。
13.權利要求1所述合金的用途，作為在含氯化物的環境，尤其是在海水中的臍帶式管道。
14.權利要求1-13任何一項所述合金的用途，用於製造棒材，管材如焊接管和無縫管，焊接材料，結構材料如法蘭和軸。
全文摘要
本發明涉及一種不鏽鋼合金，更精確的說是一種雙相不鏽鋼合金，它具有鐵素體—奧氏體基體和高耐腐蝕性，同時具有良好的結構穩定性和熱加工性能，特別是這一雙相不鏽鋼中含有40－65％體積百分含量的鐵素體和很好的平衡成分，這就形成了該材料的腐蝕特性，使得其與以前發現的材料相比更加適合應用於含有氯化物的環境中。本發明的這種材料已經考慮到了高合金含量、非常好的工作性能、特別是熱加工性能，因此，應該非常適合應用於例如製造棒材、管材如焊管和無縫鋼管、焊接材料、結構材料如法蘭和軸。這些都可使用本發明中的複合不鏽鋼合金。其含有(按重量百分含量)C大於0並最大達0.03；Si最大達0.5；Mn 0－3.020；Cr 24.0－30.0；Ni 4.9－10.0；Mo 3.0－5.0；N 0.28－0.5；B 0－0.003025；S最大達0.010；Co 0－3.5；W 0－3.0；Cu 0－2.0；Ru 0－0.330；Al 0－0.03；Ca 0－0.010，平衡鐵以及不可避免的夾雜物。
文檔編號C22C38/52GK1768156SQ200480005752
公開日2006年5月3日 申請日期2004年2月19日 優先權日2003年3月2日
發明者安·森德斯特龍, 帕希·坎加斯 申請人:山特維克智慧財產權股份有限公司