CN103602915B

CN103602915B - 高碳高铬双相不锈钢

Info

Publication number: CN103602915B
Application number: CN201310597084.7A
Authority: CN
Inventors: 赵忠魁
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: Shandong Jianzhu University
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: CN103602915A

Abstract

本发明涉及双相不锈钢，尤其是一种含高碳和高铬元素的双相不锈钢及其生产工艺。本发明所述的不锈钢以重量百分比计，其化学成分如下：0.20-0.35%C、22-26%Cr、10-14%Ni、2-5%Mo、1-5%Cu、0.5-4%V、0.5-5%W、S≤0.015%、P≤0.015%，其他杂质元素≤1%，余量为Fe。本发明增加了不锈钢的含碳量，提高了合金强度和硬度，增加了耐磨性能；合金中除了常用Cr、Ni和Mo元素外，还同时添加了Cu、W和V元素，在保证双相不锈钢具有足够的耐腐蚀性能条件下，大大提高了合金的抗拉强度和硬度。

Description

高碳高铬双相不锈钢

技术领域

本发明涉及双相不锈钢，尤其是一种含高碳和高铬元素的双相不锈钢及其生产工艺。

背景技术

随着现代工业技术的发展，对材料的综合性能要求越来越高，特别是在石油、化工、船舶等腐蚀性较强的行业中。早期多用富镍的奥氏体不锈钢作为在腐蚀性环境中工作的材料。实践表明，双相不锈钢比奥氏体钢更耐蚀，而且具有良好的综合力学性能和焊接性能。近年来，对双相不锈钢研究主要是在低碳（一般为0.01%～0.08%C）基础上。但是，低碳双相不锈钢在实际生产中，需要进行脱碳处理从而增加了生产难度和成本。众所周知，碳元素是提高合金强度最有效、最经济的元素之一，但是到目前为止，有关高碳双相不锈钢的报道比较少。ChristofMessne等人在研究轧制参数对合金表面粗糙度的影响时用到了含0.2%碳的双相不锈钢，但没有涉及材料本身的组织和性能。因此，本文对高碳高铬双相不锈钢进行了一系列的研究，分析了高碳双相不锈钢的组织和性能，为这类合金进一步研究，提供了有效的依据和指导。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种高碳高铬双相不锈钢及其生产工艺，在实际生产中取材方便，可降低生产成本，提高工作效率。

本发明所述的高碳高铬双相不锈钢，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：0.20-0.35%C、22-26%Cr、10-14%Ni、2-5%Mo、1-5%Cu、0.5-4%V、0.5-5%W、S≤0.015%、P≤0.015%，其他杂质元素≤1%，余量为Fe。

本发明中含碳量为0.2-0.35%，C是有效的奥氏体形成元素。加入较高碳元素后，它能与铬、钒和钨等合金元素形成合金碳化物提高合金强度和硬度，增加耐磨性能。另外，由于普通废钢的含碳量均在0.3%以下，生产过程中不存在增碳，所以正常熔炼工艺即能保证含碳量在本发明要求范围之内。由于本发明本身要求高的碳含量，普通熔炼即可获得需要的碳含量，所以在实际生产，合金无需经过脱碳处理降，低了生产成本和难度。

本发明中含铬量为22-26%，Cr是不锈钢中最主要的元素，铬元素的增加能明显提高合金的耐腐蚀性特别是耐点腐蚀性能。但当铬含量超过27%时，容易析出金属间化合物，导致合金的热塑性和焊接性能降低。为了使高碳双相不锈钢具有较好的综合性能，本发明中铬的加入量为22-26%。

镍是扩大奥氏体区元素，较高的镍含量，可使钢中奥氏体含量增多。本发明中含镍量为10-14%，能提高合金抗高温氧化和耐腐蚀性能，起稳定奥氏体相作用。当镍含量太多或太少时，均不能获得均衡的两相组织，导致不能获得双相不锈钢的应有性能。

本发明中含钼量为2-5%，Mo和Cr元素一样为铁素体形成元素，且能显著改善双相不锈钢的耐腐蚀性能，特别是耐点腐蚀性能。但当钼含量太多时，会析出富铬钼的σ相或χ相导致合金部分性能下降。

本发明中含铜量为1-5%，Cu为奥氏体形成元素，可提高合金在酸性环境中的耐蚀性。当本发明的不锈钢在400-500℃时效时，富铜相析出，可加强时效硬化。在含钨的双相不锈钢中加入铜可降低σ相的最大析出温度。

本发明中含钨量为0.5-5%，W为铁素体形成元素。在提高合金的耐腐蚀性能上，钨的作用与钼很相似。当部分钨取代钼时，还可以增加合金的冲击韧性。在高铬、钼合金中，过多的钨会增加金属间化合物的析出，故一般≤5%。

本发明中含钒量为0.5-4%，V为铁素体形成元素，起细化晶粒作用，能形成极稳定且高度弥散的碳化物和金属间化合物，从而提高合金的高温强度和热稳定性。当钒含量超过4%时，会降低合金的热塑性。

经过发明人的长期试验确定，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：0.25%C、26%Cr、13%Ni、3%Mo、2.5%Cu、2%V、3%W、S≤0.015%、P≤0.015%，其他杂质元素≤1%，余量为Fe。

生产本发明所述不锈钢的工艺，具体步骤如下：

（1）熔炼浇铸将原料按照上述配比混合熔化后于1550-1650℃浇铸成铸锭；

（2）锻造将上述铸锭在1150℃-1200℃锻造成钢板；

（3）轧制将锻造后的钢板在1050-1150℃轧制成钢板；

（4）固溶处理将轧制后的钢板加热到1150-1300℃，保温20-60min后淬火得产品。

本发明所述配比的高碳高铬双相不锈钢，由于合金元素种类和含量均较多，为增加固溶程度且得到较均衡的奥氏体相和铁素体相组织。大量试验后确定，最佳固溶处理温度为1150-1300℃，水淬或油淬。在这个温度范围，既能保证碳化物尽量溶解，又能保证铁素体和奥氏体的比例。如温度太低，不能保证碳化物尽量溶解，温度太高则铁素体含量偏高且晶粒粗大。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、增加了双相不锈钢中的含碳量，适当提高镍含量，并采用较高的固溶处理温度，提高了合金强度和硬度，增加了耐磨性能，而且在实际生产中，取原材料方便，降低了生产成本和难度；

2、合金中除了常用Cr、Ni和Mo元素外，还同时添加了Cu、W和V元素，在保证双相不锈钢具有足够的耐腐蚀性能条件下，大大提高了合金的抗拉强度和硬度。

附图说明

图1为本发明所述的高碳高铬双相不锈钢的组织金相图；

图中：1为奥氏体相；2为铁素体相。

具体实施方式

实施例1

一种高碳高铬双相不锈钢，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：0.35%C、23%Cr、12%Ni、3.5%Mo、4%Cu、0.5%V、2.7%W、0.015%S、0.010%P，1%其他杂质元素，余量为Fe。

其制备工艺具体步骤如下：

（1）熔炼浇铸将原料按照上述配比混合熔化后于1550℃浇铸成铸锭；

（2）锻造将上述铸锭在1200℃锻造成钢板；

（3）轧制将锻造后的钢板在1100℃轧制成钢板；

（4）固溶处理将轧制后的钢板加热到1150℃，保温60min后淬火得产品。实施例2

一种高碳高铬双相不锈钢，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：0.20%C、25%Cr、10%Ni、2%Mo、2%Cu、3.1%V、0.5%W、0.015%S、0.010%P，1%其他杂质元素，余量为Fe。

其制备工艺具体步骤如下：

（1）熔炼浇铸将原料按照上述配比混合熔化后于1570℃浇铸成铸锭；

（2）锻造将上述铸锭在1150℃锻造成钢板；

（3）轧制将锻造后的钢板在1150℃轧制成钢板；

（4）固溶处理将轧制后的钢板加热到1300℃，保温20min后淬火得产品。实施例3

一种高碳高铬双相不锈钢，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：0.25%C、24%Cr、14%Ni、3%Mo、5%Cu、2.2%V、5%W、0.005%S、0.015%P，0.5%其他杂质元素，余量为Fe。

其制备工艺具体步骤如下：

（1）熔炼浇铸将原料按照上述配比混合熔化后于1600℃浇铸成铸锭；

（2）锻造将上述铸锭在1170℃锻造成钢板；

（3）轧制将锻造后的钢板在1050℃轧制成钢板；

（4）固溶处理将轧制后的钢板加热到1200℃，保温40min后淬火得产品。实施例4

一种高碳高铬双相不锈钢，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：0.3%C、26%Cr、13%Ni、4%Mo、1%Cu、1.3%V、3.9%W、0.010%S、0.005%P，1%其他杂质元素，余量为Fe。

其制备工艺具体步骤如下：

（1）熔炼浇铸将原料按照上述配比混合熔化后于1650℃浇铸成铸锭；

（2）锻造将上述铸锭在1160℃锻造成钢板；

（3）轧制将锻造后的钢板在1070℃轧制成钢板；

（4）固溶处理将轧制后的钢板加热到1170℃，保温50min后淬火得产品。实施例5

一种高碳高铬双相不锈钢，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：0.27%C、22%Cr、11%Ni、5%Mo、3%Cu、4%V、1.6%W、0.015%S、0.010%P，1%其他杂质元素，余量为Fe。

其制备工艺具体步骤如下：

（1）熔炼浇铸将原料按照上述配比混合熔化后于1630℃浇铸成铸锭；

（2）锻造将上述铸锭在1190℃锻造成钢板；

（3）轧制将锻造后的钢板在1130℃轧制成钢板；

（4）固溶处理将轧制后的钢板加热到1250℃，保温30min后淬火得产品。实施例6

一种高碳高铬双相不锈钢，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：0.25%C、26%Cr、13%Ni、3%Mo、2.5%Cu、2%V、3%W、0.015%S、0.015%P，1%其他杂质元素，余量为Fe。

其制备工艺具体步骤如下：

（2）锻造将上述铸锭在1200℃锻造成钢板；

（3）轧制将锻造后的钢板在1150℃轧制成钢板；

（4）固溶处理将轧制后的钢板加热到1250℃，保温30min后淬火得产品。比较例

将上述实施例1-6所制得的双相不锈钢样品与其他双相不锈钢进行耐孔蚀性能和力学性能测试。耐孔蚀性能按照国标GB4334.7，在35℃的6%FeCl3+0.05MHCl溶液中进行测定，力学性能根据国标GB/T10623-2008进行测定，其结果见表1。

表1

试样类型

腐蚀率（g·（m²·h）^-1）

抗拉强度（MPa）

延伸率（%）

硬度（HRC）

实施例1	0.95	918	24	29
					实施例2	0.73	905	24	28
实施例3	0.56	878	23	27
					实施例4	0.43	892	24	27
实施例5	1.12	928	26	29
					实施例6	0.42	913	25	28
SAF2205	1.52	680	25	20
					SAF2507	0.35	797	29	24

从表1中可以看出，本发明所述双相不锈钢的耐孔蚀性能介于SAF2205和SAF2507不锈钢之间。本发明所述双相不锈钢的抗拉强度强度和硬度明显比SAF2205和SAF2507不锈钢高且保持较好的延伸率。

Claims

1.一种高碳高铬双相不锈钢，以重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：0.3％C、26％Cr、13％Ni、4％Mo、1％Cu、1.3％V、3.9％W、0.010％S、0.005％P，1％其他杂质元素，余量为Fe；

其制备工艺具体步骤如下：

(1)熔炼浇铸将原料按照上述配比混合熔化后于1650℃浇铸成铸锭；

(2)锻造将上述铸锭在1160℃锻造成钢板；

(3)轧制将锻造后的钢板在1070℃轧制成钢板；

(4)固溶处理将轧制后的钢板加热到1170℃，保温50min后淬火得产品。