CN107937835A - 一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料及其制造工艺 - Google Patents

一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料及其制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，属于双相不锈钢技术领域，组成包括：C、S、P、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Cu、N、B、Ba、Fe和镧铈混合稀土；还公开了该双相不锈钢合金材料的制造工艺。本发明具有制造成本低、强度高、韧性高、耐腐蚀性好等优点，可广泛应用于环保、航空和轨道交通等领域用装备及石油化工，造纸、造船等制造业，以及不锈钢耐蚀管、板材、线材和铸锻件等。

Description

一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料及其制造工艺
技术领域
本发明涉及一种双相不锈钢合金材料及其制造工艺，特别是涉及一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料及其制造工艺，属于双相不锈钢技术领域。
背景技术
双相不锈钢是指在其固淬组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，其具有良好的韧塑性和耐应力腐蚀性能，广泛应用于石化设备、环保、航空和轨道交通等领域设备、输油输气管线、造纸机械等工业领域，近年来也被研究用于桥梁承重结构领域，具有很好的发展前景。
近年来，随着镍价的大幅波动和不断上涨，双相不锈钢向着低镍、少钼的方向发展，其设计思路是采用以锰和氮代替镍，在保证双相不锈钢两相比例的同时，其力学性能和耐腐蚀性能也不能降低，这就对发展新型双相不锈钢提出了更高的要求。
我国稀土资源丰富，稀土在提升传统钢铁材料的品质和发展新品种中已发挥了重要作用，用稀土这个战略资源来强化和进一步地提升传统钢铁产业，推动钢铁材料的升级换代，开发新型优质高性能的稀土不锈钢品种，尤其是节镍型高氮的优质稀土双相不锈钢合金材料，能够节约宝贵的镍资源，同时又能保证不锈钢在苛刻环境下的使用寿命及其机械性能。
因此，为了节约镍资源、降低生产成本，同时又满足钢材在苛刻环境条件下的使用要求，保证大幅提高钢材使用寿命，综合考虑了合金的成本、综合力学性能和耐腐蚀性能，设计出一种具有成本低、耐腐蚀且热加工性能优良的节镍高氮含稀土的双相不锈钢合金材料。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料及其制造工艺，用于实现双相不锈钢制造工艺的简单化，并使其具有优良的热加工性能和耐腐蚀性能。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，包括如下质量百分比的组成成分：
C≤0.02％；
S≤0.005％；
P≤0.015％；
1.00≤Si≤1.50％；
Mn：4.00-9.00％；
Cr：24.0-29.0％；
Ni：2.0-4.0％；
Mo：1.0-2.0％；
W：0.2-1.0％；
Cu：0.2-1.0％；
N：0.4-0.8％；
B：0.01-0.1％；
Ba：0.008～0.2％；
混合稀土：0.005-0.1％；
Fe余量。
进一步的，所述混合稀土为镧铈混合稀土。
进一步的，所述镧铈混合稀土中，La≤48％，Ce≤45％。
进一步的，所述镧铈混合稀土中还La和Ce的含量总和≥99.7％。
进一步的，所述镧铈混合稀土中还含有镨、钕、钷、钐稀土元素的一种或几种。
一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的制造工艺，包括如下步骤：
步骤1：冶炼
采用真空感应炉、非真空冶炼、电炉加炉外精炼、转炉加炉外精炼中的任一种工艺进行冶炼；
步骤2：铸锭或铸锭开坯
铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧；
步骤3：热轧
铸锭或铸锭开坯后进行热轧，热轧时坯料加热温度为1100-1250℃，开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为950-1050℃；
步骤4：固溶处理
热轧后在热处理炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为1050-1150℃，保温30-60min后冷却。
进一步的，所述步骤1中，在冶炼出钢浇铸前加入混合稀土，浇铸温度控制在1520-1660℃。
进一步的，所述步骤2中，锻造开坯或连铸连轧的加热温度为1100-1300℃，开坯始锻温度为1150-1300℃，终锻温度为950-1050℃。
进一步的，所述步骤4中，冷却方式采用水冷或空冷。
本发明的有益技术效果：按照本发明的耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，本发明提供的耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，根据氮和锰可以代替镍在钢中的作用原理，用适量的廉价氮和锰稳定双相不锈钢中的奥氏体，从而降低贵重镍的用量；同时向该双相不锈钢合金中加入适量的镧铈混合稀土和钡元素，稀土和钡在钢中起到复合微合金化作用，强化晶界，净化晶界，大幅提高合金的耐腐蚀性能和热加工性能。
以氮和锰代替镍元素，稳定奥氏体，节约大量成本，另外，加入La、Ce混合稀土元素及Ba元素，使得稀土及钡复合作用，它们固溶在钢中后，富集在晶界，减少S、P等杂质元素在晶界的偏聚，能强化晶界，提高晶界的抗腐蚀能力和提高钝化膜的稳定性以及综合力学性能。
经测试本发明合金的热加工性能良好，在800-1300℃范围内，有良好的塑性和延展性，易于锻轧成形，另外，该合金还具有优良的耐腐蚀性能和冲击韧性，此外，本合金还具有良好的焊接、铸造和冷加工性能，适于制造各种不锈钢耐蚀管、板材、线材和铸锻件等。
附图说明
图1为按照本发明的耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的对比实施例的2205双相不锈钢金相组织图；
图2为按照本发明的耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的一优选实施例的合金金相组织图；
图3为按照本发明的耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的实施例与对比例的5％H2SO4水溶液中匀腐蚀试验结果图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本实施例1提供的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，包括如下质量百分比的组成成分：
C：0.019％；
S：0.005％；
P：0.015％；
Si：1.1％；
Mn：7.33％；
Cr：25.46％；
Ni：2.34％；
Mo：1.27％；
W：0.28％；
Cu：0.33％；
N：0.45％；
B：0.013％；
Ba：0.008％；
混合稀土：0.023％；
Fe余量。
进一步的，在本实施例1中，所述混合稀土为镧铈混合稀土，镧铈混合稀土中：La≤47％，Ce≤45％；所述镧铈混合稀土中还La和Ce的含量总和≥99.7％；混合稀土中还含有镨、钕、钷和钐元素中的一种或几种。
本实施例1提供的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的制造工艺，包括如下步骤：
步骤1：冶炼
采用真空感应炉、非真空冶炼、电炉加炉外精炼、转炉加炉外精炼中的任一种工艺进行冶炼；在冶炼出钢浇铸前加入混合稀土，浇铸温度控制在1520-1660℃；
步骤2：铸锭或铸锭开坯
铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1100-1300℃，开坯始锻温度为1150-1300℃，终锻温度为950-1050℃；
步骤3：热轧
铸锭或铸锭开坯后进行热轧，热轧时坯料加热温度为1100-1250℃，开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为950-1050℃；
步骤4：固溶处理
热轧后在热处理炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为1080℃，保温40分钟后冷却，冷却方式采用水冷。
实施例2：
本实施例2提供的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，包括如下质量百分比的组成成分：
C：0.02％；
S：0.004％；
P：0.014％；
Si：1.15％；
Mn：7.78％；
Cr：26.85％；
Ni：2.67％；
Mo：1.46％；
W：0.52％；
Cu：0.46％；
N：0.57％；
B：0.015％；
Ba：0.01％；
混合稀土：0.027％；
Fe余量。
进一步的，在本实施例2中，所述混合稀土为镧铈混合稀土，镧铈混合稀土中：La≤47％，Ce≤45％；所述镧铈混合稀土中还La和Ce的含量总和≥99.7％；混合稀土中还含有镨、钕、钷和钐元素中的一种或几种。
本实施例2提供的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的制造工艺，包括如下步骤：
步骤1：冶炼
采用真空感应炉、非真空冶炼、电炉加炉外精炼、转炉加炉外精炼中的任一种工艺进行冶炼；在冶炼出钢浇铸前加入混合稀土，浇铸温度控制在1520-1660℃；
步骤2：铸锭或铸锭开坯
铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1100-1300℃，开坯始锻温度为1150-1300℃，终锻温度为950-1050℃；
步骤3：热轧
铸锭或铸锭开坯后进行热轧，热轧时坯料加热温度为1100-1250℃，开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为950-1050℃；
步骤4：固溶处理
热轧后在热处理炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为1050-1150℃，保温30-60分钟后冷却，冷却方式采用水冷或空冷。
实施例3：
本实施例3提供的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，包括如下质量百分比的组成成分：
C：0.018％；
S：0.004％；
P：0.013％；
Si：1.28％；
Mn：8.31％；
Cr：27.37％；
Ni：3.25％；
Mo：1.62％；
W：0.76％；
Cu：0.58％；
N：0.61％；
B：0.016％；
Ba：0.013％；
混合稀土：0.033％；
Fe余量。
进一步的，在本实施例3中，所述混合稀土为镧铈混合稀土，镧铈混合稀土中：La≤47％，Ce≤45％；所述镧铈混合稀土中还La和Ce的含量总和≥99.7％；混合稀土中还含有镨、钕、钷和钐元素中的一种或几种。
本实施例3提供的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的制造工艺，包括如下步骤：
步骤1：冶炼
采用真空感应炉、非真空冶炼、电炉加炉外精炼、转炉加炉外精炼中的任一种工艺进行冶炼；在冶炼出钢浇铸前加入混合稀土，浇铸温度控制在1520-1660℃；
步骤2：铸锭或铸锭开坯
铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1100-1300℃，开坯始锻温度为1150-1300℃，终锻温度为950-1050℃；
步骤3：热轧
铸锭或铸锭开坯后进行热轧，热轧时坯料加热温度为1100-1250℃，开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为950-1050℃；
步骤4：固溶处理
热轧后在热处理炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为1050-1150℃，保温30-60分钟后冷却，冷却方式采用水冷或空冷。
实施例4：
本实施例4提供的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，包括如下质量百分比的组成成分：
C：0.019％；
S：0.003％；
P：0.013％；
Si：1.39％；
Mn：8.64％；
Cr：27.78％；
Ni：3.86％；
Mo：1.89％；
W：0.85％；
Cu：0.75％；
N：0.69％；
B：0.019％；
Ba：0.015％；
混合稀土：0.036％；
Fe余量。
进一步的，在本实施例4中，所述混合稀土为镧铈混合稀土，镧铈混合稀土中：La≤47％，Ce≤45％；所述镧铈混合稀土中还La和Ce的含量总和≥99.7％；混合稀土中还含有镨、钕、钷和钐元素中的一种或几种。
本实施例4提供的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的制造工艺，包括如下步骤：
步骤1：冶炼
采用真空感应炉、非真空冶炼、电炉加炉外精炼、转炉加炉外精炼中的任一种工艺进行冶炼；在冶炼出钢浇铸前加入混合稀土，浇铸温度控制在1520-1660℃；
步骤2：铸锭或铸锭开坯
铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1100-1300℃，开坯始锻温度为1150-1300℃，终锻温度为950-1050℃；
步骤3：热轧
铸锭或铸锭开坯后进行热轧，热轧时坯料加热温度为1100-1250℃，开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为950-1050℃；
步骤4：固溶处理
热轧后在热处理炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为1050-1150℃，保温30-60分钟后冷却，冷却方式采用水冷或空冷。
实施例5：
本实施例5提供的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，包括如下质量百分比的组成成分：
C：0.018％；
S：0.005％；
P：0.014％；
Si：1.43％；
Mn：8.85％；
Cr：28.69％；
Ni：3.72％；
Mo：1.71％；
W：0.67％；
Cu：0.84％；
N：0.72％；
B：0.016％；
Ba：0.025％；
混合稀土：0.042％；
Fe余量。
进一步的，在本实施例5中，所述混合稀土为镧铈混合稀土，镧铈混合稀土中：La≤47％，Ce≤45％；所述镧铈混合稀土中还La和Ce的含量总和≥99.7％；混合稀土中还含有镨、钕、钷和钐元素中的一种或几种。
本实施例5提供的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的制造工艺，包括如下步骤：
步骤1：冶炼
采用真空感应炉、非真空冶炼、电炉加炉外精炼、转炉加炉外精炼中的任一种工艺进行冶炼；在冶炼出钢浇铸前加入混合稀土，浇铸温度控制在1520-1660℃；
步骤2：铸锭或铸锭开坯
铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1100-1300℃，开坯始锻温度为1150-1300℃，终锻温度为950-1050℃；
步骤3：热轧
铸锭或铸锭开坯后进行热轧，热轧时坯料加热温度为1100-1250℃，开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为950-1050℃；
步骤4：固溶处理
热轧后在热处理炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为1050-1150℃，保温30-60分钟后冷却，冷却方式采用水冷或空冷。
对比例1：
对比例1提供的316L，包括如下质量百分比的组成成分：
C：0.034％；
S：0.015％；
P：0.014％；
Si：0.41％；
Mn：1.7％；
Cr：17.45％；
Ni：12.52％；
Mo：2.53％；
Fe余量。
对比例2：
对比例2提供的OCr18Ni12Mo2Ti，包括如下质量百分比的组成成分：
C：0.041％；
S：0.014％；
P：0.01％；
Si：0.63％；
Mn：1.65％；
Cr：18.68％；
Ni：12.54％；
Mo：2.38％；
Fe余量。
对比例3：
对比例3提供的2205双向不锈钢，包括如下质量百分比的组成成分：
C：0.025％；
S：0.006％；
P：0.02％；
Si：1.28％；
Mn：1.45％；
Cr：22.38％；
Ni：5.56％；
Mo：3.05％；
Cu：0.4％；
N：0.18％；
B：0.002％；
Fe余量。
本发明实施例1-5与对比例1-3的室温力学性能如表1所示：
表1室温力学性能
本发明实施例1-5与对比例1-3在沸腾温度5％(wt.％)H2SO4水溶液中的均匀腐蚀性能如表2所示：
表2均匀腐蚀性能
实施例4与对比例3的2205双相不锈钢的金相组织如图1和图2所示。
实施例1-5与对比例1-3的沸腾温度5％(wt.％)H2SO4水溶液中匀腐蚀试验结果如图3所示。
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，本实施例提供的耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，根据氮和锰可以代替镍在钢中的作用原理，用适量的廉价氮和锰稳定双相不锈钢中的奥氏体，从而降低贵重镍的用量；同时向该双相不锈钢合金中加入适量的镧铈混合稀土和钡元素，稀土和钡在钢中起到复合微合金化作用，强化晶界，净化晶界，大幅提高合金的耐腐蚀性能和热加工性能。
以氮和锰代替镍元素，稳定奥氏体，节约大量成本，另外，加入La、Ce混合稀土元素及Ba元素，使得稀土及钡复合作用，它们固溶在钢中后，富集在晶界，减少S、P等杂质元素在晶界的偏聚，能强化晶界，提高晶界的抗腐蚀能力和提高钝化膜的稳定性以及综合力学性能。
经测试本发明合金的热加工性能良好，在800-1300℃范围内，有良好的塑性和延展性，易于锻轧成形，另外，该合金还具有优良的耐腐蚀性能和冲击韧性，此外，本合金还具有良好的焊接、铸造和冷加工性能，适于制造各种不锈钢耐蚀管、板材、线材和铸锻件等。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，其特征在于，包括如下质量百分比的组成成分：
C≤0.02％；
S≤0.005％；
P≤0.015％；
1.00≤Si≤1.50％；
Mn：4.00-9.00％；
Cr：24.0-29.0％；
Ni：2.0-4.0％；
Mo：1.0-2.0％；
W：0.2-1.0％；
Cu：0.2-1.0％；
N：0.4-0.8％；
B：0.01-0.1％；
Ba：0.008～0.2％；
混合稀土：0.005-0.1％；
Fe余量。
2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，其特征在于，所述混合稀土为镧铈混合稀土。
3.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，其特征在于，所述镧铈混合稀土中，La≤48％，Ce≤45％。
4.根据权利要求3所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，其特征在于，所述镧铈混合稀土中还La和Ce的含量总和≥99.7％。
5.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料，其特征在于，所述镧铈混合稀土中还含有镨、钕、钷、钐稀土元素的一种或几种。
6.一种如权利要求1-5所述的耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：冶炼
采用真空感应炉、非真空冶炼、电炉加炉外精炼、转炉加炉外精炼中的任一种工艺进行冶炼；
步骤2：铸锭或铸锭开坯
铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧；
步骤3：热轧
铸锭或铸锭开坯后进行热轧，热轧时坯料加热温度为1100-1250℃，开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为950-1050℃；
步骤4：固溶处理
热轧后在热处理炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为1050-1150℃，保温30-60min后冷却。
7.根据权利要求6所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的制造工艺，其特征在于，所述步骤1中，在冶炼出钢浇铸前加入混合稀土，浇铸温度控制在1520-1660℃。
8.根据权利要求6所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的制造工艺，其特征在于，所述步骤2中，锻造开坯或连铸连轧的加热温度为1100-1300℃，开坯始锻温度为1150-1300℃，终锻温度为950-1050℃。
9.根据权利要求6所述的一种耐腐蚀的双相不锈钢合金材料的制造工艺，其特征在于，所述步骤4中，冷却方式采用水冷或空冷。
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