CN107988556A - 一种新型含锡双相不锈钢 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型含锡双相不锈钢，具有良好的耐腐蚀性能，且具有良好的机械性能和加工性能。一种新型含锡双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：Cr：22‑23%、Ni：4.5‑6.5%、Si：＜1%、C：＜0.03%、Mn：＜2%、N：0.14‑0.2%、P＜0.03%、S＜0.02%、Mo：3‑3.5%、Sn：0.2‑0.5%、稀土元素0.005‑0.01%，且至少含有以下元素之一：Nb：0‑2%、Ti：0‑1%、Ta：0‑2%、Zr：0‑0.15%、V：0‑1.5%，余量为Fe。

Description

一种新型含锡双相不锈钢
技术领域
本发明涉及一种新型含锡双相不锈钢。
背景技术
目前，越来越多的不锈钢运用在污染防治设备及机械设备中、石油化工设备、发电设备、炼铜、食品加工、船舶用、叶轮、套管、机壳前盖、脱硫设备等。然而不锈钢在高温和高浓度的硫酸环境，氯离子高其它卤素氛围，石油、酸环境、石灰石膏等环境下容易发生侵蚀腐蚀，而且在工业用水及海水应用中容易发生点蚀。
双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，一般量少相的含量也需要达到30%。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti，N等合金元素。双相钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。
一般认为Sn、Sb、As等是常见的有害元素。Sn元素熔点低，在不锈钢固溶处理中会在晶界和沿晶界以及沿α/γ相界析出，并在晶界和相界产生偏析，导致热加工性能下降，极易开裂。但是Sn作为一种表面活性元素，在冶金过程中比较稳定，易于控制，常作为晶粒细化元素。有报道表明添加微量的Sn可大幅度降低晶界迁移速率，减小晶粒尺寸。也有大量报道在铁素体和奥氏体中加入适量的Sn对不锈钢的腐蚀性能得到显著的提高。专利US2010150770（Al）中公布了添加0.005%-2%Sn对铁素体不锈钢耐腐缝隙腐蚀的有效作用，通知指出Sn可以阻止缝隙处蚀孔的形成和扩展。CN10437974A和CN 101903553 A分别公布添加微量的Sn对不锈钢耐腐蚀性能的作用，认为Sn可以抑制腐蚀发生后的生长速度，并推测在Sn元素在钝化膜及膜正下方富集是耐腐蚀性提高的根源。而且大量文献报道，添加适量的Sn可以减少冶炼成本。但是这些都是将Sn添加到铁素体或奥氏体不锈钢中，对于含Sn双相钢国内外报道少之又少。
可见，如何达到更好的耐腐蚀性能、机械性能和加工性能，是目前含Sn的双相不锈钢的研究重点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理的新型含锡双相不锈钢，具有良好的耐腐蚀性能，且具有良好的机械性能和加工性能。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种新型含锡双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：Cr：22-23 %、Ni：4.5-6.5%、Si：＜1%、C：＜0.03%、Mn：＜2%、N：0.14-0.2%、P ＜0.03%、S ＜0.02%、Mo：3-3.5%、Sn：0.2-0.5%、稀土元素0.005-0.01%，且至少含有以下元素之一：Nb：0-2%、Ti：0-1%、Ta：0-2%、Zr：0-0.15%、V：0-1.5%，余量为Fe。
本发明按质量百分比组成为：Cr：22.19%，Ni：5.33%，Si：0.51%，C：0.028%，Mn：1.42%， N：0.17%，P：0.021%，S ：0.0006%，Mo：3.12%， Sn：0.31%，Ti：0.3%， V：0.9%，稀土元素：0.006%，余量为Fe。
本发明按质量百分比组成为：Cr：22.24%，Ni：5.51%，Si：0.44%，C：0.028%，Mn：1.42%， N：0.15%，P： 0.02%，S ：0.0003%，Mo：3.16%， Sn：0.34%，Ti：0.8%，稀土元素：0.008%，余量为Fe。
本发明按质量百分比组成为：Cr：22.1%，Ni：5.58%，Si：0.51%，C：0.028%，Mn：1.45%， N：0.17%，P： 0.021%，S ：0.0005%，Mo：3.2%， Sn：0.41%，Nb：0.17%，Ti：0.56%，稀土元素：0.007%，余量为Fe。
本发明按质量百分比组成为：Cr：22%，Ni：4.5%，Si：0.54%，C：0.018%，Mn：1.43%，N：0.14%，P：0.015%，S：0.0005%，Mo：3.05%，Sn：0.29%，Nb：0.009%，Ti：0.4%，稀土元素：0.005%，Fe：余量。
本发明按质量百分比组成为：Cr：23%，Ni：6.5%，Si：0.34%，C：0.029%，Mn： 1.9%，N：0.2%，P：0.029%，S：0.0012%，Mo：3.35%，Sn：0.5%，Nb：2%，Ta：2%，Zr：0.15%，V：1.5%，稀土元素：0.01%，Fe：余量。
本发明冶炼方式可用真空感应炉、非真空感应炉、电弧炉冶炼。
本发明固溶温度在1000℃-1150℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
本发明通过一种全新配方，采用铬(Cr)、镍(Ni)、硅(Si)、钼(Mo) 配以适当比例合金化，加入Sn等元素进行微合金化改性，借此达到提高其耐侵蚀、点蚀能力的目的。
传统认为Sn是有害元素。Sn元素熔点低，在不锈钢固溶处理中会在晶界和沿晶界以及沿α/γ相界析出，并在晶界和相界产生偏析，导致热加工性能下降，极易开裂。但是Sn作为一种表面活性元素，在冶金过程中比较稳定，易于控制，常作为晶粒细化元素。有报道表明添加微量的Sn可大幅度降低晶界迁移速率，减小晶粒尺寸。而且少量的Sn能提高钢的耐腐蚀性，其强度也有一定的提高，对塑性却影响不大，本发明选0.2%≤Sn≤0.5%。
Cr是铁素体形成元素，改善材料的耐腐蚀性，提高合金的强度和耐高温氧化性能，适当控制Cr元素的含量有利于控制铬镍当量比，进而有利于控制该双相不锈钢的热加工塑性，本发明中铬的含量控制在22%≤Cr≤23%。
Ni是奥氏体形成元素，镍可以将奥氏体降低范围扩大到低温区，镍可以提高韧性和延展性，使之便于加工、制造和焊接，增强抗酸的腐蚀，保持钝化膜的能力及在腐蚀介质中的抗腐蚀能力，本发明选4.5%≤Ni≤6.5%。
Mo是不锈钢和各种耐腐蚀合金常用的合金化元素。Mo能促使合金的钝化，使钢的表面形成富铬的氧化膜，这种含有Cr，Mo的氧化膜具有很高的稳定性，而且能有效的抑制氯离子引起的点蚀。本发明合金中加入Mo使其在硫酸中的腐蚀电位正移，钝化临界电流锐减，本发明选择3-3.5%。
C是奥氏体形成元素，一定程度上代替镍，促进奥氏体并稳定奥氏体，当碳含量过高时，易和铬生成碳化铬，不锈钢的耐腐蚀性和韧性恶化,为了确保不锈钢的耐腐蚀性，本发明控制在＜0.03%。
Si是铁素体形成元素并起到稳定铁素体的作用，也起到脱氧添加剂，改善焊接流动性，硅含量过高时有增加中间相析出的趋势和降低N浓度，本发明选Si＜1%。
Mn是奥氏体形成元素和稳定奥氏体的作用，在一定程度上可以取代镍，获得奥氏体组织，同时提高氮固溶度，进而提高氮的含量，过高的锰含量对材料的耐腐蚀形不利，且促进金属相的形成，影响冲击韧性和耐腐蚀性能。锰含量本发明选Mn＜2%。
N是稳定奥氏体元素，改善钢的耐腐蚀性，尤其是耐点蚀和缝隙腐蚀性能，可以改善钢的强度，疲劳和蠕变性能，改善材料的焊接性能。但过高氮含量降低材料的热加工塑性，过低的氮含量又会降低铬的含量，对材料的耐腐蚀性能不利，本发明控制在氮含量0.14%-0.2%。
P是有害元素，偏析在晶界或相界中，对材料的耐腐蚀性和热加工性能不利，本发明控制在＜0.03%。
S是有害元素，易和锰形成硫化锰降低材料的热加工性，和钙形成钙硫化物，对抗腐蚀性能有害，本发明控制在＜0.02%。
Nb、Ti、Ta、Zr、V这些都是铁素体稳定元素，可以起到细化晶粒，提高晶间、点腐蚀性能，抑制腐蚀的发展作用。这些元素都是本发明控制元素，优先控制在Nb：0-2%，Ti：0-1%，Ta：0-2%。Zr：0-0.15%，V：0-1.5%，且这些至少添加一种元素。
加入少量的稀土元素可以提高抗氧化性、高温强度及蠕变强度，增加耐腐蚀性，稀土元素控制在0.005-0.01%范围内。
本发明的一种新型含锡双相不锈钢，具有良好的耐腐蚀性能，且具有良好的机械性能和加工性能。
附图说明
图1是本发明实施例1-3的组织图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
一种新型含锡双相不锈钢，按质量百分比组成为：
Cr：22-23 %、Ni：4.5-6.5%、Si：＜1%、C：＜0.03%、Mn：＜2%、N：0.14-0.2%、P ＜0.03%、S＜0.02%、Mo：3-3.5%、Sn：0.2-0.5%、稀土元素0.005-0.01%，且至少含有以下元素之一：Nb：0-2%、Ti：0-1%、Ta：0-2%、Zr：0-0.15%、V：0-1.5%，余量为Fe。
本发明使用非真空感应炉进行冶炼，也可以使用真空感应炉、中频感应炉冶炼，也可以用电弧炉冶炼。
本发明固溶温度在1000℃-1150℃，使铁素体与奥氏体含量约各占50%。
实施例1 ：
本实施例中，一种新型含锡双相不锈钢，按质量百分比组成为：Cr：22.19%，Ni：5.33%，Si：0.51%，C：0.028%，Mn：1.42%， N：0.17%，P：0.021%，S ：0.0006%，Mo：3.12%， Sn：0.31%，Ti：0.3%， V：0.9%，稀土元素：0.006%，余量为Fe。
采用传统常规电炉冶炼工艺方法，在冶炼过程中加入Fe60Sn40 中间合金。经电炉→AOD→LF→连铸→轧制。
Creq=22.19+1.5×0.51+3.12+0.5×0.31+1.5×0.3+1.5×0.9=28.03，
Nieq=5.3+0.5×1.42+30×（0.028+0.17）=11.95，
根据图1可知，该钢为A+F且铁素体含量到40%左右。经固溶温度1100℃处理，测得铁素体含量在47%。经35℃三氯化铁点腐蚀，浸泡24h，腐蚀速率0.12mg/(dm2.d)。
实施例2：
本实施例中，一种新型含锡双相不锈钢，按质量百分比组成为：Cr：22.24%，Ni：5.51%，Si：0.44%，C：0.028%，Mn：1.42%， N：0.15%，P： 0.02%，S ：0.0003%，Mo：3.16%， Sn：0.34%，Ti：0.8%，稀土元素：0.008%，余量为Fe。
采用传统常规电炉冶炼工艺方法，在冶炼过程中加入Fe60Sn40 中间合金。经电炉→AOD→LF→连铸→轧制。
Creq=22.24+1.5×0.44+3.16+0.5×0.34+1.5×0.8=27.43
Nieq=5.51+0.5×1.42+30×（0.028+0.15）=11.56
根据图1可知，该钢为A+F，经固溶温度1080℃处理，测得铁素体含量在53%。经35℃三氯化铁点腐蚀，浸泡24h，腐蚀速率0.08mg/(dm2.d)。
实施例3：
本实施例中，一种新型含锡双相不锈钢，按质量百分比组成为：Cr：22.1%，Ni：5.58%，Si：0.51%，C：0.028%，Mn：1.45%， N：0.17%，P： 0.021%，S ：0.0005%，Mo：3.2%， Sn：0.41%，Nb：0.17%，Ti：0.56%，稀土元素：0.007%，余量为Fe。
采用传统常规电炉冶炼工艺方法，在冶炼过程中加入Fe60Sn40 中间合金。经电炉→AOD→LF→连铸→轧制。
Creq=22.1+1.5×0.51+3.2+0.5×0.41+1.5×（0.17+0.56）=27.365
Nieq=5.58+0.5×1.45+30×（0.028+0.17）=12.245
根据图1可知，该钢为A+F，经固溶温度1080℃处理，测得铁素体含量在44%。经35℃三氯化铁点腐蚀，浸泡24h，腐蚀速率0.21mg/(dm2.d)。
本发明实施例4-10如下表2所示，表中各组分均为质量百分比：
表2：实施例4-10。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型含锡双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：Cr：22-23 %、Ni：4.5-6.5%、Si：＜1%、C：＜0.03%、Mn：＜2%、N：0.14-0.2%、P ＜0.03%、S ＜0.02%、Mo：3-3.5%、Sn：0.2-0.5%、稀土元素0.005-0.01%，且至少含有以下元素之一：Nb：0-2%、Ti：0-1%、Ta：0-2%、Zr：0-0.15%、V：0-1.5%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的新型含锡双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：Cr：22.19%，Ni：5.33%，Si：0.51%，C：0.028%，Mn：1.42%， N：0.17%，P：0.021%，S ：0.0006%，Mo：3.12%， Sn：0.31%，Ti：0.3%， V：0.9%，稀土元素：0.006%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的新型含锡双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：Cr：22.24%，Ni：5.51%，Si：0.44%，C：0.028%，Mn：1.42%， N：0.15%，P： 0.02%，S ：0.0003%，Mo：3.16%， Sn：0.34%，Ti：0.8%，稀土元素：0.008%，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的新型含锡双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：Cr：22.1%，Ni：5.58%，Si：0.51%，C：0.028%，Mn：1.45%， N：0.17%，P： 0.021%，S ：0.0005%，Mo：3.2%， Sn：0.41%，Nb：0.17%，Ti：0.56%，稀土元素：0.007%，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的新型含锡双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：Cr：22%，Ni：4.5%，Si：0.54%，C：0.018%，Mn：1.43%，N：0.14%，P：0.015%，S：0.0005%，Mo：3.05%，Sn：0.29%，Nb：0.009%，Ti：0.4%，稀土元素：0.005%，Fe：余量。
6.根据权利要求1所述的新型含锡双相不锈钢，其特征在于：按质量百分比组成为：Cr：23%，Ni：6.5%，Si：0.34%，C：0.029%，Mn： 1.9%，N：0.2%，P：0.029%，S：0.0012%，Mo：3.35%，Sn：0.5%，Nb：2%，Ta：2%，Zr：0.15%，V：1.5%，稀土元素：0.01%，Fe：余量。
7.根据权利要求1所述的新型含锡双相不锈钢，其特征在于：其冶炼方式可用真空感应炉、非真空感应炉、电弧炉冶炼。
8.根据权利要求1所述的新型含锡双相不锈钢，其特征在于：其固溶温度在1000℃-1150℃。
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