[发明专利]高性能耐腐蚀稀土超强双相不锈钢及其冶炼工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁基合金，具体的说是一种铁基加稀土的高性能耐腐蚀稀土超强双相不锈钢及其冶炼工艺。

背景技术

近年来随着我国国民经济的发展，对具有各种耐蚀性能不锈钢的需求与日俱增，特别是近海油田、气井、化工、造船、火药、原子能、天然气和煤气管道工业的迅速发展造成了材料使用条件的多样化和腐蚀环境的苛刻化。各种环境介质的均匀腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和氢脆事故不断发生，给国民经济带来了巨大损失。据工业发达国家的调查表明，每年因腐蚀直接造成的损失约占国民经济生产总值的2～4％，比地震、风灾、水灾和火灾直接造成的经济损失的总和大得多，我国每年因腐蚀造成的经济损失至少在三百亿以上。目前，国内生产钢种主要以奥氏体不锈钢为主，在国内外发展前景好、用途广，生产成本低的铁素体——奥氏体双相不锈钢产量却很少，估计仅有数百吨，而稀土双相不锈钢更为罕见，双相不锈钢材主要依赖进口，每年进口双相不锈钢材及其成套设备约数千吨。据2004年北京国际双相不锈金刚大会上中国专家介绍，我国近两年的双相不锈钢消费量达到4000吨，仅1999年的消费量增长100％。因此，开发研制低成本高性能耐腐蚀稀土超强双相不锈钢，不是单纯的技术问题，而是关系到保护资源、节约能源、节省材料、保护环境、保证正常生产人身安全、发展科学技术等一系列重大的社会和经济问题。现工业中常用的316型奥氏体钢1Cr₁₈Ni₉Ti、OCr₁₈Ni₁₂Mo₂Ti和316L等，不能满足化工部门某些特殊要求(例如：PH值为1.0～1.5的室温苯酚污水处理装置的耐蚀性要求)。而一些能满足此类耐蚀性能要求的高镍铬奥氏体不锈钢(如北京稀土研究院研制的941钢)和钛合金却价格昂贵，难于采用。此外，现有耐蚀性能优良的铁素体—奥氏体双相钢热加工性能差，不能锻轧成形，难于制造类似苯酚污水处理装置离心泵主轴等性能要求较高的零部件。例如：法国的Urnus50、美国的J93370等均属此类合金。另外，美国专利4500351(1985年)提出了一种铸造的双相不锈钢，该钢含有较高的Ni、Cr和Mo，生产成本较高，耐蚀性能一般。美国专利4828630(1989年)提出了一种高锰的双相不锈钢，该合金虽经济性较好，但耐蚀性较差，只适用于制造汽车下车身结构件。欧洲专利0220141(1987年)提出了一种具有高耐蚀性和良好组织稳定性的高含氮量双相不锈钢，该合金Ct、Mo含量较高，因而经济性较差。并且，其化学成分复杂，冶炼工艺上难度较大。同时，该合金稀土铈上限含量高达0.18％。这不仅不经济，而且极易产生过量稀土夹杂，对钢的性能产生不利影响。该合金耐蚀性一般，主要适用于有氯离子存在的环境。综上所述，现有技术中的双相不锈钢在耐蚀性、热加工性能以及生产成本方面均存在不足之处，因而其应用范围受到很大限制。此外，现有的稀土渣电渣重熔工艺中重熔钢电极棒本身不含稀土，只是把稀土涂在电极棒上或结晶器内，或加入渣中，然后采用稀土渣重熔，如北京钢丝厂重熔稀土铁铬铝电热合金工艺即是如此。也有的采用单纯稀土渣重熔，加还原剂将渣中稀土还原入电渣钢中。

还有如中国专利93109986.2的“一种稀土不锈钢及其冶炼方法”所披露的技术方案中，采用了不同化学成份组合和不同的重量百分比，在化学成份组合中，未采用有利细化晶粒、提高钢强度和耐腐蚀性能的钨成份，在稀土材料中采用了单一稀土Ce，在稀土渣重熔工艺中，稀土钢电极棒采用了四元稀土渣系进行重熔，虽然所制得的双相不锈钢在一定程度上提高了电渣钢的冶金质量，取得了较好的耐腐蚀性能，但作为近海油田等恶劣环境对材料使用条件的多样化和腐蚀环境的苛刻化，该双相不锈钢仍然满足不了要求，且热加工性能差，耐盐酸腐蚀性能差，特别是锻造工艺及性能较差。

上述现有技术还存在以下问题：第一，采用Re、Mg、Ca或其合金单一处理钢液，不能综合发挥稀土金属Re和碱土金属Mg、Ca复合处理钢液的优点。因碱土金属Mg、Ca微溶于钢液，蒸发损失大、回收率低，但所形成的硫氧化物夹杂比重小，易于上浮排除；而稀土在钢中的溶解度较大，蒸发损失较小、回收率较高，但形成的硫氧化物夹杂比重较大，较不易于上浮排除，故单一采用稀土金属Re或碱土金属Mg、Ca处理钢液各有局限。

第二，不能适时适量地采用活性金属处理钢液。以往的实践证明这些活性金属在钢中加少了对改善钢的性能无明显效果，加多了形成大个夹杂物反而对钢的力学性能产生不良影响。