[发明专利]一种高氮低镍双相不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其一种双相不锈钢的成分及制造工艺。

背景技术

双相不锈钢由铁素体与奥氏体双相组成，而且其中每相比例不少于30％。由于两相组织的特征使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，与铁素体不锈钢比，其韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀和焊接性能好。同时保留了铁素体钢导热系数高、膨胀系数小的优点。其屈服强度与奥氏体不锈钢相比显著提高，耐氯化物应力腐蚀断裂能力明显高于300系列的奥氏体不锈钢，同时具有优异的耐孔蚀和缝隙腐蚀的能力。

1968年不锈钢精炼工艺--氩氧脱碳(AOD)的发明，使一系列新不锈钢钢种的产生成为可能。AOD所带来的诸多进步之一便是合金元素氮的添加。双相不锈钢添加氮可以使焊接状态下热影响区的韧性和耐腐蚀性接近于基体金属的性能，氮还降低了有害金属间相的形成速率。含氮的双相不锈钢被称为第二代双相不锈钢。2205是第二代双相钢的代表钢种并广泛应用于海上石油平台、化工、造纸等多个领域。

进入2000年以来，双相不锈钢的发展呈现两种趋势。一方面进一步提高钢中合金元素含量以获得更高强度和更加优良的耐蚀性，关于这方面的专利有中国专利ZL03806936.9，已公开专利申请CN101057002和CN1768156。另一方面转向开发含Cr量21％左右，低镍量且不含钼或仅含少量钼的经济型双相不锈钢，以降低双相不锈钢的成本和售价，从而增加双相不锈钢与其他类型不锈钢的竞争优势。

实际上，在应用最广泛的奥氏体不锈钢中，通常含有8％～12％的镍，镍元素的成本占原材料成本80％左右，而在双相不锈钢2205中，含有5％左右的镍，镍元素的成本占原材料成本50％左右。因此不锈钢中每降低1％的镍，意味着降低10～15％的原材料成本。另一方面，自2005年以来，不锈钢中的重要合金元素镍价格持续攀升，且价格产生剧烈波动，导致不锈钢生产的原材料成本升高，同时据预测，稀贵金属镍的短缺具有一定的长期性。这使降低不锈钢生产成本成为钢铁企业发展的关键问题。氮元素具有强烈的奥氏体化能力，同时含量丰富，价格低廉，选择氮做为Ni的替代元素，开发含氮甚至高氮不锈钢是发展节镍不锈钢的方向。

中国发明专利ZL02145172.9公布了一种双相不锈钢的成分含量(重量％)为：0.01～0.12％C、4.0～8.0％Mn、12.0～25.0％Cr、0.20～1.5％Al、0.5～3.0％Ni、0.4～3.0％Mo、≤1.0％Cu、0.2～2.5％Si、0.05～0.3％N、0.02～0.05％Re、≤0.03％S、≤0.035％P、余Fe。该发明的目的是提供一种性能优异，以锰、铬、铝为主加元素的双相不锈钢，采用的固溶处理温度为980℃～1080℃。但是在大生产中，由于Al极易氧化，形成铝的氧化物或者氮化物，不仅导致浇注过程中结瘤，而且增加了钢中硬质量夹杂物，严重影响产品的表面质量。

欧洲专利局专利EP1327008公布了一种奥氏体-铁素体双相不锈钢，其成分范围(重量％)：0.02～0.07％C、3.0～8.0％Mn、19.0～23.0％Cr、1.1～1.7％Ni、0.1～2.0％Si、0.15～0.3％N、可能包含的合金元素有不大于1.0％的Mo或W、不大于1.0％的Cu、0.003～0.005％B、≤0.004％Ti、≤0.002％Nb、≤0.04％V、≤0.03％Ce或Ca，余量为Fe或不可避免的杂质。经1050℃退火处理后，该双相钢具有较高的强度、优良的耐腐蚀性能和焊接性能，同时钢中的Ni元素含量被降低至1.1～1.7％，与广泛应用的奥氏体不锈钢相比具有成本显著降低的特色。POSCO公司在专利EP1327008的基础上进一步提高了Mo含量，申请了中国专利CN101090988，其Ni含量为1.0～3.0，Mo提高了至0.5～2.5，目的是进一步提高耐腐蚀性能。

中国发明专利CN1970815公开了一种含稀土金属的高氮无镍超级双相不锈钢合金材料及其制备方法，其成分范围(重量％)为：0～0.03％C，24～26％Cr，14～20％Mn，2.0～4.0％Mo，0.30～0.55％N，0.05～0.2％Re(Ce或Y)，Si≤1.0％，S≤0.01％，P≤0.02％，Ca≤0.015％，B≤0.01％，其余为Fe。该高氮无镍超级双相不锈钢具有优良的耐蚀性，孔蚀抗力当量值大于40(PREN＝Cr％+3.3Mo％+16N％)，并且适量稀土(铈或钇)、硼和钙的加入有效改善了其热加工性。该专利公开的成分体系属于超级双相不锈钢。