[发明专利]一种具有优异热塑性和耐蚀性的双相不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及双相不锈钢领域，尤其涉及一种具有优异热塑性和耐蚀性的双相不锈钢及其制造方法。

背景技术

双相不锈钢固溶处理后，在室温下由约50%铁素体与50%的奥氏体双相组成。两相组织的存在使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的特点。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的强度，特别是屈服强度显著提高，耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐磨性能显著改善。与铁素体不锈钢比，其韧性提高、脆性转变温度降低、耐晶间腐蚀和焊接性显著改善，同时保留了铁素体钢导热系数高、膨胀系数小的优点。

迄今为止双相不锈钢的发展经历了三个重要阶段。1971年以前所开发的牌号为第一代双相不锈钢，由于冶炼条件的限制，C、N的含量都无法准确控制，其焊接后性能急剧下降。1971～1989年开发的牌号属于第二代双相不锈钢，代表钢种为S32205。借助于1968年不锈钢精炼工艺-氩氧脱碳(AOD)的发明和应用，可以使双相不锈钢中氮含量显著提高，碳含量得到准确控制，从而显著改善焊缝、热影响区的韧性和耐腐蚀性能。氮合金化大大提高了第二代双相不锈钢使用性能，使得双相钢得以广泛应用于化工、造纸、压力容器等多个领域。1990年以后出现的牌号为第三代双相不锈钢，其发展呈现2种趋势。一方面进一步提高钢中合金元素特别是Cr、Mo、N的含量以获得更高强度和更加优良的耐腐蚀性能，如瑞典SANDVIK开发的超级双相不锈钢SAF2906和SAF3207。另一方面则开发低镍含量、不含Mo或仅含少量Mo的经济型双相不锈钢，以降低成本，如LDX2101等。

不管对于经典双相不锈钢、经济型双相不锈钢，还是超级双相不锈钢而言，热塑性较差是其制造过程中必须面对的难题。尤其在钢卷的轧制过程中，钢卷边部会发生严重的开裂，严重影响加工制造的连续性与规模化，降低了成材率，提高了生产成本，不利于双相不锈钢的大规模应用。

双相不锈钢热塑性较差，主要原因是热加工过程中奥氏体相与铁素体相的变形行为不同。铁素体在变形时的软化机制是动态回复，即便在很低的应变下也会发生；而奥氏体则是在应变高于某个临界值后的动态再结晶。因为铁素体相更“软”，因此应力与应变倾向于集中在铁素体相中，这种两相中不均匀的分布容易导致在相界裂纹形核与扩展。因此，如何使得两相的软化倾向接近从而使得应力与应变更均匀分布，是提高双相不锈钢热塑性的重要途径。

实践表明，Cr元素将降低铁素体的高温变形抗力，也即加速铁素体高温下的软化。因此，要提高双相不锈钢热塑性，可降低Cr含量。但Cr是决定不锈钢耐腐蚀性能的关键元素，根据耐点蚀当量PREN值的计算：

PREN=Cr%+3.3Mo%+30N%-Mn%   (1)

Cr含量降低将显著影响双相不锈钢的耐腐蚀性能。此外Cr也是重要的奥氏体稳定元素，根据Ms及Md_30/50的计算：

M_s=1305-61.6Ni%-41.7Cr%-33.3Mn%-27.8Si%-1667(C+N)%   (2)

Md_30/50=580-520C%-2Si%-16Mn%-16Cr%-23Ni%-300N%-26Cu%-10Mo%   (3)

式（2）中，M_s为即冷却过程中奥氏体向马氏体转变的开始温度点；

式（3）中，Md_30/50是衡量变形过程中奥氏体向马氏体转变的温度点。

Mo元素可提高铁素体高温变形抗力，因此钼也可加速铁素体高温下的软化。考虑到钼在铁素体中偏聚，增加双相不锈钢中的Mo含量可提高其热塑性。根据式（1），Mo可显著提高材料的耐腐蚀性能。

N是双相不锈钢中最重要的合金元素之一。N可提高奥氏体高温下的变形抗力，使得奥氏体高温下更“硬”；加之N偏析在奥氏体中，因此降低N含量可提高双相不锈钢的热塑性。根据奥氏体当量的计算公式：

Ni_eq=Ni+30(C＋N)+0.5Mn+0.25Cu   (4)

N是很强的奥氏体形成元素，其形成奥氏体的能力了是Ni的30倍。同时由公式（1）可知，N可显著提高材料的PREN值，从而有利于提高双相不锈钢钢的耐蚀性。从式（2）、式（3）可知，N可提高奥氏体的稳定性。此外，也是保证双相不锈钢焊接性能的关键元素。