[发明专利]一种耐酸腐蚀高强度低镍双相不锈钢及其制造方法

说明书

一种耐酸腐蚀高强度低镍双相不锈钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.01～0.06％，Si：0.20～0.50％，Mn：3.0～3.8％，Cr：21.0～22.0％，Ni：1.0～1.5％，N：0.15～0.20％，Mo：0.40～0.60％，Cu：2.0～3.0％，Co≤0.05％，Sn≤0.01％，Pb≤0.01％，W+B+Nb+Ti+Co+Al+V≤0.5％，Cu％：Mo％＝5:1，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明双相不锈钢具有与S32101相当的耐点蚀性能和优于S32101的耐酸腐蚀性能，可以进一步提高其在硼酸等酸性条件下的耐腐蚀性能，降低腐蚀发生的风险，其屈服强度比现有的S32101提高20％以上；合金成本与S32101相当；采用普通原料即可冶炼满足核电用材料标准的产品。

技术领域

本发明涉及双相不锈钢，具体地，涉及一种耐酸腐蚀高强度低镍双相不锈钢及其制造方法，尤其适用于核电中废液处理池面板的硼酸环境。

背景技术

双相不锈钢室温下由铁素体与奥氏体双相组成，而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优点。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，大约是奥氏体不锈钢的两倍；耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳和耐磨性能显著改善。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：

a)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；

b)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，同时氮还降低了有害金属间相的形成速率。技术的进步使得双相钢得以广泛应用于海上石油平台、化工、造纸等多个领域；

c)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SAF2906和SAF3207。另一方面开发低镍含量且不含Mo或仅含少量Mo的经济型双相不锈钢，以降低成本，如S32101等。

第三代核电在设置了非能动安全模块，模块中装满硼酸水，以便在紧急时刻冷却反应堆。材质可选用304和低镍双相不锈钢S32101等。硼酸是一种极弱酸，一般对材料腐蚀性不大。但在核电硼酸废水池中，对材料耐腐蚀性能要求严格，必须确保不发生腐蚀，因此对材料耐酸性腐蚀要求极其苛刻。已有应用实例发现第一代和第二代采用奥氏体不锈钢304制造的硼酸废液池出现腐蚀行为。

因此在第三代AP1000核电设计中，采用S32101作为安全模块材料，取代第一代和第二代核电选材奥氏体不锈钢304。S32101具有更高强度和耐蚀性，同时由于Ni含量较低，而Co和Ni伴生，因此其Co含量可以较好的控制在0.05％以下，满足核电材料的用材标准。S32101另一个特点是N含量较高，达到0.20％～0.25％，N含量有利于获得高的强度，同时提高材料耐点蚀性能，但是同时增加冶炼铸造时产生气孔的风险和热轧边裂的风险。

随着核电技术的发展和进步，腐蚀环境越来越苛刻，随着时间的延长，安全模块中硼酸浓度有所升高，另一方面，社会对其核电安全性能要求更高。

针对这种需求，现有的低镍双相不锈钢专利中：

中国专利CN101090988通过适当的1.5-4.5％Mn代替Ni，同时添加0.15-0.25％的N以及采用较高含量的Mo(0.5-2.5wt％)，以获得更高耐腐蚀性，使得耐蚀性达到316L的水平，实现取代316L的目的；