[发明专利]超低碳双相不锈钢及其制造方法

说明书

本发明属于合金钢领域。主要适用于制作要求抗腐蚀、特别是抗腐蚀疲劳的零部件及设备。

在化肥生产工艺流程中，特殊泵、阀用材始终是仍未能圆满解决的关键问题之一。泵、阀是动态设备，易损坏，常更换，对所用材料要求具有优异的耐腐蚀性能，和具有良好的耐腐蚀疲劳性能，对尿素生产的心脏设备--甲铵泵，就要求具有优异的抗腐蚀疲劳性能。

诸如甲铵泵之类的尿素生产关键设备在运行中，由于受交变应力和甲铵液强腐蚀的联合作用，在缸体内腔容易产生腐蚀疲劳开裂，其使用寿命短，不仅缸体消耗量大，而且严重影向尿素的连续生产，经济损失大。与缸体开裂有关的因素很多，如缸体材料性能、设计制造、使用和维修等，但是其中材料本身的抗腐蚀疲劳性能是最主要的因素。材料的抗腐蚀疲劳性能主要取决于材料的耐蚀性、疲劳强度和材质质量等因素。

在现有技术中，超低碳双相不锈钢是抗腐蚀疲劳性能最优异的金属材料之一。所谓双相是钢的金相组织为双相：即奥氏体组织(γ相)和铁素体组织(α相)。双相钢优异的耐尿素甲铵液的腐蚀疲劳性能主要取决于合适的两相比例钢的纯净度及组织均匀性，同时要避免脆性相的析出，经多年研究认为，当α相和γ相之间两相的比例各占约50％时，其抗腐蚀疲劳性能和综合性能最优。

日本标准JISG4303(1974)公布了一种双相不锈钢SUS329J1。SUS329J1钢是在美国AISI329钢的基础上将碳含量由C≤0.1％C降为≤0.08％，进一步改善耐蚀性、焊接性及其它综合性能的双相不锈钢。此钢除具有较好的耐孔蚀性能外，在磷酸和其它特殊环境中的耐蚀性也优于含Mo的18-8型奥氏体钢，该钢主要适用于海水和其它工业用介质的热交器用传热管和含氯离子卤水介质及磷酸介质中。该钢的显微组织中α相数量偏高，达60～70％，故整体的耐蚀性能稍差，尤其是在甲铵液介质中的抗腐蚀疲劳性能更差，使该钢在尿素生产等设备中的应用受到限制。

本发明的目的在于提供一种抗腐蚀疲劳性能和综合性能优异的超低碳双相不锈钢及其制造方法。

针对上述目的，本发明采用的主要技术措施是：在化学成分上，降低碳含量、加N，提高Cr、Mo含量，尤其要求控制镍当量(Nieq)；在制造方法上，采用精炼事适的热加工和热处理制度。通过上述措施获得具有最佳的α相和γ相比例、以及纯洁度高和均匀性好的材料以便获取优异的性能。

本发明的具体化学成分(重量％)为：

C≤0.03％,Si≤1.00％,Mn≤1.00％,S≤0.03％,P≤0.035％,Cr23.0～27.0％,Ni4.0～7.0％,Mo1.0～3.0％,NO.10～0.152％，余为Fe；

同时，镍当量(Nieq)必须满足的如下要求：

Nieq=7.9～9.9

Nieq=1×Ni％+15×N％+30×C％+0.5×Mn％。

在组织结构中铁素体(α相)必须满足如下要求：

α相(％)=144-10Nieq

本发明制造方法如下：

(1)冶炼工艺

[1]电炉或感应炉熔炼+电渣重熔工艺；

[2]电炉熔炼+VOD精炼+电渣重熔工艺；

冶炼后浇铸成钢锭。

(2)热加工工艺

钢锭的热加工可采用锻造或轧制，其中加热温度为1150～1200℃，开锻或开轧温度≥1050℃，终锻或终轧温度≥950℃，锻轧后空冷。

(3)热处理工艺

钢锭经锻或轧制成材后进行热处理，热处理工艺采用固溶处理，固溶温度1020～1070℃，保温时间20分钟～2小时，然后快速冷却至室温。

本发明超低碳双相不锈钢制品适用于尿素生产中的关键设备--甲铵泵、阀等设备。

在钢的化学成分上，降低C含量，是为了防止脆性易蚀相碳化物的析出，改善钢的抗晶间腐蚀性能和综合性能。钢中较高的Cr、Mo含量，不仅能形成致密而均匀的钝化膜，而且钝化膜的自修能力也很强，使之提高耐蚀性。Ni和N均能提高钢的抗腐蚀疲劳性能。控制合适的Ni、N含量及镍当量主要是调节α相和γ相两相的比例，使钢获得由适宜的两相比例所构成的特殊组织结构，钢中的α相数量可达到较满意的45～65％。这是获取优异的抗腐蚀疲劳性能和综合性能的关键。