CN110691860B

CN110691860B - 新型双相不锈钢

Info

Publication number: CN110691860B
Application number: CN201880033832.XA
Authority: CN
Inventors: 埃莱奥诺拉·白蒂尼; 拉古维尔·加德丹; 卡琳·安东松; 柴国才; 克里斯蒂娜·哈拉德逊; 诗丽吉·拉文德拉
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2038-05-22
Also published as: US11248285B2; EP3631031B1; CN110691860A; WO2018215466A1; US20210156013A1; EP3631031A1; JP2020521047A

Abstract

本公开涉及一种新型双相不锈钢。此外，本公开涉及一种包含所述双相不锈钢的产品，其中方法包括在预定温度和在预定时间期间对制品实施热处理的步骤，所述制品包括所述双相不锈钢。

Description

新型双相不锈钢

技术领域

本公开涉及一种新型双相不锈钢。此外，本公开涉及一种包含所述双相不锈钢的产品以及一种生产所述产品的方法。所述生产方法包括在预定温度下和在预定时间期间对制品进行热处理的步骤，所述制品包括双相不锈钢。

背景技术

双相不锈钢是一类具有双相结构的不锈钢，所述双相即为奥氏体相和铁素体相。这些钢通常具有良好的机械性能(例如强度和韧性)和良好的耐腐蚀性的组合。然而，在某些应用中，对于双相不锈钢存在以下需求，即具有甚至更高的强度同时还能够以合理成本进行生产，也就是含有较少量的贵合金化元素。

本公开的目的就是提供一种双相不锈钢，其具有高强度和高延展性和良好的耐腐蚀性的组合，同时其能够以合理的成本进行生产。

发明内容

因此，本公开提供了一种双相不锈钢，其以重量％(wt％)计包含：

C 低于或等于0.03；

Si 低于或等于1.0；

Mn 低于或等于2.0；

Mo 低于或等于0.5；

P 低于或等于0.05；

S 低于或等于0.05；

N 0.05至0.20；

Ni 3.5至5.5；

Cr 21至24；

Ta 0.05至0.65；

余量的Fe和不可避免的杂质，同时铁素体∶奥氏体的体积比为35∶65至65∶35。

合金化元素钽(Ta)通常添加至钢合金中，用于获得晶粒细化效果或者用于稳定微观结构。然而，Ta通常并不添加到双相不锈钢中，这是因为这些钢中含有大量的氮。已知Ta会形成氮化物，因此，通过添加Ta到双相不锈钢中，会增加形成不期望析出物的风险，这进而将会降低耐腐蚀性。令人惊奇地，本发明人已经发现了通过添加本发明公开的特定范围内的Ta，上述问题将不会发生，双相不锈钢的强度反而会增加。

本公开还涉及一种产品，其包含所述双相不锈钢。

本公开还涉及一种生产产品的方法，所述产品包括上文或下文定义的双相不锈钢，其中所述方法包括在800至低于1050℃的温度下经过预定时间热处理制品/产品的步骤，所述制品/产品包含所述双相不锈钢。已经令人惊讶的发现，通过将上文或下文定义的双相不锈钢经所述热处理步骤处理，所得到的制品/产品的强度甚至提高更多，根据一种实施方式，所述热处理步骤可以在比常规钢生产方法中使用的温度更低的温度下进行。

附图说明

图1公开了经过热处理的双相不锈钢的屈服强度的百分比变化，其中已向所述双相不锈钢加入一定量的Ta并且已经过热处理。

具体实施方式

本公开涉及一种双相不锈钢，其包括以重量％(wt％)计：

C 低于或等于0.03；

Si 低于或等于1.0；

Mn 低于或等于2.0；

Mo 低于或等于0.5；

P 低于或等于0.05；

S 低于或等于0.05；

N 0.05至0.20；

Ni 3.5至5.5；

Cr 21至24；

Ta 0.05至0.65；

本公开的双相不锈钢是一种所谓的低合金双相不锈钢，这意味着其包括低含量的Ni。本发明人已经出乎预料的发现，通过添加本发明公开范围内的Ta于低合金双相不锈钢中，所述双相不锈钢的强度将会增加，此外将获得高强度和高延展性的组合。

本公开的铁素体∶奥氏体的体积比为35∶65至65∶35。根据一种实施方式，铁素体∶奥氏体的体积比为40∶60至60∶40，例如50∶50。

下文中，将会讨论上文或下文定义的双相不锈钢的合金元素，其中wt％为重量％：

碳(C)被限定在0.03wt％或更低的含量，从而保证双相不锈钢的耐腐蚀性。因为碳化铬的形成，高于0.03wt％的含量将会降低耐腐蚀性和韧性。

硅(Si)的添加量为低于或等于1.0wt％，从而获得脱氧效果。然而，高于1.0wt％，Si将会促进金属间相、例如σ相的析出，因此Si的含量为1.0wt％或更低，例如0.6wt％或更低。根据一种实施方式，Si的最小量为0.01wt％。根据一种实施方式，Si的量为0.2至0.6wt％，例如0.3至0.6wt％。

锰(Mn)在大部分的双相不锈钢中都添加，这是因为其能够与硫结合，因此改善了热延展性。Mn还具有奥氏体稳定化效果。然而，如果Mn的添加浓度超过2.0wt％，例如1.2wt％，所述双相不锈钢的耐腐蚀性和韧性将会恶化。根据一种实施方式，Mn的最小量为0.01wt％。根据一种实施方式，Mn的量为0.5至1.0wt％，例如0.7至0.9wt％。

磷(P)将会降低双相不锈钢的热可加工性、可焊接性和韧性，因此被限制到0.05wt％或更低，例如0.04wt％或更低。

硫(S)将会降低双相不锈钢的热可加工性、韧性和耐腐蚀性，因此被限制到0.05wt％或更低，例如0.03wt％或更低。

镍(Ni)将会稳定双相不锈钢的奥氏体结构，并且还将会提高耐腐蚀性和韧性。但是另一方面，镍是昂贵的合金元素，因此，限制其含量为3.5至5.5wt％，例如3.5至5.0wt％。

铬(Cr)以至少21wt％的量存在，用于确保双相不锈钢的良好耐腐蚀性。Cr将会稳定双相不锈钢的铁素体结构。另一方面，如果Cr的量超过24.0wt％，金属间化合物将更容易析出，因此影响韧性和耐腐蚀性。因此，Cr的量为21.0至24.0wt％，例如22.0至23.5wt％。

添加钼(Mo)用于增加耐腐蚀性并用于稳定铁素体相。然而，如果添加了太高量的Mo，其将会促进金属间相的形成，这对于耐腐蚀性和韧性都是不利的。在本双相不锈钢中，因此，Mo的量为0.5wt％或更低，例如0.3wt％或更低。根据一种实施方式，Mo的最小量为0.01wt％。根据一种实施方式，Mo的含量为0.2至0.4wt％。

氮(N)是一种对于奥氏体相中的固溶体并提高强度和耐腐蚀性有效的元素。由此，其在本双相不锈钢中的量为0.05wt％或更高。如果含量超过0.20wt％，N将会引起氮化物的析出，并因此降低了韧性和耐腐蚀性。因而，N的含量为0.05至0.20wt％。根据一种实施方式，N的含量为0.09至0.18wt％。

钽(Ta)将会形成碳化物、氮化物和氧化物析出物，例如TaC、TaN、TaO和/或Ta(C，N)。这些是难以在钢中溶解的稳定颗粒。在本双相不锈钢中，令人惊讶的发现，如果Ta以0.05至0.65wt％的量存在，双相不锈钢的强度将会增加。根据一种实施方式，Ta的含量为0.05至0.60wt％。根据一种实施方式，如果Ta的量为0.20至0.60wt％，则本发明的钢的强度将会极大地提升。

如上文或下文定义的双相不锈钢可以任选地包括一种或多种下述元素，所述元素选自Al，V，Nb，Ti，Zr，Hf，Mg，Ca，La，Ce，Y，Cu，W和B。这些元素可以在生产期间添加，以增强例如脱氧性、耐腐蚀性、热延展性或机加工性。然而，如本领域公知的，取决于存在的其它合金元素以及预期的效果，这些元素的添加必须是适合的。因而，如果添加，这些元素的总含量低于或等于1.0wt％。

本文所称的术语“杂质”旨在表示以下物质，在双相不锈钢进行工业生产时，由于原料例如矿石和废料和由于在生产过程中的各种其它因素，所述物质将会污染双相不锈钢但在一定范围内使得污染不会不利影响上文或下文定义的双相不锈钢。

本发明还涉及一种用于生产包含上文或下文定义的双相不锈合金的产品的方法，所述方法包括下述步骤：

-提供具有下述组成的熔体：

C 低于或等于0.03；

Si 低于或等于1.0；

Mn 低于或等于2.0；

Mo 低于或等于0.5；

P 低于或等于0.05；

S 低于或等于0.05；

N 0.05至0.20；

Ni 3.5至5.5；

Cr 21.0至24.0；

Ta 0.05至0.65；

余量的Fe和不可避免的杂质，同时铁素体∶奥氏体的体积比为35∶65至65∶35；

-将所得熔体铸造为制品；

-热加工所述制品；

-任选地冷加工经过热加工的所述制品；

-在预定时间期间和在800至低于1050℃的温度范围内热处理所述制品

在铸造步骤期间，所得熔体可以浇注到模具中。一旦所得熔体在模具中，其将会开始冷却，同时凝固开始。然后从模具中移出所得制品。由于这是一种合金，熔点将是一个温度范围，并同时取决于合金的组成。

所述制品将进行热加工，热加工方法的实例为锻造、热轧和挤压。所述热加工步骤可以包括不同的热加工方法的组合，或者所述制品可以使用相同的热加工方法进行数次热加工。

在热加工步骤后，所述制品可以进行冷加工或直接进行热处理。冷加工方法的实例为冷轧和冷拉拔。相对于热加工，冷加工步骤可以包括一种或多种可以相同或不同的冷加工方法。

热处理步骤是本生产方法中的最重要步骤，这是由于已令人惊讶地显示热处理将会增加所得产品的强度。所述热处理步骤在预定时间期间进行，取决于产品的形状和厚度，预定时间的实例为10分钟至1小时的范围，例如10分钟至30分钟。热处理可以在800至1050℃的温度下进行。为了获得甚至更高的屈服强度，热处理步骤的温度可以在850℃至1000℃的范围，例如850℃至950℃，例如850℃至900℃。根据一种实施方式，实施的热处理为固溶退火。

在热处理后，所得产品通过以下方式进行冷却，例如在液体比如水中淬火，或通过空气冷却至室温。

本公开进一步通过下述非限制性实施例进行说明。

实施例1

表1示出了生产的钢液(heat)的化学组成，从表中可以看出，所述钢液为低双相不锈钢，这是由于其含有低量的Ni。

由于Ni和N均为稳定奥氏体的合金元素，它们可以在一定程度上相互补偿，如钢液10中所示，从而获得双相不锈钢的结构稳定性，钢中的N的增长可以降低Ni的含量。

研究的合金以1kg重量铸锭形式生产。通过真空感应熔炼的方式进行熔炼，然后将熔体铸造成铸锭，所述铸锭然后在1150℃下热轧至最终的7mm×7mm尺寸，然后通过空气冷却。

然后，所述热轧制品在表2所示的相应温度下进行固溶退火处理，持续十分钟，然后进行水淬。进行固溶退火以实现奥氏体(γ)和铁素体(α)的近乎相同比例。

表1 双相不锈钢钢液的化学组成-给出的数值以wt％计。余量为铁和不可避免的杂质。标记了“*”的钢液处于本公开的范围内。

钢液	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	N	Ta	Ti
										1	0.010	0.44	0.86	22.6	4.62	0.30	0.119	-	-
2*	0.016	0.50	0.74	22.55	4.65	0.29	0.123	0.06	0.03
										3*	0.015	0.48	0.86	22.62	4.65	0.29	0.121	0.08	0.01
4*	0.014	0.49	0.87	22.68	4.63	0.29	0.130	0.16	-
										5*	0.019	0.58	0.75	22.50	4.63	0.29	0.093	0.24	0.01
6*	0.013	0.50	0.82	22.71	4.65	0.30	0.110	0.55	-
										7*	0.013	0.53	0.80	22.60	4.59	0.29	0.114	0.40	0.005
8	0.013	0.51	0.84	22.55	4.59	0.29	0.114	0.69	0.006
										9	0.015	0.53	0.86	22.77	4.64	0.29	0.123	0.81	0.004
10*	0.014	0.53	0.84	23.06	3.66	0.29	0.174	0.58	0.004

拉伸测试

表2示出了钢液铸锭(heat)的拉伸性能的概况。从表中可以看出，与参考试样(1、8和9)相比，0.05-0.65wt.％Ta的添加量具有提高Rp0.2(屈服强度)和Rm(拉伸强度)的组合效果。从表2中还可以看出，与本公开的双相不锈钢相比，钢液铸锭1(没有添加Ta)在850-900℃持续10-30分钟的制品热处理具有相反的效果，即它导致了Rp0.2和Rm的降低。

在命名为4C30(即4mm的直径和30mm的计量长度)的试样上实施了拉伸测试，根据ISO6892-1：2009在室温下实施所述测试。

对于本公开的双相不锈钢，在850-1050℃的温度范围进行的热处理显示了屈服强度和拉伸强度上的提高。然而，当试样热处理了10分钟或30分钟时，温度850、900和950℃显示出了甚至更好的提高。从表3可以看出，对于屈服强度和拉伸强度，这将提供显著的提高。

表2 热处理后的钢液铸锭的机械性能

Claims

1.一种双相不锈钢，所述双相不锈钢以重量％(wt％)计由如下组成：

C 低于或等于0.03；

Si 0.2至0.6；

Mn 0.7至0.9；

Mo 0.2至0.4；

P 低于或等于0.04；

S 低于或等于0.03；

N 0.05至0.20；

Ni 3.5至5.0；

Cr 22.0至23.5；

Ta 0.40至0.65；

任选地，选自Al、V、Nb、Ti、Zr、Hf、Mg、Ca、La、Ce、Y、Cu、W和B中且总量小于或等于1.0的一种或多种元素；

余量的Fe和不可避免的杂质，同时铁素体：奥氏体的体积比为40:60至60:40，

其中在制备所述双相不锈钢的方法中包括在10分钟至1小时期间和在850℃至950℃的温度范围内对所述双相不锈钢进行热处理的步骤。

2.根据权利要求1所述的双相不锈钢，其中，N的含量为0.09至0.18重量％。

3.根据权利要求1或2所述的双相不锈钢，其中，铁素体：奥氏体的体积比为50∶50。

4.一种方法，所述方法包括以下步骤：

-提供以重量％(wt％)计具有下述组成的熔体：

C 低于或等于0.03；

Si 0.2至0.6；

Mn 0.7至0.9；

Mo 0.2至0.4；

P 低于或等于0.04；

S 低于或等于0.03；

N 0.05至0.20；

Ni 3.5至5.0；

Cr 22.0至23.5；

Ta 0.20至0.60；

余量的Fe和不可避免的杂质；

-将所述熔体铸造为制品；

-热加工所述制品；

-任选地冷加工经过热加工的所述制品；

-在10分钟至1小时期间和在850℃至950℃的温度范围内热处理所述制品。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述温度范围为850℃至900℃。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述热处理是固溶热处理。