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CN1578843A - 二联不锈钢 - Google Patents

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Abstract

一种二联不锈钢包括小于以重量百分比计，3百分数的镍和1.5百分数的钼。在一个实施方案中，该二联不锈钢包含，以重量百分比计，最多0.06百分数的碳；15－25百分数的铬；1到小于2.5百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001－0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。所提供的二联不锈钢可以以一种制品的形式提供，例如：条、棒、板、板材、铸件、管材或者管道。本发明还公开了一种制造该二联不锈钢的方法。

Description

二联不锈钢
背景技术
发明领域
本发明一般涉及二联不锈钢。特别地，本发明涉及可以作为某些已知二联不锈钢的经济替代品的二联不锈钢，而且其相对于某些奥氏体不锈钢，例如304、316和317型奥氏体不锈钢，还具有改进的耐腐蚀性。本发明还涉及生产本发明的二联不锈钢的方法。本发明的二联不锈钢已应用于：例如腐蚀环境中和形成制品，如：条、棒、板、板材、铸件、管材或者管道中。
发明背景
二联不锈钢是一种合金，其包含由奥氏体和铁氧体相的混合物组成的显微组织。通常，二联不锈钢同时显示出这两相的某些特性，以及相对较高的强度和延展性。已经提出了各种二联不锈钢，其中一些在美国专利号3,650,709、4,340,432、4,798,635、4,828,630、5,238,508、5,298,093、5,624,504和6,096,441中有描述。
早期的双相合金对一般腐蚀和氯化物应力腐蚀断裂具有中等的抗性，但是当用于焊态条件时性能显著损失。目前，可以从宾夕法尼亚州匹兹堡的Allegheny Ludlum公司获得一种最广泛使用的第二代二联不锈钢，商标为AL2205(UNS S31803和/或32205)。这种二联不锈钢为一种标称22％铬、5.5％镍、3％钼和0.16％氮的合金，其在许多环境中提供优于304、316和317型奥氏体不锈钢的耐腐蚀性(除非另作说明，所有的百分数在本文中都为总合金重量的重量百分数)。AL 2205，一种氮增强的二联不锈钢，其在改进腐蚀特性和焊态性能中具有氮的冶金学优势，还显示出两倍以上的常规的奥氏体不锈钢的屈服强度。这种二联不锈钢常常以焊接管或管状部件的形式使用，以及在对一般腐蚀和氯化物应力腐蚀断裂(“SCC”)的抗性重要的环境中以成形的和焊接的板产品的形式使用。增加的强度创造了减小管壁厚度的机会并防止处理危险。
正如方才所表明的，AL 2205已被管材和管端用户广泛接受，特别是当SCC至关重要时作为316型不锈钢的代替物。这在很大程度上是由于AL 2205比316型和317型奥氏体不锈钢显著地更耐缝隙腐蚀的事实。下表中说明了这种出众的耐氯离子缝隙腐蚀性，其显示了使用10％氯化铁溶液的ASTMG48B步骤的结果。提到的10％氯化铁溶液是以六水合物盐的重量计并相当于约6重量％的无水氯化铁盐溶液。
  10％氯化铁溶液中的缝隙腐蚀数据
  合金     发生缝隙腐蚀的温度
  316型     27°F(-3℃)
  317型     35°F(2℃)
  AL 2205     68°F(20℃)
然而，AL 2205的突出的耐腐蚀性(和其它性能)可能大于一些应用中所需要的。在某些SCC应用中，当AL 2205提供合格的工艺溶液时，其不能作为304型不锈钢的经济替代合金。AL 2205的较高的成本主要由于合金元素镍(标称5.5％)和钼(标称3％)的量。
因此，提供一种可焊、可成形的二联不锈钢，其具有比304型、316型或317型奥氏体不锈钢更大的耐腐蚀性，并可具有比通常使用的AL 2205二联不锈钢更低的生产成本，是合乎需要的。
发明简述
本发明涉及一种显示出耐腐蚀性的二联不锈钢，并且其相对于其它二联不锈钢，包括AL 2205，具有较低的合金元素镍和钼的量。根据本发明的一个实施方案，该二联不锈钢包含，以重量百分比计，最多0.06百分数的碳；15百分数到小于19百分数的铬；1百分数到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数到最多0.35百分数的氮，最多2百分数的硅，最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；最多0.03百分数的硼；铁和偶存的杂质。根据本发明的另一个实施方案，该二联不锈钢包含：以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15百分数-25百分数的铬；1百分数到小于2.5百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数-0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001百分数-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。根据本发明的又一个实施方案，该二联不锈钢包含，以重量百分比计，最多0.06百分数的碳；15百分数到小于21.5百分数的铬；1百分数到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001百分数-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。
本发明还涉及由本发明的二联不锈钢制得的或包括本发明的二联不锈钢制得的制品，例如：条、棒、板、板材、铸件、管材或者管道。当打算用于含有氯化物的环境中时，由本发明的二联不锈钢形成的制品会特别有优势。此外，本发明涉及制备二联不锈钢的方法。特别地，根据本发明的方法，提供了一种具有前述化学性质的二联不锈钢，并对其进行处理，包括固溶退火和冷却。可以进一步把该钢材加工成为一种制品或者成为任何其它所需的形式。
发明详述
本发明涉及一种二联不锈钢，其特征在于相对于某些已知的二联不锈钢，包括AL 2205，它含有降低的合金元素镍和钼的量。特别是，本发明的二联不锈钢含有，以重量百分比计：小于3百分数的镍和小于1.5百分数的钼。根据本发明的一个特别的实施方案，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15百分数到小于19百分数的铬；1百分数到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数-最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；最多0.03百分数的硼；铁和偶存的杂质。根据本发明的另一个实施方案，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15百分数-25百分数的铬；1百分数到小于2.5百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数-0.35百分数的氮，最多2百分数的硅，最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001百分数-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。根据本发明的又一个实施方案，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15百分数到小于21.5百分数的铬；1百分数到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001百分数-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。可以理解：在刚叙述的钢材组合物中，碳、锰、硅、钼、铜、钴、磷、硫和仅在一个实施方案中的硼是该钢材的任选组分。
本发明的二联不锈钢优选包括奥氏体和铁氧体相，在退火状态下，每相的范围在20体积％-80体积％之间。该二联不锈钢的实施方案为可焊、可成形的材料，其可显示出比304、316或317型奥氏体不锈钢更大的耐腐蚀性，除了上述元素范围之外，本发明的二联不锈钢可包括现有技术中已知的各种其它合金元素和添加剂。由于更低的合金元素特别是镍和钼的含量，本发明的二联不锈钢的实施方案比通常使用的AL 2205合金和某些其它二联不锈钢的生产成本可以更小。然而，从本发明的二联不锈钢可以预料到：其耐腐蚀性增强水平超过304、316和317型奥氏体不锈钢。此外，本发明的二联不锈钢提供了一种稳定的奥氏体相(相对于形变诱发马氏体)和所需水平的耐腐蚀性。下面，将本发明的某些实施方案中的镍和钼含量和AL2205的进行比较。
    合金元素镍和钼的含量(以重量百分比计)
    合金元素     AL 2205     本发明
    Ni     标称5.5％     1％-小于3％
    Mo     标称3％     最多1.5％
尽管与AL 2205的现行成本相比，预期的本发明的二联不锈钢的生产成本更低，还可预期：本发明的二联不锈钢将具有显著大于304、316和317型奥氏体不锈钢的耐点蚀/缝隙腐蚀性。然而，由于本发明的钢材中镍和钼含量较低，可以预料：本发明的钢材和AL 2205相比其耐腐蚀性将降低，但其拉伸成形性更大。因此，在目前使用AL 2205的低要求的应用中，本发明的二联不锈钢作为AL 2205的低成本替代物可以是特别有利的。
根据本发明的各种实施方案，该二联不锈钢可包含，以重量百分比计：最多0.03％C、至少17％Cr、至少1.5％Ni、最多2％Mn、最多1％Si、1％-1.5％Mo和/或0.001％-0.0035％B。因此，取决于由于特定应用的耐腐蚀性要求而实施的本发明的特定实施方案，本发明的二联不锈钢和AL 2205和其它二联不锈钢相比，可以以较小的成本生产。
本发明还涉及由本发明的二联不锈钢组成的或包括本发明的二联不锈钢的制品，例如：条、棒、板、板材、铸件、管材和管道。根据本发明的一个实施方案，该制品由二联不锈钢组成或包括二联不锈钢，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15百分数到小于19百分数的铬；1百分数到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；最多0.03百分数的硼；铁和偶存的杂质。根据本发明的另一个实施方案，该制品由二联不锈钢组成或包括二联不锈钢，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15百分数到25百分数的铬；1百分数到小于2.5百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001百分数-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。根据本发明的又一个实施方案，该制品是由二联不锈钢组成或包括二联不锈钢，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15百分数到小于21.5百分数的铬；1百分数到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001百分数-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。
此外，本发明还涉及一种制造二联不锈钢的方法，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：小于3百分数的镍和小于1.5百分数的钼。根据本发明的方法的一个实施方案，提供了一种二联不锈钢，其包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15百分数到小于19百分数的铬；1百分数到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；最多0.03百分数的硼；铁和偶存的杂质。随后将该二联不锈钢固溶退火，然后冷却。
根据本发明的方法的另一个实施方案，提供了一种二联不锈钢，其包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15百分数到25百分数的铬；1百分数到小于2.5百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001百分数-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。随后将该二联不锈钢固溶退火并冷却。根据本发明的方法的又一个实施方案，提供了一种二联不锈钢，其包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15百分数到小于21.5百分数的铬；1百分数到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12百分数到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫，0.001百分数-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。随后将该二联不锈钢固溶退火并冷却。
在任何上述方法中，可以使用本领域技术人员所知的其它处理技术和步骤。例如，可以使用已知工艺进一步加工该钢材以提供例如上述的那些制品，或者成为任何其它所需的形式。
可以理解：本说明书例举了与本发明的清楚理解有关的本发明的某些方面。为了简化本说明书，没有给出那些对本领域普通的技术人员来说是显而易见的、并因此不会有利于本发明的更好理解本发明的某些方面。虽然仅结合某些实施方案描述了本发明，但是在考虑到上述说明书的基础上，本领域普通的技术人员将认识到：可以对本发明进行许多实施方案、修饰和变化。所有这些本发明的变化和修饰都被上述说明书及其后的权利要求书所覆盖。

Claims (37)

1.一种二联不锈钢，其包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15到小于19百分数的铬；1到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；最多0.03百分数的硼；铁和偶存的杂质。
2.按照权利要求1的二联不锈钢，其包含最多0.03百分数的碳。
3.按照权利要求1的二联不锈钢，其包含17到小于19百分数的铬。
4.按照权利要求1的二联不锈钢，其包含1.5到小于2.75百分数的镍。
5.按照权利要求1的二联不锈钢，其包含最多2百分数的锰。
6.按照权利要求1的二联不锈钢，其包含大于0.12-0.20百分数的氮。
7.按照权利要求1的二联不锈钢，其包含最多1百分数的硅。
8.按照权利要求1的二联不锈钢，其包含1-1.5百分数的钼。
9.按照权利要求1的二联不锈钢，其包含0.001-0.0035百分数的硼。
10.一种二联不锈钢，其包含，以重量百分比计：最多0.03百分数的碳；17到小于19百分数的铬；1.5到小于2.75百分数的镍；最多2百分数的锰；大于0.12-0.20百分数的氮；最多1百分数的硅；1-最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；最多0.03百分数的硼；铁和偶存的杂质。
11.一种制品，其包括二联不锈钢，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15到小于19百分数的铬；1到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；最多0.03百分数的硼；铁和偶存的杂质。
12.按照权利要求11的制品，其中该制品是选自条、棒、板、板材、铸件、管材和管道中。
13.一种制造二联不锈钢的方法，其步骤包含：
提供一种二联不锈钢，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15到小于19百分数的铬；1到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；最多0.03百分数的硼；铁和偶存的杂质；
固溶退火该钢材；和
冷却该钢材。
14.一种二联不锈钢，其包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15-25百分数的铬；1到小于2.5百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。
15.按照权利要求14的二联不锈钢，其包含最多0.03百分数的碳。
16.按照权利要求14的二联不锈钢，其包含17-20百分数的铬。
17.按照权利要求14的二联不锈钢，其包含1.5到小于2.5百分数的镍。
18.按照权利要求14的二联不锈钢，其包含最多2百分数的锰。
19.按照权利要求14的二联不锈钢，其包含大于0.12到最多0.20百分数的氮。
20.按照权利要求14的二联不锈钢，其包含最多1百分数的硅。
21.按照权利要求14的二联不锈钢，其包含1-1.5百分数的钼。
22.一种二联不锈钢，其包含，以重量百分比计：最多0.03百分数的碳；17-20百分数的铬；1.5到小于2.5百分数的镍；最多2百分数的锰；大于0.12到最多0.20百分数的氮；最多1百分数的硅；1-1.5百分数的钼；小于0.5百分数的铜；小于0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001-最多0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。
23.一种制品，其包括二联不锈钢，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15-25百分数的铬；1到小于2.5百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。
24.按照权利要求22的制品，其中所述制品是选自条、棒、板、板材、铸件、管材和管道中。
25.一种制造二联不锈钢的方法，该方法包含：
提供一种二联不锈钢，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15-25百分数的铬；1到小于2.5百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质；
固溶退火该钢材；和
冷却该钢材。
26.一种二联不锈钢，其包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15到小于21.5百分数的铬；1到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。
27.按照权利要求26的二联不锈钢，其包含最多0.03百分数的碳。
28.按照权利要求26的二联不锈钢，其包含17-20百分数的铬。
29.按照权利要求26的二联不锈钢，其包含1.5-2.75百分数的镍。
30.按照权利要求26的二联不锈钢，其包含最多2百分数的锰。
31.按照权利要求26的二联不锈钢，其包含大于0.12-最多0.20百分数的氮。
32.按照权利要求26的二联不锈钢，其包含最多1百分数的硅。
33.按照权利要求26的二联不锈钢，其包含1-1.5百分数的钼。
34.一种二联不锈钢，其包含，以重量百分比计：最多0.03百分数的碳；17-20百分数的铬；1.5到小于2.75百分数的镍；最多2百分数的锰；大于0.12到最多0.20百分数的氮；最多1百分数的硅；1-1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001-最多0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质。
35.一种制品，其包括二联不锈钢，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15-21.5百分数的铬；1到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001-0.0035百分数的硼；铁和附带的杂质。
36.按照权利要求35的制品，其中所述制品是选自条、棒、板、板材、铸件、管材和管道中。
37.一种制造二联不锈钢的方法，该方法包含：
提供一种二联不锈钢，该二联不锈钢包含，以重量百分比计：最多0.06百分数的碳；15-21.5百分数的铬；1到小于3百分数的镍；最多3.75百分数的锰；大于0.12到最多0.35百分数的氮；最多2百分数的硅；最多1.5百分数的钼；最多0.5百分数的铜；最多0.2百分数的钴；最多0.05百分数的磷；最多0.005百分数的硫；0.001-0.0035百分数的硼；铁和偶存的杂质；
固溶退火该钢材；和
冷却该钢材。
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