铁素体-奥氏体不锈钢的制作方法
【专利说明】铁素体-奥氏体不锈钢
[0001]本申请是申请日为2009年12月17日，发明名称为"铁素体-奥氏体不锈钢"的中国 专利申请200980150734.5的分案申请。
[0002] 本发明涉及一种双相铁素体-奥氏体不锈钢，其中铁素体在此钢的显微组织中的 水平为35-65体积％，优选40-60体积％，且对于生产是经济的，并具有良好热加工性，而在 热乳中没有边缘开裂。此钢耐腐蚀，具有高强度和良好可焊性，并且由于最少的镍和钼含量 而使其原材料成本优化，使得其耐点蚀当量PRE值在30与36之间。
[0003] 铁素体-奥氏体或双相不锈钢的历史几乎与不锈钢一样长。在这80年的时期里出 现了大量的双相合金。早在1930年的Avesta Steelworks，现已归属于Outokumpu Oyj，已经 生产出名为453S的双相不锈钢铸件、锻件和板材。因而，这是第一批双相钢中的一种，此钢 主要包含26%的Cr，5 %的Ni和1.5%Mo(以重量％表示），具有约70%铁素体和30%奥氏体 的相平衡。与奥氏体不锈钢相比，此钢具有极大改善的机械强度，并因双相组织而较不趋于 晶间腐蚀。采用这个时期的生产技术，此钢含有高水平的碳，没有刻意的氮添加，并且此钢 在焊接区域表现出高的铁素体水平以及性质方面的一些下降。然而，这种基本的双相钢组 合物随着更低的碳含量和更平衡的相比率而不断改善，这种双相钢种类依然存在于国家标 准并是商业可获得的。这种基本组合物也成为很多后来双相钢发展的先驱。
[0004] 在20世纪70年代引入第二代双相钢，此时A0D转炉炼钢工艺改善了精炼钢的可能 性，并使得向钢中添加氮变得容易。1974年双相钢获得了专利（德国专利2255673)，要求其 因可控的相平衡而在焊接状态条件下耐晶间腐蚀。此钢在EN 1.4462号下标准化，并逐渐由 一些钢铁生产商生产。后来，研究工作表明氮是在焊接操作期间控制相平衡的重要元素，高 于上述专利和符合标准的大范围氮并不能给出相同的结果。今天这种优化的双相不锈钢种 1.4462在很多供应商的大批量生产中占有统治地位。此钢的商品名为2205。在后来的发展 中也用到关于氮的作用的知识，现代的双相钢根据总组成含有中等到高的氮水平。
[0005] 双相钢今天可分为节约型（lean)、标准(standard)和超级双相钢种。一般来讲，节 约型双相钢表现出与具有标准号EN 1.4301(ASTM304)和EN 1.4401(ASTM 316)奥氏体不锈 钢一样水平的耐点蚀能力。采用与奥氏体钢种相比具有低得多的镍含量，节约型双相钢种 可以更低的价格提供。一种第一节约型双相钢于1973年获得专利(美国专利3736131)。此钢 的一种目的应用是冷镦紧固件以及低镍含量和替代锰。另一种在1987年获得专利(美国专 利4798635)的节约型双相合金基本无钼以在某些环境下具有良好抵抗力。此钢被标准化为 EN 1.4362(商品名2304)，并部分用于替代EN 1.4401种类的奥氏体不锈钢。这种2304钢也 可具有在焊接区的高铁素体水平的问题，因为使用此钢种可以得到相当低的氮水平。 Outokumpu在2000年取得新的节约型双相钢(LDX 2101)的专利权(欧洲专利1327008)，其目 的是表现出特定的所需性能组合(profile)，且与EN 1.4301型奥氏体不锈钢竞争具有低的 原材料成本。
[0006] 在所谓的标准双相钢中，前面提到的钢1.4462 (商品名2205)是最成熟且占主导的 钢种。为了满足多种性质要求兼具价格考虑，该钢种今天存在多种形式。如果指定此钢，则 可以获得不同的性质，这可成为一个问题。
[0007] 美国专利6551420做出了一种尝试以便为ΕΝ 1.4401(ASTM 316)型奥氏体不锈钢 以及对双相不锈钢种2205提供低成本的替代品，其涉及了一种可焊接且可成型的双相不锈 钢，其具有比EN 1.4401更高的耐腐蚀性，且对于在含氯环境中使用是特别有利的。在该美 国专利6551420的实施例中描述了两种组合物，每种元素的范围在下面通过重量％表示： 0.018-0.021 %碳，0.46-0.50 %锰，0.022 %磷，0.0014-0.0034%硫，0.44-0.45 %硅， 20.18-20.25%铬，3.24-3.27%镍，1.80-1.84%钼，0.21 %铜，0· 166-0.167%氮和 0.0016%硼。对于这些实施例组合物，耐点蚀当量值PRE在28.862和28.908之间。当比较这 些范围与在后面表2中描述的美国专利6551420所要求的范围时，所要求的范围对于实施例 范围非常宽。
[0008] 从美国专利申请2004/0050463中也获知了一种具有良好热加工性的高锰双相钢 (表2中的化学组成）。在该公开中提到，如果铜含量限制在0-1.0%且锰含量增加，则热加工 性得到改善。此外，此美国专利申请中提到，在含钼双相不锈钢中，当钼含量不变时，随着锰 含量的增加，热加工性得到改善。在锰含量不变而钼含量增加的情况下，热加工性变差。此 美国专利申请也描述了在含高锰的双相不锈钢中，钨和锰在热加工性的改善方面具有协同 作用。然而，此美国专利申请也提到，在含低锰的双相不锈钢中，随着钨含量增加，热加工性 降低。
[0009] 除化学组成外，决定双相不锈钢的热加工性的重要因素是相平衡。经验表明，含有 高奥氏体含量的双相不锈钢组合物表现出低的热加工性，而较高的铁素体含量在这方面则 是有益的。由于高的铁素体含量在可焊性方面具有不利作用，因此其在双相不锈钢合金的 设计中对优化相平衡是重要的。美国专利申请2004/0050463没有描述关于显微组织中铁素 体或奥氏体部分的任何内容，因此，采用热力学数据库ThermoCalc TCFE6对于双相不锈钢 "试样17"和"试样28"计算了铁素体含量，在该美国专利申请中比较了其热加工性。在表1中 是在三个温度下对于这些"试样17"和"试样28"计算的铁素体含量。
[0010] 表1美国专利申请2004/0050463中的铁素体含量
[0011]
[0012]除了在美国专利申请2004/0050463中比较的"试样17"和"试样28"在组成方面不 同外，表1明确地显示出这些钢"试样17"和"试样28"在相平衡方面也完全不同，这足以解释 这两种合金之间的热加工性的不同。因此明显的是，其它性质也是不同的。
[0013] 将上述专利中提到的双相不锈钢组成汇集于下表2中。表2也包含了用下式计算的 耐点蚀当量PRE:
[0014] PRE=%Cr+3.3X %Mo+16X %N (1)。
[0015] 表2双相不锈钢的化学组成和通过式（1)计算的PRE值
[0016]
[0017] 美国专利申请2004/0050463在对于耐腐蚀性的描述中采用PREN(耐点蚀当量数 值），其用式(2)计算：
[0018] PREN= %Cr+3.3 X ( %M〇+0.5%ff)+30 X %N (2)，
[0019] 其中将系数（％M〇+0.5%W)限制在0.8<(%]?〇+0.5%1)<4.4的范围内。此美国专 利申请的钢的目标是，由式(2)计算的PREN大于35以具有高耐腐蚀性。美国专利申请2004/ 0050463的钢具有比例如2205双相不锈钢更良好的耐腐蚀性，但这些钢为了增加的热加工 性而具有高的锰、镍和钨含量。这些合金化成分，特别是镍和钨，使得此钢比例如2205双相 不锈钢更昂贵。
[0020] 此外，目前生产没有边缘开裂的双相不锈钢热乳卷材仍有大的问题，而这归因于 在较低温度下的延展性损失。边缘开裂造成工艺产量损失以及各种损害工艺设备的问题。
[0021] 因此，具有商业重要性的是，寻找作为对于这些不锈钢种的成本有效的替代，并在 机械、腐蚀和可焊性能方面具有某些特定的性能组合的双相不锈钢。
[0022] 本发明的目的是消除现有技术的缺点，获得改善的铁素体-奥氏体双相不锈钢，其 对于生产是经济的，在热乳中没有边缘开裂，耐腐蚀且具有良好可焊