[发明专利]不锈钢产品、所述产品的用途及其制造方法

说明书

本发明涉及由不锈钢制成的铸件，其具有双相铁素体-奥氏体显微组织并具有高的组织稳定性和改良的性能组合、特别是机械加工性能和焊接性能。本发明还涉及产品的用途并涉及铸件的制造方法。

与主要包含至多10-15％铁素体的奥氏体铸件相比，铁素体-奥氏体或双相不锈钢铸件一般被定义为具有几乎相等比例的铁素体和奥氏体的混合物的合金。对于根据ASTM A890标准的双相铸件，未规定铁素体水平，但是，列出的合金具有约30～60％范围的铁素体和余量的奥氏体。通过该双相组织，可以设计令人关注的性能分布(profile)。最早的双相不锈钢是在约80年以前开发的，并且它们最有可能是从奥氏体铸件形成的，其中在显微组织中存在一定量的铁素体被证明是有利的。事实上，双相组成通常表现出比奥氏体组成更好的铸造性能。双相材料的其它有利性能是：高的机械强度、优异的疲劳强度、良好的耐磨性和良好的耐腐蚀性。因此，铸造产品和形变产品均得到许多引人关注的应用。利用各种优化形式，描述了若干双相合金组合物。在许多情形中，作为双相组成的专利中的制品，还包括铸造制品。近年来，随着原材料成本的极大增加，对于以下给予了特别关注：降低合金中的镍和钼的水平但仍保持合适的性能。

对于30～70％的铁素体和奥氏体范围中的相平衡，可实现双相不锈钢的有利性能。主要的合金化元素(特别是铬、氮、镍和钼)的交互作用是相当复杂的。为了实现很好地响应加工和制造的稳定双相组织，必须十分仔细以便使这些元素中的每一种处于恰当的水平。除了相平衡以外，高温下有害金属间相的形成是对于双相不锈钢的第二种主要关切。σ相和χ相在高铬、高钼不锈钢中形成并优先在铁素体中析出。氮的添加以有利的方式改变相平衡从而避免形成此类相。

美国专利US 4,500,351涉及一种铸造双相不锈钢，其中，为了避免形成σ相，在1200℃固溶处理和水淬急冷之后，铸件中的显微组织包含铁素体基质，该铁素体基质含有至少约30％的奥氏体。铸件包含约0.02重量％的碳、24重量％的铬、约9.5重量％的镍、约6重量％的钼、约0.5重量％的锰、约0.2重量％的硅和约0.25重量％的氮。该美国专利US 4,500,351的铸件适用于诸如叶轮和外壳的泵部件以及诸如底座和闸门的阀部件中。

在美国专利US 4,828,630中描述了在铸造原态具有良好的性能组合并且抵抗至马氏体的热转变的双相不锈钢。该钢包含至多0.07重量％的碳、17～21.5重量％的铬、1～4重量％的镍、4～8重量％的锰、0.05～0.15重量％的氮、小于2重量％的硅、小于2重量％的钼和小于1.5重量％的铜。该专利的钢包含30～60％的铁素体，并且特别适于用于汽车底部部件的薄壁铸件。该钢具有包括下列的铸造原态性能：10％的最小延伸率、大于50ksi(350N/mm²)的0.2％屈服强度、在0℃下至少20ft.-lbs(30Nm)的韧性以及没有氮孔隙。

美国专利US 6,033,497涉及具有改良的机械加工性能的抗点蚀性双相钢合金，该合金除铁以外还包含小于0.1重量％的碳、25～27重量％的铬、5～7.5重量％的镍、小于0.5重量％的钼、小于0.15重量％的氮、小于1.5重量％的硅、小于2.0重量％的锰、1.5～3.5重量％的铜。在该美国专利的现有技术部分中提到，通过添加合金化元素如硫和硒(这些元素可能降低腐蚀性)，可提高奥氏体不锈钢的机械加工性能。此外，其声称，在不添加钼的情况下添加铜允许在紧密密封的热处理炉内非常缓慢地控制冷却双相不锈钢合金，使得在保持优异的延展性和抗腐蚀性的同时使有害的拉伸残余应力最小化。

根据美国专利US 6,033,497，在不使用单独和缓慢的热处理步骤的情况下在铸造之后通过加速的模内热处理处理钢种(steel grade)。该专利的钢种特别用于中空圆筒形离心铸件并且其用于例如造纸机真空辊外壳应用。模内热处理包括：将铸造冷却的速率控制在约260℃～约1090℃的温度范围内，以及将模内合金的温度保持在铸模外部温度的约450℃以内。与在紧密密封的热处理炉内缓慢受控冷却的同一合金组成相比，当通过加速的热处理在铸造之后在铸模内处理时，该钢种具有改良的机械加工性能。无模内处理的合金具有24MPa的名义内部直径拉伸残余应力，而在铸造之后在铸模内处理过的合金的相应值为52MPa。