[发明专利]一种具有良好焊接性的经济型双相不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及双相不锈钢制造领域，尤其一种具有良好焊接性的经济型双相不锈钢及其制造方法，材料凝固或者焊接冷却过程中，铁素体单相区的温度区间小于5℃，直至不存在铁素体单相温区。材料经常规电弧焊接方法焊接后，热影响区奥氏体含量大于35％，焊缝的临界点蚀温度达到20℃以上。

背景技术

双相不锈钢由铁素体与奥氏体双相组成，而且其中每相比例不少于30％。由于两相组织的特征使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，与铁素体不锈钢比，其韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀和焊接性能好。同时保留了铁素体钢导热系数高、膨胀系数小的优点。其屈服强度与奥氏体不锈钢相比显著提高，耐氯化物应力腐蚀断裂能力明显高于300系列的奥氏体不锈钢，同时具有优异的耐孔蚀和缝隙腐蚀的能力。

1968年不锈钢精炼工艺--氩氧脱碳(AOD)的发明，使一系列新不锈钢钢种的产生成为可能。AOD所带来的诸多进步之一便是合金元素氮的添加。双相不锈钢添加氮可以使焊接状态下热影响区的韧性和耐腐蚀性接近于基体金属的性能，氮还降低了有害金属间相的形成速率。含氮的双相不锈钢被称为第二代双相不锈钢。2205是第二代双相钢的代表钢种并广泛应用于海上石油平台、化工、造纸等多个领域。在第二代双相不锈钢中，典型成分为23Cr-4Ni-0.12N-0.3Mo的双相不锈钢2304也在海水淡化、石化、造纸等行业获得广泛应用，取代价格昂贵的奥氏体不锈钢316(含镍10％，含钼2％)。由于2304中含钼小于0.3％，含镍小于4％，因此常被归入经济型双相不锈钢。

经济型双相不锈钢特指一类Cr含量在22％左右，且含镍量低，同时含少量的钼、钨的双相不锈钢，由于采用Mn、N代Ni，因此成本较低，是取代传统奥氏体不锈钢的理想材料。实际上，进入2000年以来，双相不锈钢的发展呈现两种趋势。一方面进一步提高钢中合金元素含量以获得更高强度和更加优良的耐蚀性，如中国专利ZL03806936.9、CN101057002和CN1768156。另一方面转向开发含Cr量22％左右，低镍量且仅含少量钼的经济型双相不锈钢，以降低双相不锈钢的成本和售价，从而增加双相不锈钢与其他类型不锈钢的竞争优势。

中国专利CN101090988公开了一种含有含量相对低Ni的双相不锈钢，限制Cr-Mo-Mn-N组分以使α和γ的体积分数具有大约50∶50，从而使边裂的发生率最小化以提高生产良率并降低处理负载，其中，合金组分包括19.5％～22.5％的Cr、0.5％～2.5％的Mo、1.0％～3.0％的Ni、1.5％～4.5％的Mn、0.15％～0.25％的N、Fe和不可避免的元素，根据合金组分的组成范围调整所述合金组分的组成范围以使所述CPT高于20℃。因此，降低Cr、Mo和Ni的含量且略微提高Mn的含量，使得钢的生产成本降低；保障耐蚀性能优于SUS 304钢和316L钢；减少被热轧时边裂的发生率，从而降低接下来的过程上的负载；减少了表面缺陷，从而提高了生产良率。该专利未涉及材料的焊接性能。中国专利CN102002646A则公开了低Mo高N双相不锈钢，高的N含量使得母材具有较高的力学性能和良好的耐蚀性，用于取代304、316L等奥氏体不锈钢。该专利同样未涉及材料的焊接性能。

欧洲专利EP2258885公开了一种加V且Mo含量小于1％的经济型双相不锈钢，该材料焊缝热影响区具有优良的耐蚀性和塑韧性。其成分范围为C≤0.06％，Si 0.1％～1.5％，Mn 2.0％～4.0％，P≤0.05％，S≤0.005％，Cr19.0％～23.0％，Ni 1.0％～4.0％，Mo≤1.0％，Cu 0.1％～3.0％，V 0.05％～0.5％，Al 0.003％～0.05％，O≤0.007％，N 0.1％～0.25％，Ti≤0.05％，余下为Fe和不可避免的杂质。该专利指出经济型双相不锈钢(以S32101为例)由于Ni、Mo较低，氮含量较高，焊缝热影响区出现氮化物析出，同时由于氮化物的析出出现局部贫铬，导致焊缝耐蚀性和韧性下降。该发明专利通过一定程度提高Ni和Cu含量，相应提高铁素体相冲击韧性，尤其是通过添加一定量的V，利用V抑制N的活性，从而避免焊缝热影响区Cr的氮化物析出，可以有效提高焊缝的耐蚀性和冲击韧性。该专利中，V的添加是抑制Cr的氮化物析出，改善焊缝耐蚀性的关键方法。

专利WO2010/070202公开了一种双相不锈钢，其成分特点是Cr含量23％～27％，Ni含量2.5％～5.0％，同时含有一定量的Mo和Cu。该发明钢种的点蚀当量PREN大于28％，主要用于取代317或者更高等级奥氏体不锈钢。