[发明专利]一种特超级双相不锈钢及其合金成分优化设计方法

说明书

本发明涉及一种特超级双相不锈钢及其合金成分优化设计方法。其特超级双相不锈钢的化学成分按重量百分比为：C：0.004～0.020％，Cr：26.00～37.00％，Ni：5.50～11.00％，Mo：2.50～6.50％，W：0.50～2.50％，N：0.25～0.65％，Mn：0.50～3.50％，Cu：0.50～2.50％，Co：0.50～2.00％，Si：0.10～0.55％，P0.03％，S0.02％，B0.015％，Mg：0.005～0.008％，Ca0.015％，RE：0.03～0.10％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。本发明提供的特超级双相不锈钢具有组织稳定性好、抗高温氧化、热加工性好，耐应力腐蚀性能优异等优点，适用于高温、高压、高氯离子、强酸性的极端苛刻服役环境。

技术领域

本发明涉及一种特超级双相不锈钢及其合金成分优化设计方法，属于双相不锈钢技术领域。

背景技术

在尿素生产、石油开采和深海探测等高温、高压、高氯离子等极端苛刻的服役环境中，现有钢种难以满足其应用要求，镍基合金等材料的成本又非常高，所以急需开发一种既能满足生产和应用要求、成本又相对较低的新型材料。特超级双相不锈钢是一类新发展的钢种，该钢具有十分优异的耐腐蚀性能和良好的塑性及韧性，并且其耐氯化物应力腐蚀断裂的能力明显优于某些奥氏体不锈钢或超级双相不锈钢。

然而，目前特超级双相不锈钢在生产和应用过程中仍面临诸多问题，从而限制其发展。首先，在热加工或热处理过程中(一般大于980℃)，高的Mo含量容易导致形成挥发性MoO₃，破坏保护性氧化层，从而严重恶化钢的抗高温氧化性能。其次，铁素体和奥氏体晶体结构的不同导致高温软化机制存在显著差异，铁素体的软化机制是动态回复，奥氏体的软化机制为动态再结晶，在热加工过程中两相变性协调能力差，在相界处容易产生应力集中；又由于高的合金含量增大钢的变形抗力，因此该钢的热加工性能非常差。第三，随着现代工业的发展，腐蚀环境更为苛刻，高温、高压、高氯离子、强酸性环境极易造成钢发生应力腐蚀，降低使用寿命，增加维护成本，因此该钢仍面临严重的应力腐蚀破坏倾向。

因此，急需改善该钢种的抗氧化性、热塑性和耐应力腐蚀性能，使其能在高温、高压和高氯离子环境中得到良好应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种特超级双相不锈钢，通过合理优化Cr、Ni、Mo、N、Mn、Si等主要合金元素含量，同时添加适量Co、W、RE、B、Ca、Mg等元素，开发一种抗高温氧化性能优异、热塑性良好、耐应力腐蚀性能突出的特超级双相不锈钢。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种特超级双相不锈钢，其化学成分按重量百分比为：

所述RE为Ce、La、Nd中的任意一种或任意比例混合的任意两种或三种；

其余为Fe及其他不可避免的杂质，所述杂质的总重量小于0.10％。

如上所述的特超级双相不锈钢，优选地，所述

一种如上所述特超级双相不锈钢的合金成分优化设计方法，其包括控制Mo+0.5×W范围：

通过合理控制Mo、W含量，从而控制Mo％+0.5×W％＝3.0～5.0％，进而提高特超级双相不锈钢的组织稳定性和抗高温氧化性能，所述％为重量百分比。其中，Mo％+0.5×W％＝3.0～5.0％表示为Mo的重量百分比含量和0.5倍W的重量百分比含量在3.0％～5.0％范围内。

如上所述的设计方法，优选地，包括优化Cr、Ni当量比，调节铁素体奥氏体相比例：