[发明专利]经济型高性能双相不锈钢合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类经济型高性能双相不锈钢合金材料及其制备方法。

背景技术

双相不锈钢由奥氏体和铁素体组成。双相不锈钢的主要成分是铬、镍、钼，而其中镍是最昂贵的；为了降低成本，降低钢中镍的含量，可采用增加锰和氮的含量。镍含量的降低可以减少原材料价格波动对不锈钢市场的影响。因此，随着AOD、VOD精炼工艺的发展，尤其是AOD炉中能够控制氮的加入，从而促进了含氮双相不锈钢的开发，如2205钢其氮含量在0.15％左右。氮的加入不仅提高了钢的耐局部腐蚀性能，而且解决了不锈钢的焊接问题，使双相不锈钢成为一种可焊接的结构材料，大大拓展了双相不锈钢的应用范围。随着冶金技术的进一步发展和成本的降低，对氮的加入量也能够精确控制，从而出现了新的低镍高氮超级双相不锈钢，如UNS32750钢，其氮含量在0.25～0.35％，含镍量在6～8％左右。近年来，由于金属镍价格进一步飞速上涨，为了降低成本，且提高合金钢的性能，科研人员在这方面做了大量的研究工作。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一类低成本且具有良好耐腐蚀性和热加工性的经济型高性能双相不锈钢合金材料。

本发明的目的之二在于提供该类合金材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明的机理如下：根据锰和氮可以代替镍和稀土在钢中的作用原理，大量试验研究发展，用适量的廉价锰和氮可以稳定双相钢中的奥氏体，从而降低贵重镍的用量；同时向该双相不锈钢合金中加入稀土Ce或Y后，合金中的硫含量大大降低或形成高熔点的稀土硫化物弥散于基体中，避免了低熔点硫化物存在于相界上，从而有效地改善了钢的高温热塑性。

根据上述机理，本发明采用如下技术方案：

一种经济型高性能双相不锈钢合金材料，其特征在于该合金材料的组成及质量百分比为：0＜C≤0.04％，0＜S≤0.01％，0＜Si≤1.0％，0＜P≤0.015％，Cr：21.0～23.0％，Mn：7.0～9.0％，N：0.25～0.35％，B：0.001～0.01％，稀土Ce或Y：0.005～0.20％，其余部分为铁。

上述的合金材料还含有以质量百分比计的0.1～1.0％的镍。

上述的合金材料以质量百分比计，含有Mo、W、Cu中的至少一种，其含量为Mo0.3～1.5％，W 0.3～1.5％，Cu 0.3～1.5％。

上述的一类经济型高性能双相不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a)采用传统常规的熔炼工艺和纯铁管密封稀土中间合金投入法，将铁和稀土金属Ce或Y制成中间合金，其组成为：Fe-Ce中间合金中Ce的质量百分含量为23.5％；Fe-Y中间合金中Y的质量百分含量为15％；

b)根据上述的比例，将步骤a)制备的中间合金和其余的各成分，经综合配料熔制后，浇注成型，最终制得经济型高性能双相不锈钢合金材料。

与现有技术相比，本发明的经济型高性能双相不锈钢合金材料，在其成分范围内的钢在1000～1300℃范围均为双相区，奥氏体含量约在40～60％变化，室温的拉伸断裂强度在850～1000Mpa范围，屈服强度在500～700Mpa范围，断裂延伸率在25～50％范围。

具体实施方式

实施例一：本实施例中，采用双相不锈钢的成分及质量百分比如下：

Cr         22.3％

Mn         8.2％

Ni         0.5％

N          0.28％

C          0.030％

稀土Ce     0.05％

Si         0.8％

S          0.008％

P          0.015％

B          0.004％

Fe        余量

采用传统常规的熔炼工艺方法，在投料时，采用纯铁管密封中间合金投入法，即事先制备好中间合金。中间合金的组成为Fe和Ce的合金，Fe-Ce中间合金中Ce的质量百分含量为23.5％。经综合计量计算和配料熔制后，浇注成型，最终制得高氮超低镍超级双相不锈钢合金材料。铸态经热锻、热轧，之后1050℃固溶处理，其室温拉伸断裂强度大于850MPa，屈服强度大于500MPa，断裂延伸率大于35％。

实施例二：本实施例中，采用双相不锈钢的成分及重量百分比如下：

Cr         21.5％