專利名稱：雙聯(lián)不銹鋼的制作方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及一種雙聯(lián)不銹鋼。尤其是，本發(fā)明涉及一種能經(jīng)濟(jì)替代某些已知雙聯(lián)不銹鋼的雙聯(lián)不銹鋼，與某些奧氏體不銹鋼，如AISI型304、316和317奧氏體不銹鋼相比，它同時(shí)能提供提高的耐腐蝕性。本發(fā)明也涉及一種制造本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼的方法。可將本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼應(yīng)用于，例如腐蝕性的環(huán)境，并可制造成生產(chǎn)用制品，例如條、棒、板、片、鑄件、管道或管。
背景技術(shù)：
雙聯(lián)不銹鋼是含有由奧氏體和鐵素體相混合物組成的顯微結(jié)構(gòu)的合金。一般來說，在具有相對更高的強(qiáng)度和延展性的同時(shí)，它們顯示出兩相的某些特性。已經(jīng)提出了各種雙聯(lián)不銹鋼，其中一些在美國專利US3650709、US4340432、US4798635、US4828630、US5238508、US5298093、US5624504和US6069441中已有描述。
早期的雙相合金對普通腐蝕和氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂的抵抗力適中，但當(dāng)在焊接狀態(tài)的條件下使用時(shí)，其性質(zhì)會遭受大量損失。目前，最廣泛使用的第二代雙聯(lián)不銹鋼的一種可從賓夕法尼亞州匹茲堡市的Allegheny Ludlum公司生產(chǎn)的商標(biāo)為AL2205(UNS S31803和/或S32205)的產(chǎn)品中獲得。該雙聯(lián)不銹鋼是一種含有額定鉻22％、鎳5.5％、鉬3％、氮0.16％的合金，該合金在許多環(huán)境中提供了超出AISI型304、316和317奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性(除特別說明外，這里所有的百分比例均是指總合金重的重量的百分比)。AL2205是氮增加的雙聯(lián)不銹鋼，它賦予氮的冶金學(xué)好處，以提高腐蝕性能和焊接態(tài)性質(zhì)，同時(shí)也表現(xiàn)出超過傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼兩倍的屈服強(qiáng)度。在對普通腐蝕和氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂(“SCC”)的抵抗性重要的環(huán)境中，該雙聯(lián)不銹鋼經(jīng)常以焊接管或管狀部件的形式使用，也可以成形的和焊接的片狀產(chǎn)品使用。其增加的強(qiáng)度為管壁厚度的降低創(chuàng)造了機(jī)會，并抑制了操作中的損耗。
如剛才說明的，AL2205已被管和管道的終端用戶所廣泛接受，尤其是當(dāng)SCC成為關(guān)注點(diǎn)的時(shí)候，它作為316型不銹鋼的低成本替代品已被廣泛認(rèn)可。這在很大程度上是由于AL2205比316型和317型奧氏體不銹鋼的耐縫隙腐蝕性明顯更強(qiáng)的事實(shí)。從下面的表中可以看出這種對氯化物離子縫隙腐蝕的優(yōu)良抵抗性，該表列出了使用10％氯化鐵溶液的ASTM工藝規(guī)程G48B的結(jié)果。提到的10％氯化鐵溶液是以六水合鹽的重量來計(jì)的，并相當(dāng)于6重量％的無水氯化鐵鹽。
但是，AL2205的非凡耐腐蝕性(和其它性質(zhì))超出了一些應(yīng)用中的需要。在某些SCC應(yīng)用中，雖然AL2205提供了可接受的技術(shù)解法，但它不是304、316或317型不銹鋼經(jīng)濟(jì)實(shí)用的替代品。AL2205較高的成本主要是由于合金元素鎳(額定量5.5％)和鉬(額定量3％)的用量。
因此，希望提供一種可焊接的、可成形的、具有比304、316或317型奧氏體不銹鋼更高的耐腐蝕性，并比一般使用的AL2205雙聯(lián)不銹鋼的生產(chǎn)成本低的雙聯(lián)不銹鋼。
本發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種雙聯(lián)不銹鋼，其包括，以重量百分比計(jì)，最多0.06％的碳、15％至小于等于25％的鉻、大于3％至6％的鎳、最多3.75％的錳、0.14％到0.35％的氮、最多2％的硅、大于1.4％且小于等于2.5％的鉬、小于等于0.5％的銅、小于等于0.2％的鈷、最多0.05％的磷、最多0.005％的硫、0.001％到0.0035％的硼；以及鐵和不可避免的雜質(zhì)。該雙聯(lián)不銹鋼是可焊接的、可成形的、且與304、316和317型奧氏體不銹鋼相比能顯示出更高的耐腐蝕性的鋼。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特殊實(shí)施方式，該雙聯(lián)不銹鋼包括，以重量百分比計(jì)，最多0.03％的碳、19.5％到22.5％的鉻、大于3％至4％的鎳、最多2％的錳、0.14％到0.20％的氮、最多1％的硅、1.5％到2.0％的鉬、最多0.4％的銅、最多0.3％的磷、0.001％的硫，和0.0015％到0.0030％的硼；鐵和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼也可主要由下列物質(zhì)構(gòu)成以重量百分比計(jì)，最多0.03％的碳、19.5％到22.5％的鉻、大于3％至4％的鎳、最多2％的錳、0.14％到0.20％的氮、最多1％的硅、1.5％到2.0％的鉬、最多0.4％的銅、最多0.3％的磷、0.001％的硫，和0.0015％到0.0030％的硼；鐵和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明也涉及生產(chǎn)制品，例如，由本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼制造或包括本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼的條、棒、板、片、鑄件、管或管道。當(dāng)意圖在含氯的環(huán)境中使用時(shí)，由本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼形成的制品是特別有利的。
另外，本發(fā)明涉及制造雙聯(lián)不銹鋼的方法，根據(jù)本發(fā)明的方法，可提供包括最多0.06％的碳、15％至小于等于25％的鉻、大于3％至6％的鎳、最多3.75％的錳、0.14％到0.35％的氮、最多2％的硅、大于1.4％且小于等于2.5％的鉬、小于等于0.5％的銅、小于等于0.2％的鈷、最多0.05％的磷、最多0.005％的硫、0.001％到0.0035％的硼；以及鐵和不可避免的雜質(zhì)的雙聯(lián)不銹鋼。將這種鋼固溶退火并冷卻?？蓪⑦@種鋼進(jìn)一步處理成生產(chǎn)制品或任何其它所希望的形式。
本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及一種雙聯(lián)不銹鋼，其包括，以重量百分比計(jì)，最多0.06％的碳、15％至小于等于25％的鉻、大于3％至6％的鎳、最多3.75％的錳、0.14％到0.35％的氮、最多2％的硅、大于1.4％且小于等于2.5％的鉬、小于等于0.5％的銅、小于等于0.2％的鈷、最多0.05％的磷、最多0.005％的硫、0.001％到0.0035％的硼；以及鐵和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的前述雙聯(lián)不銹鋼優(yōu)選包含退火狀態(tài)下的20-80體積％的奧氏體和鐵素體相中的每一相。本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼是可焊接的、可成形的、且比304型、316型和317型奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性更高的材料。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式，該雙聯(lián)不銹鋼可包括，以重量百分比計(jì)，最多0.03％的碳、19.5％到22.5％的鉻、3％到4％的鎳、最多2％的錳、0.14％到0.20％的氮、最多1％的硅、1.5％到2.0％的鉬、最多0.4％的銅、最多0.3％的磷、0.001％的硫，和/或0.0015％到0.0030％的硼；鐵和不可避免的雜質(zhì)。在需要可成形性和強(qiáng)度、同時(shí)又要保持必要的耐腐蝕性水平的管的使用中，這些范圍尤其適合。本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼可包括本領(lǐng)域已知的各種其它合金添加物和添加劑。由于合金添加物，尤其是鎳和鉬的低含量，因此本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼的實(shí)施方式比普遍使用的AL2205雙聯(lián)不銹鋼的生產(chǎn)成本低。但是，本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼仍能提供穩(wěn)定的奧氏體相(相對于導(dǎo)致形變的馬氏體)和所希望的耐腐蝕性水平。下面是與AL2205相比較的本發(fā)明的某些實(shí)施方式的鎳和鉬含量。
盡管與AL2205相比，鎳和鉬的含量降低，但本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼的評價(jià)實(shí)施方式表現(xiàn)出比304、316和317型奧氏體不銹鋼明顯更強(qiáng)的點(diǎn)狀/縫隙的耐腐蝕性。如現(xiàn)有技術(shù)中所周知的，316和317型不銹鋼對點(diǎn)狀/縫隙腐蝕的抵抗性比304型不銹鋼更強(qiáng)。
作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明人生產(chǎn)了一種包括以下重量百分比組成的雙聯(lián)不銹鋼的一次熔煉0.018％碳、0.46％錳、0.022％磷、0.0034硫、0.45％硅、20.18％鉻、3.24％鎳、1.84％鉬、0.21％銅、0.166％氮和0.0016％硼(此后稱為“實(shí)施例1”)。如下面說明的，本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼的這個(gè)實(shí)施方式顯示出比316和317型奧氏體不銹鋼明顯更強(qiáng)的點(diǎn)狀耐腐蝕性，與此同時(shí)，由于鎳和鉬的含量降低，與AL2205相比，其保持了較低的生產(chǎn)成本。
316和317型奧氏體不銹鋼的CTP基于ASTM工藝規(guī)程G-48A。根據(jù)這個(gè)工藝規(guī)程，在要求的溫度下將該材料樣品浸漬在含6％氯化鐵溶液的燒杯中72小時(shí)，然后對蝕斑的征兆做出評價(jià)。隨著溫度升高而重復(fù)該試驗(yàn)，從而確定點(diǎn)狀腐蝕出現(xiàn)的溫度。實(shí)施例1的CPT是通過ASTM工藝規(guī)程G150來測量的。根據(jù)這個(gè)工藝程序，通過將材料樣品放入含1摩爾(大約5.85重量％)氯化鈉溶液的電化學(xué)槽內(nèi)，并相對飽和甘汞電極(SCE)將其極化到+700mV電勢，來確定通過ASTM工藝程序G-48A測定的相同值，CPT。溶液的溫度以每分鐘1℃的速率增加，并對腐蝕電流進(jìn)行監(jiān)控。在某個(gè)溫度下，電流迅速增加并超過每平方厘米100毫安的臨界值，這個(gè)溫度就被記錄為CPT。樣品上的蝕損斑點(diǎn)就可用肉眼確定。
另外，本發(fā)明人在本發(fā)明的范圍內(nèi)也發(fā)展了另一種雙聯(lián)不銹鋼，其包含，以重量百分比計(jì)，0.021％碳、0.50％錳、0.022％磷、0.0014％硫、0.44％硅、20.25％鉻、3.27％鎳、1.80％鉬、0.21％銅、0.167％氮和0.0016％硼(此后稱為“實(shí)施例2”)，并評價(jià)了該鋼的各種機(jī)械性質(zhì)。結(jié)果示于下面。如所期望的，實(shí)施例2的機(jī)械性質(zhì)超過了ASTM規(guī)范A240對AL2205的最小值要求。而且，雖然實(shí)施例2的屈服強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度比AL2205低，但是它們是可比較的。但是重要的是，這些值明顯超過了ASTM規(guī)范A240對304、316和317型奧氏體不銹鋼的最小強(qiáng)度要求。
因此，本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼可成為AL2205的較低成本替代品。如本發(fā)明實(shí)施例1和2所說明的，本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼的實(shí)施方式在機(jī)械性質(zhì)上，可與AL2205相比較，并且其對點(diǎn)狀/縫隙的耐腐蝕性明顯強(qiáng)于316和317型不銹鋼。
本發(fā)明也涉及生產(chǎn)制品，例如，由本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼構(gòu)成或包括本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼的條、棒、板、片、鑄件、管和管道。根據(jù)本發(fā)明的這些實(shí)施方式，雙聯(lián)不銹鋼制品包括，以重量百分比計(jì)，最多0.06％的碳、15％至小于等于25％的鉻、大于3％至6％的鎳、最多3.75％的錳、0.14％到0.35％的氮、最多2％的硅、大于1.4％至小于等于2.5％的鉬、小于等于0.5％的銅、小于等于0.2％的鈷、最多0.05％的磷、最多0.005％的硫和0.001到0.0035的硼；鐵和不可避免的雜質(zhì)。由本發(fā)明的雙聯(lián)不銹鋼形成的制品在含氯環(huán)境中使用時(shí)是特別有利的。
另外，本發(fā)明涉及一種制造雙聯(lián)不銹鋼的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法，提供一種雙聯(lián)不銹鋼，其包括，以重量百分比計(jì)，最多0.06％的碳、15％至小于等于25％的鉻、大于3％至6％的鎳、最多3.75％的錳、0.14％到0.35％的氮、最多2％的硅、大于1.4％至小于等于2.5％的鉬、小于等于0.5％的銅、小于等于0.2％的鈷、最多0.05％的磷、最多0.005％的硫和0.001％到0.0035％的硼；鐵和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)該方法，這種鋼隨后進(jìn)行固溶退火并冷卻?？墒褂帽绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員周知的技術(shù)進(jìn)一步處理這種鋼制成制品，如上面提到的那些，或者處理成其它任何所希望的形式。
可以理解，這里的描述說明了與清楚理解本發(fā)明相關(guān)的本發(fā)明的一些方面。為簡化對發(fā)明的描述，沒有介紹那些對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說很明顯、而對發(fā)明的更好理解沒有幫助的某些方面。雖然僅有關(guān)某些實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但考慮到前面的介紹，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將會認(rèn)識到，許多本發(fā)明的實(shí)施方式、改進(jìn)和變換都是可以實(shí)施的。本發(fā)明的所有這種變換和改進(jìn)都由前面的描述和下列權(quán)利要求所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種雙聯(lián)不銹鋼，其包括，以重量百分比計(jì)，最多0.06％的碳、15％至小于等于25％的鉻、大于3％至6％的鎳、最多3.75％的錳、0.14％到0.35％的氮、最多2％的硅、大于1.4％至小于等于2.5％的鉬、小于等于0.5％的銅、小于等于0.2％的鈷、最多0.05％的磷、最多0.005％的硫、0.001％到0.0035％的硼；鐵和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中包含最多0.03％的碳。
3.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中包含19.5％至22.5％的鉻。
4.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中包含大于3％至4％的鎳。
5.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中包含最多2％的錳。
6.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中包含0.14％至0.20％的氮。
7.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中包含最多1％的硅。
8.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中包含1.5％至2.0％的鉬。
9.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中包含最多0.4％的銅。
10.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中包含最多0.03％的磷。
11.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中包含最多0.001％的硫。
12.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中包含0.0015％至0.003％的硼。
13.如權(quán)利要求1所述的雙聯(lián)不銹鋼，其中該鋼是可焊接并可成形的。
14.一種雙聯(lián)不銹鋼，其基本上由以重量百分比計(jì)的最多0.06％的碳、15％至小于等于25％的鉻、大于3％至6％的鎳、最多3.75％的錳、0.14％到0.35％的氮、最多2％的硅、大于1.4％至小于等于2.5％的鉬、小于等于0.5％的銅、小于等于0.2％的鈷、最多0.05％的磷、最多0.005％的硫、0.001％到0.0035％的硼；以及鐵和不可避免的雜質(zhì)所組成。
15.一種雙聯(lián)不銹鋼，其包括，以重量百分比計(jì)，最多0.03％的碳、19.5％到22.5％的鉻、大于3％至4％的鎳、最多2％的錳、0.14％到0.20％的氮、最多1％的硅、1.5％到2.0％的鉬、小于0.4％的銅、小于0.2％的鈷、最多0.03％的磷、0.001％到0.0035％的硼；鐵和不可避免的雜質(zhì)。
16.一種包括雙聯(lián)不銹鋼的生產(chǎn)制品，其包括，以重量百分比計(jì)，最多0.06％的碳、15％至小于等于25％的鉻、大于3％至6％的鎳、最多3.75％的錳、0.14％到0.35％的氮、最多2％的硅、大于1.4％至小于等于2.5％的鉬、小于等于0.5％的銅、小于等于0.2％的鈷、最多0.05％的磷、最多0.005％的硫、0.001％到0.0035％的硼；鐵和不可避免的雜質(zhì)。
17.如權(quán)利要求16所述的制品，其中所述鋼是以選自條、棒、板、片、鑄件、管和管道的制品的形式。
18.一種制造雙聯(lián)不銹鋼的方法，該方法包括以重量百分比計(jì)，提供包括最多0.06％的碳、15％至小于等于25％的鉻、大于3％至6％的鎳、最多3.75％的錳、0.14％到0.35％的氮、最多2％的硅、大于1.4％至小于等于2.5％的鉬、小于等于0.5％的銅、小于等于0.2％的鈷、最多0.05％的磷、最多0.005％的硫、0.001％到0.0035％的硼，以及鐵和不可避免的雜質(zhì)的雙聯(lián)不銹鋼；將該鋼固溶退火；并冷卻該鋼。
全文摘要
公開了一種雙聯(lián)不銹鋼，以重量百分比計(jì)，其包括最多0.06％的碳、15％至小于等于25％ 的鉻、大于3 ％至6％的鎳、最多3.75％的錳、0.14％到0.35％的氮、最多2％的硅、大于1.4％至小于等于2.5％的鉬、小于等于0.5％的銅、小于等于0.2％的鈷、最多0.05％的磷、最多0.005％的硫、0.001到0.0035的硼；其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。該雙聯(lián)不銹鋼可包含在生產(chǎn)制品，例如條、棒、板、片、鑄件、管和管道中。也公開了一種制造這種雙聯(lián)不銹鋼的方法。
文檔編號C22C38/44GK1571860SQ02820395
公開日2005年1月26日 申請日期2002年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月16日
發(fā)明者戴維·S·伯格斯特羅姆, 約翰·J·鄧恩, 約翰·F·格拉布, 威廉·A·普拉特 申請人:Ati資產(chǎn)公司