專利名稱：：超低碳雙相不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域。主要適用于制作要求抗腐蝕、特別是抗腐蝕疲勞的零部件及設(shè)備。在化肥生產(chǎn)工藝流程中，特殊泵、閥用材始終是仍未能圓滿解決的關(guān)鍵問題之一。泵、閥是動態(tài)設(shè)備，易損壞，常更換，對所用材料要求具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，和具有良好的耐腐蝕疲勞性能，對尿素生產(chǎn)的心臟設(shè)備——甲銨泵，就要求具有優(yōu)異的抗腐蝕疲勞性能。諸如甲銨泵之類的尿素生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備在運(yùn)行中，由于受交變應(yīng)力和甲銨液強(qiáng)腐蝕的聯(lián)合作用，在缸體內(nèi)腔容易產(chǎn)生腐蝕疲勞開裂，其使用壽命短，不僅缸體消耗量大，而且嚴(yán)重影響尿素的連續(xù)生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失大。與缸體開裂有關(guān)的因素很多，如缸體材料性能、設(shè)計(jì)制造、使用和維修等，但是其中材料本身的抗腐蝕疲勞性能是最主要的因素。材料的抗腐蝕疲勞性能主要取決于材料的耐蝕性、疲勞強(qiáng)度和材質(zhì)質(zhì)量等因素。在現(xiàn)有技術(shù)中，超低碳雙相不銹鋼是抗腐蝕疲勞性能最優(yōu)異的金屬材料之一。所謂雙相是鋼的金相組織為雙相即奧氏體組織(γ相)和鐵素體組織(α相)。雙相鋼優(yōu)異的耐尿素甲銨液的腐蝕疲勞性能主要取決于合適的兩相比例鋼的純凈度及組織均勻性，同時要避免脆性相的析出，經(jīng)多年研究認(rèn)為，當(dāng)α相和γ相之間兩相的比例各占約50％時，其抗腐蝕疲勞性能和綜合性能最優(yōu)。日本標(biāo)準(zhǔn)JISG4303(1974)公布了一種雙相不銹鋼SUS329J1。SUS329J1鋼是在美國AISI329鋼的基礎(chǔ)上將碳含量由C≤0.1％C降為≤0.08％，進(jìn)一步改善耐蝕性、焊接性及其它綜合性能的雙相不銹鋼。此鋼除具有較好的耐孔蝕性能外，在磷酸和其它特殊環(huán)境中的耐蝕性也優(yōu)于含Mo的18-8型奧氏體鋼，該鋼主要適用于海水和其它工業(yè)用介質(zhì)的熱交器用傳熱管和含氯離子鹵水介質(zhì)及磷酸介質(zhì)中。該鋼的顯微組織中α相數(shù)量偏高，達(dá)60～70％，故整體的耐蝕性能稍差，尤其是在甲銨液介質(zhì)中的抗腐蝕疲勞性能更差，使該鋼在尿素生產(chǎn)等設(shè)備中的應(yīng)用受到限制。本發(fā)明的目的在于提供一種抗腐蝕疲勞性能和綜合性能優(yōu)異的超低碳雙相不銹鋼及其制造方法。針對上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)措施是在化學(xué)成分上，降低碳含量、加N，提高Cr、Mo含量，尤其要求控制鎳當(dāng)量(Nieq)；在制造方法上，采用精煉、合適的熱加工和熱處理制度。通過上述措施獲得具有最佳的α相和γ相比例、以及純潔度高和均勻性好的材料，以便獲取優(yōu)異的性能。本發(fā)明的具體化學(xué)成分(重量％)為C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤1.00％，S≤0.03％，P≤0.035％，Cr23.0～27.0％，Ni4.0～7.0％，Mo1.0～3.0％，N0.10～0.20％；同時，鎳當(dāng)量(Nieq)必須滿足的如下要求Nieq＝7.9～9.9(％)Nieq＝1×Ni％+15×N％+30×C％+0.5×Mn％。在組織結(jié)構(gòu)中鐵素體(α相)必須滿足如下要求α相(％)＝144％-10Nieq本發(fā)明制造方法如下(1)冶煉工藝[1]電爐或感應(yīng)爐熔煉+電渣重熔工藝；[2]電爐熔煉+VOD精煉+電渣重熔工藝；冶煉后澆鑄成鋼錠。(2)熱加工工藝鋼錠的熱加工可采用鍛造或軋制，其中加熱溫度為1150～1200℃，開鍛或開軋溫度≥1050℃，終鍛或終軋溫度≥950℃，鍛軋后空冷。(3)熱處理工藝鋼錠經(jīng)鍛或軋制成材后進(jìn)行熱處理，熱處理工藝采用固溶處理，固溶溫度1020～1070℃，保溫時間20分鐘～2小時，然后快速冷卻至室溫。本發(fā)明超低碳雙相不銹鋼制品適用于尿素生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備——甲銨泵、閥等設(shè)備。在鋼的化學(xué)成分上，降低C含量，是為了防止脆性易蝕相碳化物的析出，改善鋼的抗晶間腐蝕性能和綜合性能。鋼中較高的Cr、Mo含量，不僅能形成致密而均勻的鈍化膜，而且鈍化膜的自修能力也很強(qiáng)，使之提高耐蝕性。Ni和N均能提高鋼的抗腐蝕疲勞性能?？刂坪线m的Ni、N含量及鎳當(dāng)量主要是調(diào)節(jié)α相和γ相兩相的比例，使鋼獲得由適宜的兩相比例所構(gòu)成的特殊組織結(jié)構(gòu)，鋼中的α相數(shù)量可達(dá)到較滿意的45～65％。這是獲取優(yōu)異的抗腐蝕疲勞性能和綜合性能的關(guān)鍵。在鋼的制造方法上，冶煉工藝采用電爐(或感應(yīng)爐)熔煉+電渣重熔，或電爐熔爐+VOD精煉+電渣重熔，其目的是減少并細(xì)化夾雜物，使之在改善鋼的整體抗腐蝕性能的同時，進(jìn)一步防止以夾雜物為起源而引起的腐蝕疲勞裂紋的產(chǎn)生，同時改善鋼的塑韌性。在熱加工工藝中，控制加熱溫度，尤其是終鍛或終軋溫度控制在950℃以上，主要是為了避免脆性相(σ相)的析出，同時要保證足夠的鍛(軋)壓比(≥2.5)，使鋼的組織均勻而致密，防止組織缺陷為起源所引起的腐蝕疲勞裂紋的產(chǎn)生。在熱處理工藝方面，通過相變規(guī)律的研究，探明α相和γ相兩相比例的變化規(guī)律和析出相的析出規(guī)律，確定在固溶溫度范圍內(nèi)進(jìn)行充分固溶處理后，快速冷卻到室溫，獲取適宜的兩相比例組織和防止脆性相析出的最佳熱處理規(guī)范。依照上述鋼的化學(xué)成分、鎳當(dāng)量及制造方法，本發(fā)明可達(dá)到如下指標(biāo)α相可控制在45～65％腐蝕疲勞性能在循環(huán)應(yīng)力σ-1＝275MPa下，循環(huán)周次N＞107采用Huey法進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，所得腐蝕性能為5個周期的平均腐蝕量＜1.0μm/48h。力學(xué)性能σb≥670MPa，σs≥520MPa，δ5＞25％，ψ≥70％，Ak≥250J。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具體如下優(yōu)點(diǎn)(1)由于化學(xué)成分和鎳當(dāng)量適當(dāng)，能獲得45～65％的α相，故具有優(yōu)異的抗腐蝕疲勞性能和綜合性能。(2)由于在甲銨液介質(zhì)中的抗腐蝕疲勞性能和力學(xué)性能優(yōu)異，本發(fā)明可適用于尿素生產(chǎn)設(shè)備中各類要求耐腐蝕性能以及耐腐蝕疲勞性能較好的結(jié)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)設(shè)備，特別適用于尿素生產(chǎn)設(shè)備中的甲銨泵、閥等。(3)本發(fā)明鎳含量較低(與奧氏體不銹鋼相比)，可節(jié)約大量鎳，降低成本。實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的化學(xué)成分、鎳當(dāng)量及制造方法，冶煉了4爐鋼，4爐鋼的化學(xué)成分和鎳當(dāng)量如表1所示；冶煉方法如表2所示；熔煉后4爐鋼分別澆鑄成鋼錠，然后進(jìn)行鍛造或軋制成棒材，其鍛造軋制工藝參數(shù)如表3所示；鍛后將鍛材分爐號進(jìn)行固溶處理，其處理參數(shù)如表4所示；然后從熱處理后的鍛材中取樣，分別進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)、夾雜物及α相含量測試、Huey法腐蝕試驗(yàn)和腐蝕疲勞性能試驗(yàn)，試驗(yàn)及測試結(jié)果分別列入了表5、表6、表7和表8。為了對比，在進(jìn)行Huey法腐蝕試驗(yàn)時，將316L不銹鋼也同條件下進(jìn)行了腐蝕試驗(yàn)，其結(jié)果也列入表7；另外，還取329J1(00Cr25Ni6Mo2)、3RE60(00Cr18Ni5Mo3Si2)和316L(00Cr18Ni14Mo2)三個雙相不銹鋼的試樣，在同樣條件下，同時進(jìn)行了抗腐蝕疲勞性能試驗(yàn)，其結(jié)果也列入表8中。由上述試驗(yàn)結(jié)果看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明含氮超低碳雙相不銹鋼不僅具有良好的力學(xué)性能和抗腐蝕性能，而且還具有優(yōu)異的抗腐蝕疲勞性能。采用本發(fā)明實(shí)施例爐號1的超低碳雙相不銹鋼，取代原進(jìn)口西德ALL184H材料(尿素316L鋼)，制作尿素車間的G2301甲銨泵的缸體。該甲銨泵的工作介質(zhì)為甲銨液，工作溫度75℃，使用結(jié)果表明，本發(fā)明鋼的使用壽命比進(jìn)口的尿素316L材料提高了8倍。另外，采用本發(fā)明實(shí)施例爐號2的超低碳雙相不銹鋼，制作使用條件更為苛刻的三聚氰胺裝置上的甲銨泵缸體，該泵的工作介質(zhì)為甲銨液，工作溫度為105℃，其使用壽命比原用的329鋼高2倍。表1實(shí)施例鋼號的化學(xué)成分及鎳當(dāng)量</tables>表2實(shí)施例鋼號的冶煉工藝</tables>表3實(shí)施例鋼號的熱加工工藝參數(shù)</tables>表4實(shí)施例鋼號的固溶處理工藝參數(shù)</tables>表5實(shí)施例鋼號的力學(xué)性能</tables>表6實(shí)施例鋼號的夾雜物等級和α相含量</tables>表7實(shí)施例和對比例的腐蝕性能(Huey法檢驗(yàn))</tables>表8實(shí)施例與對比例的抗腐蝕疲勞性能</tables>權(quán)利要求1.一種超低碳雙相不銹鋼，其特征在于(1)化學(xué)成分(重量％)為C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤1.00％，S≤0.03％，P≤0.035％，Cr23.0～27.0％，Ni4.0～7.0％，Mo1.0～3.0％，N0.10～0.20％；(2)化學(xué)成分還必須滿足如下鎳當(dāng)量(Nieq)值Nieq＝7.9～9.9(％)Nieq＝1×Ni％+15×N％+30×C％+0.5×Mn％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其特征在于鋼的組織結(jié)構(gòu)中鐵素體(α相)所占的百分比為α相(％)＝144％-10Nieq3.一種權(quán)利要求1所述的超低碳雙相不銹鋼的生產(chǎn)方法，包含冶煉、熱加工、熱處理工藝，其特征在于(1)冶煉工藝a.電爐或感應(yīng)爐熔煉+電渣重熔；b.電爐熔煉+VOD精煉+電渣重熔；冶煉后鑄成鋼錠；(2)鋼錠熱加工可采用鍛造或軋制，其中加熱溫度為1150～1200℃，開鍛或開軋溫度≥1050℃，終鍛或終軋溫度≥950℃，鍛軋后空冷；(3)熱處理工藝熱處理采用固溶處理，固溶溫度1020～1070℃，保溫時間20分鐘～2小時，然后快速冷卻至室溫。4.一種權(quán)利要求1所述的超低碳雙相不銹鋼的用途，其特征在于該鋼適用于尿素生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備——甲銨泵、閥設(shè)備上。全文摘要本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域。其化學(xué)成分(重量％)為C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤1.00％，S≤0.03％P≤0.035％，Cr23.0～27.0％，Ni4.0～7.0％，Mo1.0～3.0％，N0.10～0.20％；化學(xué)成分還必須滿足鎳當(dāng)量為7.9～9.9％的要求。該鋼冶煉工藝采用電爐或感應(yīng)爐熔煉、VOD精煉+電渣重熔，采用鍛軋熱加工，固溶熱處理。本發(fā)明不僅具有良好的抗腐蝕性能，而且還具有優(yōu)異的抗腐蝕疲勞性能，主要適用于尿素生產(chǎn)中甲銨泵、閥等設(shè)備。文檔編號C22C38/44GK1154419SQ9612004公開日1997年7月16日申請日期1996年10月14日優(yōu)先權(quán)日1996年10月14日發(fā)明者姜世振,吳玖,張寶林,韓俊媛申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院