资源节约型高氮超级双相不锈钢合金材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一类含稀土金属的资源节约型高氮超级双相不锈钢合金材料及其制备方法。该合金材料的组成及其质量百分比为：0＜C≤0.04％，0＜S≤0.01％，0＜Si≤1.0％，0＜P≤0.015％，Cr：24.0～26.0％，Mn：9.0～11.0％，Mo：2.0～4.0，Ni：1.0～3.0，N：0.45～0.55％，B：0.001～0.01％，稀土Ce或Y：0.005～0.20％，其余部分为铁。与现有技术相比，本发明的资源节约型高氮低镍超级双相不锈钢合金材料，该合金材料成分范围内的钢在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850～950MPa范围，屈服强度在650～750MPa范围，断裂延伸率在25～50％范围。

权利要求

1.一种资源节约型高氮双相不锈钢合金材料，其特征在于该合金材料包含的组成及其质量百分比为：(1)0＜C≤0.04％，0＜S≤0.01％，0＜Si≤1.0％，0＜P≤0.015％，Cr：24.0～26.0％，Mn：9.0～11.0％，Mo：2.0～4.0，Ni：1.0～3.0，N：0.45～0.55％，B：0.001～0.01％，稀土Ce或Y：0.005～0.20％，其余部分为铁。

2.根据权利要求1所述的资源节约型高氮双相不锈钢合金材料，其特征在于该合金材料的以质量百分比计，还含有W、Cu中的至少一种，其含量为0.1～2.5％的W，0.1～2.5％的Cu。

3.一种根据权利要求1或2所述的资源节约型高氮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，最终制得资源节约型高氮低镍超级双相不锈钢合金材料。

说明书

资源节约型高氮超级双相不锈钢合金材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一类含稀土金属的资源节约型高氮超级双相不锈钢合金材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 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。双相钢中钼元素和元素含量高，因而具有很好的抗局部腐蚀能力，这就决定了双相钢在一些特殊的工业领域如石油化工、造纸、化肥、造船等行业中具有很好的应用前景。由于双相钢比奥氏体钢强度高一倍，使用双相钢可以减轻重量；目前一些发达国家已经使用双相钢作为桥梁结构和沿海地区建筑筋。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。

发明内容

[0003] 本发明的目的之一在于提供一类低成本且具有很好耐腐蚀性和热加工性的资源节约型高氮超级双相不锈钢合金材料。

[0004] 本发明的目的之二在于提供该类合金材料的制备方法。

[0005] 为达到上述目的，本发明的机理如下：根据氮和锰可以代替镍和稀土在钢中的作用原理，大量试验研究发展，用适量的廉价氮和锰可以稳定超级双相钢中的奥氏体，从而降低贵重镍的用量；同时，B的加入能降低氧含量，钙的加入能降低硫含量，此外再向该双相不锈钢合金中加入稀土Ce或Y后，合金中的氧和硫含量大大降低或形成高熔点的稀土硫氧化物和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。

[0006] 根据上述机理，本发明采用如下技术方案：

[0007] 一种资源节约型高氮超级双相不锈钢合金材料，其特征在于该合金材料包含的组成及其质量百分比为：(1)0＜C≤0.04％，0＜S≤0.01％，0＜Si≤1.0％，0＜P≤0.015％，Cr：24.0～26.0％，Mn：9.0～11.0％，Mo：2.0～4.0，Ni：1.0～3.0，N：0.45～0.55％，B：0.001～0.01％，稀土Ce或Y：0.005～0.20％，其余部分为铁。

[0008] 上述的合金材料的以质量百分比计，还含有W、Cu中的至少一种，其含量为0.1～2.5％的W，0.1～2.5％的Cu。

[0009] 上述的资源节约型高氮超级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：

[0010] 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％；

[0011] 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，最终制得资源节约型高氮低镍超级双相不锈钢合金材料。

[0012] 与现有技术相比，本发明的资源节约型高氮低镍超级双相不锈钢合金材料，该合金材料成分范围内的钢在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850～950Mpa范围，屈服强度在650～750Mpa范围，断裂延伸率在25～50％范围。

[0013] 具体实施方式

[0014] 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：

[0015] Cr 25.4％

[0016] Mo 3.2％

[0017] Ni 2.0％

[0018] N 0.50％

[0019] C 0.026％

[0020] 稀土Ce 0.03％

[0021] Si 0.8％

[0022] Mn 10.0％

[0023] S 0.008％

[0024] P 0.01％

[0025] B 0.002％

[0026] Fe 余量

[0027] 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，最终制得高氮高铬低镍超级双相不锈钢合金材料，其孔蚀抗力当量值为43.96。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870MPa，屈服强度大于650MPa，断裂延伸率大于32％。

[0028] 实施例二：本实施例中，采用双相不锈钢的成分及质量百分比如下：

[0029] Cr 24.5％

[0030] Mo 2.9％

[0031] Ni 2.30％

[0032] N 0.48％

[0033] C 0.028％

[0034] 稀土Y 0.06％

[0035] Si 0.6％

[0036] Mn 9.8％

[0037] S 0.006％