一种双相不锈钢及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种双相不锈钢材料及其制备方法和应用，按质量百分比由以下组分组成：C≤0.03％，Cr 24.00～26.00％，Ni 6.00～7.50％，Mo 2.50～3.00％，N 0.14～0.20％，余量是Fe及不可避免的杂质。用所述的双相不锈钢材料制备的焊芯，能够得到铁素体与奥氏体双相焊缝组织，焊接部位具有优异的机械性能和耐腐蚀能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及双相不锈钢领域，尤其涉及一种双相不锈钢及其制备方法和应用。
技术介绍
双相不锈钢固溶处理后，在室温下由约50％铁素体与50％的奥氏体双相组成。两相组织的存在使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的特点。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的强度，特别是屈服强度显著提高，耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐磨性能显著改善。与铁素体不锈钢比，其韧性提高、脆性转变温度降低、耐晶间腐蚀和焊接性显著改善，同时保留了铁素体钢导热系数高、膨胀系数小的优点。目前，双相不锈钢已在石油、天然气、造纸、海水淡化和化工等领域得到广泛应用，尤其是用于特殊化工环境的设备部件。其典型代表牌号2205双相不锈钢已在空气污染控制设备、化学品运输船等领域成功代替了316L奥氏体不锈钢。开发已二十余年的2304双相不锈钢尽管在性能上不如2205双相不锈钢，但在镍、钼价格波动大，其原料价格超过奥氏体不锈钢和双相不锈钢之间差价的情况下，2304双相不锈钢就成为了成本极佳的替代316L不锈钢的理想材料。目前国内外对双相不锈钢的研究很多，如中国专利申请CN101613839A中，将镍含量控制在1.0％以下，能有效降低生产成本；如中国专利申请CN101215674A和CN101768705A中，通过添加微量稀土元素来降低双相不锈钢中稀贵金属同时获得综合性能优良的双相不锈钢。又如美国专利US6551420提供一种EN1.4401(ASTM316)型奥氏体不锈钢以及对双相不锈钢种2205的低成本替代品，实施例中描述了两种组合物，每种元素的范围在下面通过重量％表示：0.018-0.021％碳，0.46-0.50％锰，0.022％磷，0.0014-0.0034％硫，0.44-0.45％硅，20.18-20.25％铬，3.24-3.27％镍，1.80-1.84％钼，0.21％铜，0.166-0.167％氮和0.0016％硼，其具有比EN1.4401更高的耐腐蚀性，且对于在含氯环境中使用是特别有利的。针对焊芯方面的研究，中国专利CN104668819B提供一种2205双相不锈钢用金属型药芯焊丝，由以下质量百分比的组分组成：Ni10％-15％，Cr30％-40％，Mo8％-14％，Mn2％-4％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％，但是该焊丝的机械性能远不能满足特殊的化工设备的需要。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种双相不锈钢材料及其制备方法和应用，用双相不锈钢材料制备的焊芯，能够得到铁素体与奥氏体双相焊缝组织，焊接部位具有优异的机械性能和耐腐蚀能力。本专利技术采用如下技术方案：一种双相不锈钢材料，按质量百分比由以下组分组成：C≤0.03％，Cr24.00～26.00％，Ni6.00～7.50％，Mo2.50～3.00％，N0.14～0.20％，余量是Fe及不可避免的杂质。在本专利技术的优选的实施方式中，所述杂质为：Si≤0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％。在本专利技术的优选的实施方式中，所述双相不锈钢材料由以下组分组成：C≤0.02％，Cr24.00～25.00％，Ni6.00～7.00％，Mo2.80-3.00％，N0.15～0.20％，余量是Fe及不可避免的杂质。在本专利技术的优选的实施方式中，所述双相不锈钢材料由以下组分组成：C≤0.01％，Cr24.00％，Ni6.00％，Mo3.00％，N0.20％，余量是Fe及不可避免的杂质。本专利技术还保护上述双相不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取所需元素于非真空感应炉中熔炼，熔炼温度1400～1600℃；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，重熔成电渣锭，其中渣系为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:25:10:5(质量百分比)，电压56V±2V；电流7500±300A；(3)将电渣锭加热锻造制成钢棒，将钢棒加热至1100-1300℃保温2～4小时，开始锻造；(4)钢棒锻后摊开空冷至室温；(5)钢棒表面处理，对成品钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求。在本专利技术的优选的实施方式中，所述熔炼温度为1530～1550℃。在本专利技术的优选的实施方式中，步骤(3)中钢棒加热的温度为1190℃。本专利技术还保护上述双相不锈钢材料在制备化工设备用焊芯中的应用，其中焊芯按质量百分比由以下组分组成：C≤0.03％，Cr24.00～26.00％，Ni6.00～7.50％，Mo2.50～3.00％，N0.14～0.20％，余量是Fe及不可避免的杂质。在本专利技术的优选的实施方式中，所述杂质为：Si≤0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％。在本专利技术的优选的实施方式中，所述焊芯由以下组分组成：C≤0.02％，Cr24.00～25.00％，Ni6.00～7.00％，Mo2.80～3.00％，N0.15～0.20％，余量是Fe及不可避免的杂质。在本专利技术的优选的实施方式中，所述焊芯由以下组分组成：C≤0.01％，Cr24.00％，Ni6.00％，Mo3.00％，N0.20％，余量是Fe及不可避免的杂质。本专利技术所述的焊芯可以采用现有技术中已知的方法进行制备。本专利技术的具有优异机械性能和耐蚀性的双相不锈钢的化学成分的设计中：碳：碳是强奥氏体形成元素，其奥氏体形成作用相当于Ni的30倍，因此一定程度上可以取代Ni，促进奥氏体组织的形成。但是当碳含量过高时，碳与铬结合后在晶界形成富铬碳化物，导致晶间腐蚀。尤其是在焊接过程中，碳化物迅速析出，将导致焊接区的耐腐蚀性能与力学性能显著下降。过低的碳含量将增加制备过程中的难度和成本。因此，本专利技术钢中碳含量控制为≤0.03％，最优为≤0.01％。铬：铬是不锈钢中最重要元素。铬是决定不锈钢耐蚀性的最主要元素，也是一种铁素体形成元素，同时可稳定奥氏体。对双相不锈钢而言，当铬含量较低时，耐蚀性将下降，同时降低组织的稳定性，对力学与耐腐蚀性能均不利，但当铬含量过高时，不但会增加金属间相、碳化物和氮化物的析出倾向，增加成本，更重要的是对其机械性能会不利。因此本专利技术钢中Cr含量控制为24.00-26.00％，最优为24.00％氮：氮元素是现代双相不锈钢中不可或缺的重要元素。首先N是一种形成和稳定奥氏体相的元素，氮的奥氏体形成能力是镍的30倍。此外，氮可以提高奥氏体相的耐腐蚀性能，尤其是耐点腐蚀性能和耐缝隙腐蚀性能，尽管有如上优点，但氮会显著降低双相不锈钢的机械性能。因此，本专利技术钢中氮含量控制在0.14～0.20％，最优为0.20％钼：钼非常有利于提高钢的耐腐蚀性能，尤其是在与铬复合作用的情况下，其耐点蚀当量是铬的3.3倍。更为重要的是，Mo可以提高双相不锈钢的热塑性，因此将Mo含量控制在2.5％以上。但是钼含量过高将导致脆性金属间相的加速析出，不利于生产和应用，因此本专利技术钢中的钼含量控制在2.50～3.00％，最优为3.00％。镍：镍是奥氏体化元素，与其他组分配合设计时，可以有效的调节双相不锈钢材料的机械性能。杂质Si、S和P对于双相不锈钢的机械性能危害很大，所以要尽量降低双相不锈钢中的杂质含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双相不锈钢材料，其特征在于，按质量百分比由以下组分组成：C ≤0.03％，Cr 24.00～26.00％，Ni 6.00～7.50％，Mo 2.50～3.00％，N 0.14～0.20％，余量是Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种双相不锈钢材料，其特征在于，按质量百分比由以下组分组成：C≤0.03％，Cr24.00～26.00％，Ni6.00～7.50％，Mo2.50～3.00％，N0.14～0.20％，余量是Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的双相不锈钢材料，其特征在于，由以下组分组成：C≤0.02％，Cr24.00～25.00％，Ni6.00～7.00％，Mo2.80-3.00％，N0.15～0.20％，余量是Fe及不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的双相不锈钢材料，其特征在于，由以下组分组成：C≤0.01％，Cr24.00％，Ni6.00％，Mo3.00％，N0.20％，余量是Fe及不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的双相不锈钢材料，其特征在于，所述杂质为：Si≤0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％。5.权利要求1-4中任一项所述的双相不锈钢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取所需元素于非真空感应炉中熔炼，熔炼温度1400～1600℃；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，重熔成电渣锭，其中渣系为CaF2:Al2O3:CaO:Mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖云虎，雷德江，丁勇，黄志永，刘永新，张华国，
申请(专利权)人：四川六合锻造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51