一种超高强塑积TRIP型双相不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超高强塑积TRIP型双相不锈钢，其包括以下质量百分比的组分：C：0.03～0.05％、Si：1.5～1.8％、Mn：2.6～3.0％、Ni：1.9～2.1％、Cr：20.2～20.8％、N：0.2～0.21％、Mo：0.2～0.5％、W：0.2～0.5％、B<0.2％、P＜0.03％、S＜0.03％、[O]

【技术实现步骤摘要】
一种超高强塑积TRIP型双相不锈钢及其制备方法
本专利技术涉及钢铁材料制造领域，特别是涉及一种超高强塑积TRIP型双相不锈钢及其制备方法。
技术介绍
双相不锈钢具有铁素体-奥氏体双相组织，因其兼具铁素体钢高强度和奥氏体钢高塑性，同时不失良好耐蚀性等优点而被广泛应用于各个领域。近年来，Ni等的价格陡然攀升，研究人员通过Mn-N合金化代替昂贵的Ni开发出具有亚稳态奥氏体相的节约型双相不锈钢，在一方面降低了原材料成本，在另一方面利用塑性变形时亚稳奥氏体向马氏体的转变触发TRIP效应，进一步提高材料的强度和塑性，这使其正逐渐替代传统Ni-Mo型双相不锈钢和Cr-Ni型奥氏体不锈钢在工程中的应用。研究表明，奥氏体的稳定性控制着TRIP效应的进行。奥氏体稳定性太差时，马氏体转变极为迅速，在一定程度上有利于获得较高的强度，但脆相马氏体的过早饱和会极大地降低材料的塑性；而奥氏体过于稳定时，马氏体转变极为缓慢，转变量也极大受限，TRIP效应不够充分，增强增塑效果不够明显。也就是说，适当的奥氏体稳定性是获得综合力学性能(超高强塑积)的关键，而现有TRIP钢大多未能充分发挥TRIP效应的作用，较低的强塑积极大地限制了其在工业中的发展。同时，双相不锈钢常被用作化学储罐和海水淡化结构件，其对耐蚀性要求极高，传统的双相不锈钢在此严苛的条件下服役时常会出现明显的寿命下降现象。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种具有超高强塑积且兼具耐蚀性能，而且在化学成分上能大幅减少镍含量的TRIP型双相不锈钢及其制备方法。<br>为实现上述目的，本专利技术的技术方案是通过研究合金元素对节Ni双相不锈钢综合力学性能和耐蚀性能的影响，特别是通过调节奥氏体形成元素的含量严格控制奥氏体的稳定性，同时添加少量的稀土元素以提高钢的各项性能。在此基础上科学合理地设计了钢种的化学成分，并提出了一种具有超高强塑积的TRIP型双相不锈钢的制备方法。本专利技术一方面提供了一种TRIP型双相不锈钢，其包括以下质量百分比(wt％)的组分：C：0.03～0.05％、Si：1.5～1.8％、Mn：2.6～3.0％、Ni：1.9～2.1％、Cr：20.2～20.8％、N：0.2～0.21％、Mo：0.2～0.5％、W：0.2～0.5％、B<0.2％、P＜0.03％、S＜0.03％、[O]总≤0.003％、稀土元素RE：0.08～0.20％，Fe余量。在上述化学元素中，决定不锈钢属性的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定含量的铬。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本原因是：向钢中添加铬后，可以促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方向发展。本专利技术中铬的含量范围为20.2～20.8％，既能保证钢具有良好的不锈耐蚀性，又能保证室温下钢为双相，即奥氏体+铁素体组织。镍是提高奥氏体相稳定性的元素，镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢将表现出许多可贵的性能。然而增加镍的含量，会大大增加原材料的成本，因此，镍含量限制在1.9～2.1％。碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布形式。在不锈钢中，碳的影响尤为显著，主要表现在两个方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用程度很大，约为镍的30倍；另一方面由于碳和铬的亲和力很大，能与铬形成一系列复杂的碳化物，会降低钢的耐蚀性。所以从强度与耐腐蚀性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是相互矛盾的。出于不锈钢耐腐蚀的主要目的，本专利技术将含碳量控制在0.03～0.05％。硅在不锈钢中是形成铁素体的合金元素，可以提高残余奥氏体的稳定性，同时也起到固溶强化的作用，从而提高钢的强度。适量的硅可有效地提高钢的耐蚀性，但过高的硅含量会增加钢的脆性，不利于锻、轧。硅含量过低则不会带来稳定的令人满意的TRIP效应。综合以上因素，本专利技术将含硅量控制在1.5～1.8％范围之内。锰和氮可以代替Cr-Ni不锈钢中的Ni。锰对于奥氏体的作用与镍相似，更确切地说，锰的作用不在于形成奥氏体，而在于它能降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温，其在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一。在耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢，但它们不能作为不锈钢使用。本专利技术将含锰量确定在2.6～3.0％之间。氮在不锈钢中是非常强烈地形成、稳定和扩大奥氏体区的元素，其在增加奥氏体稳定性上的作用约为镍的三十倍，奥氏体相比例也与氮含量直接相关。氮在不明显降低材料塑性和韧性的前提下可以明显提高材料的强度，还可以提高不锈钢的不锈性和耐蚀性以及延缓碳化物析出等。为了获得平衡的两相比例和理想的奥氏体稳定性，本专利技术将含氮量确定在0.2～0.21％之间。钼可以强化铁素体相，提高钢的强度、延展性和耐磨性，改善钢的韧性，在不锈钢中主要是用来抗氧化和防腐蚀。钨与钼的作用类似，但其对抗氧化性和耐蚀性的影响不大，且与钼同属于较为昂贵的合金元素，故将含钼量和含钨量确定在0.2～0.5％之间。微量的稀土元素不仅能净化钢液，还可以改善工艺性能，提高钢的耐蚀性、塑性、韧性等。本专利技术稀土元素的含量控制在0.08～0.20％范围内。另一方面，本专利技术还提供了一种超高强塑积TRIP型双相不锈钢的制备方法，其包括以下工艺步骤：S1、冶炼和浇铸：采用20kg真空感应炉冶炼，控制氧含量低于30ppm的条件下加入稀土元素与硼的混合物，在20秒内加入完成后迅速进行浇铸，浇铸温度控制在1500～1650℃；S2、锻造：在750kg空气锤上采用自由锻造的方式进行锻造开坯，加热温度1100-1200℃，开坯时控制始锻温度在1080-1180℃，终锻温度≥950℃，锻造成锻造成20mm×20mm的方形棒状坯料，锻造比为约为13.5。S3、退火：此钢种锻比较大，锻后须及时进行退火处理，消除锻棒中的内应力，以防止在锻棒上取料时出现样品弯曲等现象。对步骤2中的方形棒状坯料进行退火处理，退火温度为600-660℃，退火时间为10-30min，冷却方式为空冷。S4、固溶处理：双相不锈钢的固溶处理会引起两相间的元素扩散，一方面可以用来调节两相含量，使两相比例处于具有最佳综合性能的平衡状态；同时还可以用来调节奥氏体的稳定性，以充分发挥TRIP效应的增强增塑效果。对钢种在1020-1080℃下进行的固溶处理，保温时间为20-40min，采用水冷或油冷方式冷却后，即可获得具有超高强塑积的TRIP型双相不锈钢钢材。优选的，步骤S1稀土元素与硼的混合物中稀土元素与硼的质量比为1：1.5～3。优选的，步骤S3中退火温度为630℃，退火时间为20min。优选的，步骤S4中固溶处理温度为1050℃，保温时间为30min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本钢种所用合金成分少，Ni、Mo等传统双相不锈钢中常用的昂贵金属被Mn、N等廉价金属部分代替，大大降低了原材料成本。(2)在本钢种中加入少量的M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高强塑积TRIP型双相不锈钢，其特征在于，其包括以下质量百分比(wt％)的组分：C：0.03～0.05％、Si：1.5～1.8％、Mn：2.6～3.0％、Ni：1.9～2.1％、Cr：20.2～20.8％、N：0.2～0.21％、Mo：0.2～0.5％、W：0.2～0.5％、B<0.2％、P＜0.03％、S＜0.03％、[O]

【技术特征摘要】
1.一种超高强塑积TRIP型双相不锈钢，其特征在于，其包括以下质量百分比(wt％)的组分：C：0.03～0.05％、Si：1.5～1.8％、Mn：2.6～3.0％、Ni：1.9～2.1％、Cr：20.2～20.8％、N：0.2～0.21％、Mo：0.2～0.5％、W：0.2～0.5％、B<0.2％、P＜0.03％、S＜0.03％、[O]总≤0.003％、RE：0.08～0.20％，Fe余量。


2.一种如权利要求1所述的超高强塑积TRIP型双相不锈钢的制备方法，其特征在于，其包括以下工艺步骤：
S1、冶炼和浇铸：采用真空感应炉冶炼，控制氧含量低于30ppm的条件下加入稀土元素与硼的混合物，在20秒内加入完成后迅速进行浇铸，浇铸温度控制在1500～1650℃；
S2、锻造：在空气锤上采用自由锻造的方式进行锻造开坯，加热温度1100-1200℃，开坯时控制始锻温度在1080-1180℃，终锻温度≥950℃，锻造成20mm×20mm的方形棒状坯料；
S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，郝硕，彭程，张鑫，李志国，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13