一种记忆型双相不锈钢及其制备制造技术

本发明专利技术的一种记忆型双相不锈钢及其制备，属于钢铁材料技术领域，钢包括组分及质量百分比为：C 0.01~0.1%，Si 2~5%，Mn 7~16%，P≤0.01%，S≤0.01%，Ni≤1%，Al 0.2~1%，Cr 10~20%，Co 0.2~1%，余量为Fe及不可避免的杂质。制备过程为：(1)按照设定的成分选择原料进行熔炼，并浇铸成钢锭，钢锭在1050~1250℃热锻成锻坯后，冷却至室温，其中：所述的锻坯厚度为40~60mm，将锻坯在1200~1250℃下，进行均匀化处理5~8h，均匀化处理后的锻坯在1150~1200℃下热轧，终轧温度为850~1050℃，热轧后的钢板立刻进行水冷以固定高温组织，所述的热轧板厚度为2~6mm，将热轧板在750~1000℃下进行退火30~180min，制得具有优良形状记忆效应的双相不锈钢。该不锈钢成分简单、成本低、性能优良，形状回复率≥45%，屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥850MPa，伸长率≥40%，点蚀电位≥200MV。点蚀电位≥200MV。

A memory duplex stainless steel and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种记忆型双相不锈钢及其制备


[0001]本专利技术属于钢铁材料
，具体涉及一种记忆型双相不锈钢及其制备。

技术介绍

[0002]随着社会发展和科学技术的进步，对功能材料及其应用的研究越来越受到人们的重视。形状记忆合金作为功能材料进入了人们的视野。Fe
‑
Mn
‑
Si基合金的形状记忆效应是通过应力诱发马氏体相变来实现的。由于其成本低和良好的加工性而被视为昂贵Ti
‑
Ni基形状记忆合金可能的候选材料，有望在许多机械和建筑领域中获得应用。尽管Fe
‑
Mn
‑
Si合金具有独特的性能，但是目前在实际中的应用较少，主要是由于其耐腐蚀性较差，这在一定程度上限制了其应用。
[0003]针对目前Fe
‑
Mn
‑
Si基形状记忆合金对耐蚀性的需求，在Fe
‑
Mn
‑
Si基形状记忆合金的基础上，通过成分调控和采用新的制备工艺开发一种新的兼具记忆效应、耐蚀性以及力学性能的Fe
‑
Cr
‑
Mn
‑
Al
‑
Si记忆型双相不锈钢，不但可以解决Fe
‑
Mn
‑
Si基形状记忆合金耐蚀性较低的技术难题，而且对于扩大双相不锈钢在钢铁行业中应用范围具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种记忆型双相不锈钢及其制备方法，在Fe
‑
Mn
‑
Si形状记忆合金的基础上，通过添加铬(Cr)、镍(Ni)、钴(Co)等元素，以提高其形状记忆效应和耐腐蚀性能。一般来说，Si和Co元素可以降低钢的奈尔温度(T
N
)和奥氏体的层错能，但是由于Co的价格较高，因此不易加入过多。1％的Si可以使钢的T
N
温度降低约25K。但是Si含量过高会引起合金脆性增加。本专利技术考虑以Co代替Si，进而可以适当降低Si元素的含量。通过采用添加Co元素来代替Si元素，从而在保证良好记忆效应的前提下，解决高Si所带来的脆性问题，探究其对记忆效应的影响规律。同时辅以合适的退火工艺制度，对双相不锈钢显微组织的相组成、晶粒尺寸及体积分数进行调控，开发出具有较好形状记忆效应以及良好力学性能和耐蚀性能相匹配的双相不锈钢。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种记忆型双相不锈钢，包括组分及质量百分比为：C 0.01～0.1％，Si 2～5％，Mn 7～16％，P≤0.01％，S≤0.01％，Ni≤2％，Al 0.2～1％，Cr 10～20％，Co 0.2～1％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0007]所述的双相不锈钢的形状回复率高达45～65％，屈服强度500～800MPa，抗拉强度850～1000MPa，伸长率40～65％，点蚀电位为200～450MV。
[0008]所述的记忆型双相不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)按照设定的成分选择原料进行熔炼，并浇铸成钢锭；
[0010](2)钢锭在1050～1250℃热锻成锻坯后，冷却至室温，其中：所述的锻坯厚度为40～60mm；
[0011](3)将锻坯在1200～1250℃下，进行均匀化处理5～8h；
[0012](4)均匀化处理后的锻坯在1150～1200℃下热轧，终轧温度为850～1050℃，热轧后的钢板立刻进行水冷以固定高温组织，所述的热轧板厚度为2～6mm；
[0013](5)将热轧板冷却至室温后在750～1000℃下进行退火30～180min，制得具有优良形状记忆效应的双相不锈钢。
[0014]所述的步骤(2)中，热锻后冷却方式为水冷。
[0015]所述的步骤(4)和(5)中，避免在σ相形成温度区间停留，热轧板在850～1050℃终轧后，采用超快冷方式冷却至室温，退火处理后的钢板，采用超快冷方式冷却至室温，所述的超快冷冷却速度≥100℃/s。
[0016]本专利技术的成分控制的设计原理为：
[0017]Cr是双相不锈钢中最重要的合金元素之一。它不仅是强铁素体形成元素，控制双相不锈钢中铁素体的比例，而且是提高耐蚀性的主要元素。Cr元素可以提高钢的耐蚀性的主要原因是Cr元素能在钢表面形成稳定致密的Cr2O3保护膜，降低钢的表面钝化电流密度，促进不锈钢的钝化，降低钢在钝化条件下的溶解速度。Cr可以显著降低Fe
‑
Mn
‑
Si基合金的奈尔温度，促进应力诱发ε
‑
马氏体相变，Cr还可以降低合金的Ms点。
[0018]Al是铁素体形成元素，在Fe
‑
Mn合金体系中，Al在金属表面形成具有保护作用的Al2O3层，Al与Cr的作用是相同的，均是通过在金属表面形成钝化膜来提高钢的耐蚀性。因此，可以考虑用Al代替部分Cr元素，可显著降低成本，同时可保证其耐蚀性。
[0019]在双相不锈钢中，Ni是强烈的奥氏体形成元素，扩大奥氏体相区，可通过对Ni元素的调节来实现对铁素体和奥氏体两相比例的调节，如果双相不锈钢中Ni元素的含量过高，就会引起钢中铁素体体积分数较低，两相比例失调，从而导致Cr和Mo等元素富集在铁素体中，使材料在700～950℃温度范围内进行热处理时容易产生σ相，明显降低钢的塑韧性及耐腐蚀性，但是如果Ni元素的含量过低会使材料中奥氏体体积分数过低，降低材料的韧性，且降低材料的形状记忆效应。
[0020]Mn是奥氏体形成元素，扩大奥氏体相区和稳定奥氏体相，但是Mn的作用相当于Ni的一半。在双相不锈钢中可以用Mn替代一部分的Ni，显著降低成本。但是Mn元素的加入通常会降低材料的耐点蚀性，同时，当Mn元素含量较高时，将会促进Mn与S在晶界处结合形成MnS夹杂，明显降低材料的韧性。Mn元素是Fe
‑
Mn
‑
Si基形状记忆合金的基本元素之一，Mn元素的加入可以降低Ms点，增加奥氏体的层错能和奈尔温度。当Ms<T
N
时，马氏体相变被抑制，不利于形状记忆效应，因此，必须适当控制Mn含量。
[0021]Si元素的添加具有两大优点：一是可以降低母相的层错能，增加不完全位错；二是明显降低合金的T
N
。而且Si元素可以抑制母相奥氏体滑移变形，促使应力诱发ε
‑
马氏体的形成。然而Si的添加会使合金硬度提高，脆性增加，当Si含量超过6.5％时，材料非常脆。
[0022]钢中C元素含量的增加会使钢的屈服强度和抗拉强度也随之增加，强化奥氏体相，从而提高合金的形状记忆效应，但是塑性和冲击韧性下降，C元素含量应该控制在合适的范围内。Co元素的加入不仅降低了合金的层错能，而且降低了T
N
温度。
[0023]本专利技术的有益效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有形状记忆效应的低铬低镍双相不锈钢，包括组分及质量百分比为：C 0.01~0.1%，Si 2~5%，Mn 7~16%，P ≤0.01%，S ≤0.01%，Ni≤1%，Al 0.2~1%，Cr 10~20%，Co 0.2~1%，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种具有形状记忆效应的双相不锈钢，其特征在于，所述的形状记忆型双相不锈钢热轧后组织为铁素体和奥氏体两相，但是组织中大部分为铁素体，奥氏体体积分数为5%~15%，两相比例主要通过热轧后退火过程来实现大幅度调节，奥氏体体积分数可达到30%~70%，该形状记忆型双相不锈钢的形状回复率高达45~65%，屈服强度500~800MPa，抗拉强度850~1000MPa，伸长率40~65%，点蚀电位为200~450MV。3.权利要求1所述的形状记忆型双相不锈钢制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照设定的成分选...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘明明，张钧，
申请(专利权)人：沈阳大学，
类型：发明
国别省市：