高性能稀土双相不锈钢合金材料及其制备方法技术

一种高性能稀土双相不锈钢合金材料及其制备方法，属于双相不锈钢技术领域。组成及质量百分比为：Ｃ≤０．０４％，Ｓ≤０．０２０％，Ｓｉ≤２．００％，Ｐ≤０．０３０％，Ｍｎ?１．００～２．００％，Ｃｒ?１８．００～２４．００％，Ｎｉ?３．０～６．０％，Ｍｏ?１．０～３．５％，Ｎ?０．１０～０．４０％，Ｂ?０．００１～０．０１％，以铈为主的混合稀土：０．０１～０．２５％，Ｆｅ余量。其工艺步骤包括冶炼和铸造、铸锭或铸坯开坯、钢材轧制和固溶处理。在出钢前，加入稀土金属，钢液浇铸温度控制在１５００－１６５０℃，开坯始锻温度控制在１１００－１２５０℃，终锻温度≥９５０℃；轧制时开轧温度控制在１１５０－１２００℃，终轧温度≥９５０℃；固溶处理温度１０２０－１１５０℃，保温３０－６０分钟。优点在于，显著提高了机械强度，并改善了热加工、耐高温和耐盐酸等腐蚀性能，生产成本低，稀土回收率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于双相不锈钢
，特别是涉及一种高性能稀土双相不锈钢合金材 料及其制备方法。
技术介绍
中国的双相不锈钢目前只是处于国外第二代双相不锈钢的发展水平，钢中的含氮 量在0. 2%以下。至于目前国外已步入市场的含氮在0. 25 0. 35%的超级双相不锈钢，中 国仍处于实验室开发阶段。而国内双相不锈钢的使用也是有一定局限性的，像国外大量使 用双相不锈钢的诸如纸浆和造纸工业、油气工业、运输业、甚至建筑业等几个大的领域我们 涉及得不多，有的还只是刚刚开始。这些领域用钢除了要求钢材有良好的耐腐蚀性能外，还 同时要求有较高的强度和韧性，对于综合性能的提高稀土能起到关键作用。近来世界不锈钢产量的增长已经导致镍价的大幅上涨。镍、铬资源的稀缺将严重 限制我国不锈钢产业的发展。而我国的稀土资源比较丰富，从长远看，研究开发稀土双相不 锈钢能够节约宝贵的镍资源，因此发展稀土双相不锈钢也是符合中国国情的选择。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，实现 了工艺简单、稀土回收率高、精炼效果好。为达到上述目的，本专利技术的机理如下根据氮可以代替镍在钢中的作用原理，大量 的试验研究发现，用适量的廉价氮可以稳定双相不锈钢中的奥氏体，从而降低贵重镍的用 量；同时向该双相不锈钢合金中加入适量稀土，合金中的硫含量大大降低，形成高熔点的球 形稀土硫化物弥散在基体中，避免了低熔点的硫化物存在于相界上，净化了晶界，从而提高 了晶界的抗腐蚀能力，改善了钢的高温热塑性。根据上述机理，本专利技术采用如下技术方案—种高性能稀土双相不锈钢合金材料，该合金材料的组成及质量百分比为 C^O. 045%, S ^ 0. 020%, Si ^ 2. 00%, P ^ 0. 030%, Mn 1. 00 2. 00%，，Cr 18. 00 24. 00%, Ni3. 0 6. 0%，Mo 1. 0 3. 5%，N 0. 10 0. 40%, B 0. 001 0. 01%，以铺为主的混合稀土 0. 01 0. 25%，Fe余量。本专利技术所述的混合稀土以Ce为主是指Ce ^ 45%，含有镧、镨、钕、钷、钐稀土元素 的一种或几种，稀土含量> 99. 5%。本专利技术的合金材料以质量百分比计，还含有W、Cu中的至少一种，其含量为0. 1 1. 0%的 W，0. 1 1. 0%的 Cu。本专利技术高性能含稀土的双相不锈钢合金材料的制备方法，包括如下工艺步骤冶 炼、铸造、铸锭或铸坯开坯、热轧和固溶处理。(1)冶炼在真空感应炉、非真空感应炉、电炉+炉外精炼、转炉+炉外精炼中任一 种工艺进行冶炼。要求在出钢浇铸前加入稀土金属。浇铸温度控制在1500-1650°C。非真空冶炼时需调整合适的保护渣层，以防止二次氧化，配氮采用添加氮化 铬铁合金和/或吹氮气；真空炉冶炼浇铸时必须在浇铸室内充入一定压力的高纯氮气 (0. 01-0. 13MPa)，配合添加氮化铬铁合金。本专利技术适应于大生产电炉+炉外精炼+连铸、转炉+炉外精炼+连铸，若采用连铸 时可采用现有的2205双相不锈钢的连铸工艺。(2)铸锭或铸锭开坯铸锭或铸坯可采用锻造开坯或连铸连轧，加热温为度 1150-1260°C，开坯时始锻温度控制在1100-1250°C，终锻温度950-1000°C。(3)热轧铸锭或铸锭开坯后根据用户要求的钢材规格进行热轧。热轧时坯料加 热温度1150-1250°C，开轧温度控制在1150-12001，终轧温度950-10001。(4)固溶处理钢热轧后在热处理炉中进行固溶处理，温度为1020-1150°C，保温 30-60分钟。冷却方式采用水冷或空冷。通过固溶处理后即可获得本专利技术高性能含稀土双 相不锈钢。与现有技术相比，本专利技术所采用的技术方案，是在改进超高强度不锈钢的冶炼过 程中用稀土金属处理钢液，达到脱硫、变质夹杂物和微合金化的目的，从而改善钢的力学性 能和耐腐蚀性能。该工艺不仅优化了化学组分和质量百分比，而且在钢的成分中添加适量 稀土变质夹杂物并微合金化稀土变质硫化物夹杂带来的好处就是能够形成高熔点的在 晶内任意分布的球形稀土夹杂，取代沿晶界分布的硫化物，并且细化钢的凝固组织，减少偏 析；另外，稀土的微合金化作用使得固溶在钢中的稀土通过扩散机制富集于晶界，减少了杂 质元素在晶界的偏聚，改善了晶界强度，提高了晶界的抗腐蚀能力和机械性能。该工艺同时 以氮代镍，适当调整了 Cr、Ni、Si、Mn、Mo等合金元素，并添加了 W、Cu元素，提高了钢的强 度和耐腐蚀性能。经测试新的合金材料抗拉强度提高了 120MPa，冲击功Akv提高了 25J左 右，改善了钢的热加工性能和耐盐酸腐蚀性能，且生产成本低，冶炼简单。试验结果表明，该 合金具有良好的耐腐蚀性能，稀土使该合金在室温5% (wt)HCl水溶液中的腐蚀速率有不 加稀土时的1. 106g/m2 · h降为0. 064g/m2 · h，在沸腾温度5% (Wt)H2SO4水溶液中的耐蚀 性明显优于奥氏体不锈钢316L和OCr18Ni12Mo2Ti钢，其中，316L和OCr18Ni12Mo2Ti钢的腐蚀 速率都大于10g/m2*h，分别比本专利技术合金高12倍和10倍以上(见表4)。在室温苯酚污 水中，本专利技术合金的腐蚀速率仅分别为316L和OCr18Ni12Mo2Ti钢的1/40和1/150。本专利技术 合金在3 75% NH4Cl+0. 5 1. 5% NaCl沸腾水溶液中对氯离子腐蚀不敏感，其腐蚀速率 小于0. lg/m2 · h，而奥氏体型不锈钢ICr18Ni9Ti等对氯离子点蚀非常敏感。有以上试验数 据可知，本专利技术合金在不同介质中的综合耐蚀性能优于原技术双相不锈钢，更优于316L和 OCr18Ni12Mo2Ti等奥氏体不锈钢。本专利技术合金的耐热性和热加工性能良好，在1150 1250°C长时间加热后锻造 时不起皮，在850 1300°C范围，具有良好的延展性和塑性，均易于锻轧成形。该合金具 有优良的力学性能。经真空感应炉冶炼、锻造并固溶处理后，其室温力学性能可达σ s 650MPa, σ b 850MPa，δ 5 55 %，Ψ 75 %，Akv 275J，HRB 99. 0，-40 C 时 Akv 160J。其屈服强度约为316L的2倍以上，比OCr18Ni12Mo2Ti约提高300MPa以上，具有良好 的延展性、塑性和冲击韧性。 此外，本专利技术合金还具有良好的冶铸、冷加工和焊接性能，适于制造各种铸件、锻件以及管、棒、线和板等各种型材和焊接构件。其焊接工艺和设备与一般不锈钢相同，且在 一般气温下焊前不用预热，焊后不需回火。本专利技术合金以氮代镍，所以生产成本较低。按炼钢用铁合金原料成本核算，以镍 价格每吨15万元计算，其每吨铸生产成本可比OCr18Nil2Mo2Ti降低16%左右，节约费用约 2500元。此夕卜，由于本专利技术合金耐蚀性较好，所以如果以其取代316L和OCr18Ni12Mo2Ti等奥 氏体型不锈钢将导致工件寿命大幅度提高，由此带来的经济和社会效益将更为显著。本专利技术中的真空感应炉冶炼工艺的最大优点是在出钢前迅速加入稀土，减少了稀 土烧损，显著提高了稀土回收率，并有效地达到了脱硫、除气和去除夹杂的目的。具体实施例方式根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能稀土双相不锈钢合金材料，其特征在于，该合金材料的组成及质量百分比为：Ｃ≤０．０４％，Ｓ≤０．０２０％，Ｓｉ≤２．００％，Ｐ≤０．０３０％，Ｍｎ　１．００～２．００％，，Ｃｒ１８．００～２４．００％，Ｎｉ　３．０～６．０％，Ｍｏ　１．０～３．５％，Ｎ　０．１０～０．４０％，Ｂ　０．００１～０．０１％，以铈为主的混合稀土：０．０１～０．２５％，Ｆｅ余量。

【技术特征摘要】
一种高性能稀土双相不锈钢合金材料，其特征在于，该合金材料的组成及质量百分比为C≤0.04％，S≤0.020％，Si≤2.00％，P≤0.030％，Mn 1.00～2.00％，，Cr18.00～24.00％，Ni 3.0～6.0％，Mo 1.0～3.5％，N 0.10～0.40％，B 0.001～0.01％，以铈为主的混合稀土0.01～0.25％，Fe余量。2.根据权利要求1所述的双相不锈钢合金材料，其特征在于，所述的混合稀土以Ce为 主是指Ce ^ 45%，含有镧、镨、钕、钷、钐稀土元素的一种或几种，稀土含量> 99. 5%。3.根据权利要求1或2所述的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 1.0%&W，0. 1 1.0%的Cu。4.一种权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王龙妹，刘晓，陈雷，刘浏，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]