專利名稱：一種雙相不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙相不銹鋼，特別是涉及一種高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著人類環(huán)保意識(shí)的不斷提高，近年來，人們提出了低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的概念。為減少對(duì)大氣中CO2的排放量和對(duì)大氣的污染，人們對(duì)材料的使用壽命提出了更高的要求。在很多領(lǐng)域，傳統(tǒng)的碳鋼、耐候鋼或涂鍍板都已不能滿足人們的使用要求，而被經(jīng)濟(jì)型不銹鋼所替代。如在鐵路車輛領(lǐng)域，我國(guó)要求新一代鐵路貨車的使用壽命達(dá)到25年以上，此時(shí)，傳統(tǒng)的耐大氣腐蝕鋼和涂鍍板均難以滿足這種要求。新一代高速、重載和長(zhǎng)使用壽命的系列鐵路貨車車廂均使用經(jīng)濟(jì)型鐵素體不銹鋼T4003、TCS345。各國(guó)在鐵路客車領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用301系列不銹鋼制造客車車廂。使用不銹鋼時(shí)，雖然初始制造成本較高，但由于其優(yōu)良·的耐腐蝕性能，使用壽命很長(zhǎng)，且不用經(jīng)常維護(hù)，因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，使用不銹鋼相比碳鋼還要經(jīng)濟(jì)，符合低碳環(huán)保的需求，并可以循環(huán)利用。不銹鋼主要分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和鐵素體奧氏體雙相不銹鋼幾大類。鐵素體不銹鋼一般強(qiáng)度較低、沖擊韌性特別是低溫韌性較差，限制了其在對(duì)力學(xué)性能特別是韌性要求較高領(lǐng)域的應(yīng)用。馬氏體不銹鋼由于馬氏體的淬硬性，使得在焊接時(shí)易產(chǎn)生冷裂紋，也限制了其應(yīng)用的廣泛性。奧氏體不銹鋼和鐵素體奧氏體雙相不銹鋼一般含有很高的鉻和鎳，因此價(jià)格昂貴，也不易大量替代碳鋼應(yīng)用于工程機(jī)械、建筑結(jié)構(gòu)、車輛制造等領(lǐng)域。雙相鋼是在鐵素體基體上分布不同種類和體積分?jǐn)?shù)的硬相，從而使其具有良好的強(qiáng)度和塑性組合，從而極大地促進(jìn)了其應(yīng)用的廣泛性。在碳鋼領(lǐng)域，冶金科研工作者通過合理的成分設(shè)計(jì)、控制軋制及控制冷卻路徑，成功開發(fā)出各級(jí)別的熱軋(鐵素體馬氏體)雙相鋼和冷軋(鐵素體馬氏體)雙相鋼。這類雙相鋼具有優(yōu)良的強(qiáng)度和塑性組合，并廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)領(lǐng)域。而在不銹鋼領(lǐng)域中，雙相鋼主要指的是鐵素體奧氏體雙相不銹鋼，這類不銹鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，尤其是耐應(yīng)力腐蝕性能。但是這類不銹鋼含有很高的鉻和鎳，其價(jià)格極為昂貴，因此，僅應(yīng)用于服役條件極為苛刻的場(chǎng)合。另一方面鐵素體奧氏體雙相不銹鋼的熱加工在鐵素體奧氏體兩相區(qū)進(jìn)行，極易產(chǎn)生邊裂、表裂等缺陷，熱加工性能較差，因此，生產(chǎn)制造極為困難，進(jìn)一步限制了其應(yīng)用及推廣。當(dāng)不銹鋼中奧氏體穩(wěn)定化元素較少時(shí)，在鐵素體奧氏體兩相區(qū)退火后，奧氏體在隨后的冷卻中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體?？蒲泄ぷ髡吒鶕?jù)這一原理，開發(fā)了鐵素體馬氏體雙相不銹鋼。根據(jù)鐵素體馬氏體的比例不同，可以得到不同級(jí)別高強(qiáng)度的雙相不銹鋼。但由于這類不銹鋼中馬氏體為未退火的馬氏體，因此，其塑性較差，延伸率低于30%，一般在20%左右；其低溫沖擊韌性也不理想，僅能應(yīng)用于對(duì)塑性和韌性要求不高的場(chǎng)合。這種(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼在塑性和韌性上的不足，限制了其應(yīng)用和推廣
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度且韌性優(yōu)良的(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼，以滿足人們對(duì)力學(xué)性能和耐蝕性能優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)型不銹鋼的需求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼，其按重量百分比計(jì)的化學(xué)成分為C<0.02%，N<0.02%，P<0.03%，S<0.015%，Si<0.35%，Mn:l· 0-3. 0%,Cr 10. 5-13. 5%, Ni :0. 5-1. 5%, Ti 8(C+N)-O. 35%,Nb+Mo :0. 10-0. 30%，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)，鐵素體因子KFF在6. 0-11. 5。優(yōu)選地，C彡 O. 015%，更優(yōu)選為 O. 001-0. 015%，最優(yōu)選為 O. 003-0. 015%。優(yōu)選地，N彡 O. 015%，更優(yōu)選為 O. 005-0. 015%，最優(yōu)選為 O. 006-0. 013%。優(yōu)選地，P彡 O. 02%和 S 彡 O. 013%，更優(yōu)選地 P ( O. 016%和 S 彡 O. 011%。優(yōu)選地，Si0. 15-0. 35%，更優(yōu)選為 O. 16-0. 35%。
優(yōu)選地，Mn:1.0-2. 0%，更優(yōu)選為 1.01-1.95%。優(yōu)選地，Cr:10. 7-13. 5%。優(yōu)選地，Ni0. 5-1. 45%。優(yōu)選地，Ti0. 1-0. 35%，更優(yōu)選為 O. 15-0. 35%。除非另有指明，本發(fā)明中含量均為重量百分比含量。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的制造方法。該方法，包括冶煉和連鑄成連鑄坯；在900_1050°C溫度區(qū)間進(jìn)行熱軋；熱軋后層流冷卻到500_680°C卷取；熱軋板，加熱到600_750°C保溫4_8h，空冷至室溫；對(duì)于厚度規(guī)格為10-20mm的所述雙相不銹鋼在600_750°C保溫4_8h。有益效果本發(fā)明所提供的高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的顯微組織為形狀不規(guī)則的鐵素體和回火馬氏體的混合組織，且回火馬氏體含量為55-85%。這種雙相組織，具有優(yōu)良的塑性和韌性；同時(shí)，不規(guī)則的交錯(cuò)的晶界大大提高了斷裂時(shí)的裂紋擴(kuò)展功，從而提高了所述不銹鋼的沖擊韌性。本發(fā)明鋼與傳統(tǒng)的(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼相比，在具有高強(qiáng)度的同時(shí)，塑性和韌性依然非常優(yōu)良。本發(fā)明所述高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的制造方法，避免了條帶狀鐵素體及未退火馬氏體的產(chǎn)生，保證了所制造(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼板具有優(yōu)良的塑性和沖擊韌性。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的金相照片(100X)。圖2為本發(fā)明實(shí)施例I的高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的金相照片(500X)ο圖3為本發(fā)明實(shí)施例I的高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼室溫沖擊斷口宏觀照片。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例I的高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼0°C沖擊斷口宏觀照片。圖5為本發(fā)明實(shí)施例I的高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼_20°C沖擊斷口宏觀照片。圖6為本發(fā)明實(shí)施例I的高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼_40°C沖擊斷口宏觀照片。
具體實(shí)施例方式以下對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。本發(fā)明為了提供高強(qiáng)度且韌性優(yōu)良的(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼，以滿足人們對(duì)力學(xué)性能和耐蝕性能優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)型不銹鋼的需求，按照如下所述控制化學(xué)成分·
C :碳元素顯著降低鐵素體及馬氏體的沖擊韌性及(鐵素體馬氏體)不銹鋼的耐晶間腐蝕性能，因此，為保證所述高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的韌性及耐蝕性能，本發(fā)明將其含量控制在O. 02%以內(nèi)，優(yōu)選地，C^O. 015%，更優(yōu)選為O. 001-0. 015%，最優(yōu)選為 O. 003-0. 015%。N :氮元素顯著降低所述(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的韌性及耐晶間腐蝕性能，因此，本發(fā)明將其含量控制在O. 02 %以內(nèi)，優(yōu)選地，N ^0.015%,更優(yōu)選為O. 005-0. 015%,最優(yōu)選為 O. 006-0. 013%。P、S :磷和硫?yàn)殇撝胁豢杀苊獾碾s質(zhì)元素，高的磷含量和硫含量均對(duì)鋼的韌性不利，因此，本發(fā)明分別控制P彡O. 03%和S^O. 015%,優(yōu)選地，P彡O. 02%和S^0.013%,更優(yōu)選地P彡O. 016%和S彡O. 011%。Si :硅為強(qiáng)鐵素體形成元素，是作為脫氧劑加入的，為使所述(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的熱加工在奧氏體單相區(qū)進(jìn)行，因此，硅的含量不宜過高，本發(fā)明控制Si在O. 35% 以下，優(yōu)選地，Si 0. 15-0. 35%，更優(yōu)選為 O. 16-0. 35%。Mn :錳擴(kuò)大鋼的奧氏體相區(qū)，但加入量過多會(huì)降低鋼的韌性和耐蝕性，因此，本發(fā)明將其含量控制在1.0-3. 0%，優(yōu)選為1.0-2. 0%，更優(yōu)選為1.01-1.95%。Cr :鉻為提高鋼耐蝕性的重要元素，其含量低于10. 5%時(shí)，鋼的耐蝕性較差，同時(shí)鉻也是鐵素體形成元素，因此，本發(fā)明所述(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼中鉻含量控制在10. 5-13. 5%，優(yōu)選為 10. 7-13. 5%。Ni :鎳為強(qiáng)奧氏體化元素，并改善鋼的沖擊韌性，特別是低溫韌性。但是鎳的添加顯著降低所述(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的ACl溫度，因此，本發(fā)明將其控制在O. 5-1. 5%，優(yōu)選為 O. 5-1. 45%。Ti :鈦為強(qiáng)碳氮化物形成元素，適量的添加可以改善所述(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的耐晶間腐蝕性能，鈦含量過高時(shí)，會(huì)形成大量粗大的TiN粒子，降低所述雙相不銹鋼的沖擊韌性。因此，本發(fā)明將其含量控制在8 (C+N)-O. 35%，優(yōu)選為O. 1-0. 35%，更優(yōu)選為O. 15-0. 35%。Nb、Mo :鈮和鑰顯著延遲鐵素體再結(jié)晶和阻礙再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大。本發(fā)明為控制退火中鐵素體晶粒的再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，獲得鐵素體加回火馬氏體的混合組織，拓寬退火時(shí)間的工藝范圍，添加鈮和鑰的量在O. 10-0. 30%。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方式，(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的化學(xué)成分還應(yīng)滿足以下要求鐵素體因子KFF在6. 0-11. 5。其中KFF = Cr+6Si+8Ti+4Mo+2Al+4Nb-2Mn-4Ni-40 (C+N))鐵素體因子KFF反映了化學(xué)成分對(duì)奧氏體相區(qū)的影響，當(dāng)鐵素體形成元素增加(如Cr、Si、Ti、Mo、Al、Nb等)奧氏體形成元素(如C、N、Mn、Ni等)減少時(shí)，鐵素體因子KFF增加，奧氏體相區(qū)縮小，為保證熱軋所述(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼時(shí)在單相奧氏體區(qū)完成，沒有條帶狀高溫鐵素體產(chǎn)生，因此，鐵素體因子KFF不應(yīng)高于11. 5。當(dāng)奧氏體區(qū)間過大時(shí)，熱軋板在較低的溫度退火時(shí)就進(jìn)入奧氏體和鐵素體雙相區(qū)，退火后產(chǎn)生未退火馬氏體，大大降低鋼板的塑性、韌性和耐腐蝕性能，因此，為保證所述(鐵素體馬氏體)雙相不 銹鋼在750°C以內(nèi)時(shí)，未進(jìn)入雙相區(qū)，控制化學(xué)成分滿足鐵素體因子KFF在6. O以上。如上所述控制得到的高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的顯微組織為形狀不規(guī)則的鐵素體和回火馬氏體的混合組織，且回火馬氏體含量為55-85%。這種雙相組織，具有優(yōu)良的塑性和韌性；同時(shí)，不規(guī)則的交錯(cuò)的晶界大大提高了斷裂時(shí)的裂紋擴(kuò)展功，因此，提高了所述不銹鋼的沖擊韌性。根據(jù)本發(fā)明，所述高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的制造方法包括以下步驟冶煉及連鑄該(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的化學(xué)成分控制在以下范圍(重量百分比)(彡0.02%4彡0.02%，？彡0.03%，5彡0.015%，51彡0.35%，]\111:1· 0-2. 0%,Cr 10. 5-13. 5%, Ni 0. 5-1. 5%, Ti 8(C+N)-O. 35%,Nb+Mo :0. 10-0. 30%，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)，而且還應(yīng)滿足鐵素體因子KFF在6. 0-11. 5區(qū)間。冶煉符合該化學(xué)成分要求的不銹鋼并澆注成200mm厚的連鑄坯。較厚規(guī)格的連鑄坯可以保證足夠的壓縮比，使得熱軋板的組織細(xì)小、均勻。熱軋將連鑄坯均熱溫度控制在高溫鐵素體(δ )轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體(Υ )的溫度A4點(diǎn)以下，以保證均熱后得到單一的奧氏體相；在900-1050°C溫度區(qū)間進(jìn)行熱軋，以保證熱軋過程在所述不銹鋼的奧氏體單相區(qū)間進(jìn)行。因此，獲得的熱軋態(tài)組織為全馬氏體相，避免了條帶狀鐵素體的形成，條帶狀鐵素體嚴(yán)重惡化鋼板的沖擊韌性，并很難在隨后的退火中消除。熱軋后層流冷卻到500-680°C卷取。退火將熱軋板，加熱到600-750°C保溫4_8h，空冷至室溫。未退火馬氏體降低不銹鋼的塑性和韌性，因此，為避免其產(chǎn)生退火，應(yīng)在Aa以下溫度進(jìn)行。退火時(shí)，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷鼗鼗瘃R氏體，這種馬氏體具有優(yōu)良的塑性和韌性。隨著保溫時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，部分回火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。鐵素體和馬氏體兩相組織同時(shí)存在時(shí)，新轉(zhuǎn)變的鐵素體長(zhǎng)大極為緩慢。此時(shí)，退火鋼板強(qiáng)度進(jìn)一步降低，塑性和韌性增加。當(dāng)退火保溫時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，退火板全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體晶粒，并進(jìn)一步長(zhǎng)大，退火板沖擊韌性將降低。因此，為得到合適的鐵素體和高溫回火馬氏體的混合組織，合理控制退火保溫時(shí)間是關(guān)鍵。對(duì)于厚度規(guī)格為10-20mm的所述雙相不銹鋼在600_750°C保溫4_8h。實(shí)施例表I為本發(fā)明實(shí)施例1-6的高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的化學(xué)成分。表2為實(shí)施例1-6中實(shí)例鋼的主要制造工藝條件。表I實(shí)施例1-6中高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量％，余量Fe)
權(quán)利要求
1.一種雙相不銹鋼，其按重量百分比計(jì)的化學(xué)成分為c ( O. 02%, N^O. 02%,P ≤ O. 03%, S ( O. 015%, Si ( O. 35%, Mn 1. 0-3. 0%,Cr :10. 5-13. 5%, Ni :0. 5-1. 5%,Ti 8(C+N)-O. 35%, Nb+Mo :0. 10-0. 30%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，其中，鐵素體因子KFF 在 6. 0-11. 5。
2.如權(quán)利要求I所述的雙相不銹鋼，其特征在于，C≤ O.015 %，優(yōu)選為O.001-0. 015%，更優(yōu)選為 O. 003-0. 015%。
3.如權(quán)利要求I或2所述的雙相不銹鋼，其特征在于，0.015%,優(yōu)選為O.005-0. 015%，更優(yōu)選為 O. 006-0. 013%。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的雙相不銹鋼，其特征在于，P^O.02%和SS0. 013%,更優(yōu)選地P≤ O. 016%和S≤ O. 011%。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的雙相不銹鋼，其特征在于，Si:0. 15-0. 35%，更優(yōu)選為0.16-0. 35%。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的雙相不銹鋼，其特征在于，Mn:1. 0-2.0%，更優(yōu)選為1.01-1. 95%。
7.如權(quán)利要求1-6任一所述的雙相不銹鋼，其特征在于，Cr10. 7-13. 5%。
8.如權(quán)利要求1-7任一所述的雙相不銹鋼，其特征在于，Ni:0. 5-1. 45%。
9.如權(quán)利要求1-8任一所述的雙相不銹鋼，其特征在于，Ti:0. 1-0. 35%，更優(yōu)選為O.15-0. 35%。
10.如權(quán)利要求1-9任一所述的雙相不銹鋼，其特征在于，雙相不銹鋼的顯微組織為形狀不規(guī)則的鐵素體和回火馬氏體的混合組織，且回火馬氏體含量為55-85%。
11.如權(quán)利要求1-10任一所述的雙相不銹鋼的制造方法，包括 冶煉和連鑄成連鑄坯； 在900-1050°C溫度區(qū)間進(jìn)行熱軋； 熱軋后層流冷卻到500-680°C卷取； 熱軋板，加熱到600-750°C保溫4-8h，空冷至室溫； 對(duì)于厚度規(guī)格為10-20mm的所述雙相不銹鋼在600_750°C保溫4_8h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙相不銹鋼，其按重量百分比計(jì)的化學(xué)成分為C≤0.02％，N≤0.02％，P≤0.03％，S≤0.015％，Si≤0.35％，Mn1.0-3.0％，Cr10.5-13.5％，Ni0.5-1.5％，Ti8(C+N)-0.35％，Nb+Mo0.10-0.30％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，其中，鐵素體因子KFF在6.0-11.5。該雙相不銹鋼的制造包括冶煉和連鑄成連鑄坯；在900-1050℃溫度區(qū)間進(jìn)行熱軋；熱軋后層流冷卻到500-680℃卷取；熱軋板，加熱到600-750℃保溫4-8h，空冷至室溫；對(duì)于厚度規(guī)格為10-20mm的所述雙相不銹鋼在600-750℃保溫4-8h。所述高強(qiáng)韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的顯微組織為形狀不規(guī)則的鐵素體和回火馬氏體的混合組織，且回火馬氏體含量為55-85％，具有優(yōu)良的塑性和韌性。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102899587SQ201110208410
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者葉曉寧, 鄭準(zhǔn)北, 江來珠 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司