專利名稱：：具有改進(jìn)的耐腐蝕性的鐵素體不銹鋼的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的耐腐蝕性尤其是耐晶間腐蝕及點(diǎn)蝕的鐵素體不銹鋼的制造工藝。日本專利62250150號(hào)(Nipponkokan)公開了一種耐腐蝕鐵素體不銹鋼，其成分如下碳少于0.04％，硅少于1％，錳少于1％，鎳少于6％，鉻為19至28％，鉬為1至6％，氮少于0.03％，磷少于0.06％以及硫少于0.03％，這種鋼還可含鈮和/或鈦。該文件給出了一種用于耐受磷酸、硫酸及氯和氟離子混合物的具有高耐腐蝕性的鐵素體鋼。雖無(wú)特殊的煉制工藝，這種鋼仍難以生產(chǎn)。另外，已知耐酸性介質(zhì)的鋼是其成分含有較大量鎳的鋼。另還已知專利DE3221087(Thyssen)涉及一種所謂超鐵素體CrMoNi不銹鋼的制造，包括以AOD或VOD工藝進(jìn)行的常規(guī)氧精煉，坯段或扁坯的連續(xù)鑄造，可選擇的中間冷卻以及退火，隨后制成方坯及終產(chǎn)品或半成品。該超鐵素體不銹鋼含有如下成分碳為0.01至0.05％，硅少于2％，錳少于1％，鎳為1至4％，鉻為21至31％，鉬為1.5至3.5％，氮為0.01至0.08，磷少于0.0025％，硫少于0.01％，鈦少于0.24％，鋯為0.005至0.5％，鋁為0.002至0.12％，鈮為0.1至0.6％以及銅少于3％。該鋼還可含有鈣、鎂、鈰及硼，并且其成分中各元素滿足下列關(guān)系％Cr+10×(％Mo)+6×(％Si)在48至58之間；％Nb+％Zr+3.5×(％Al+2×％Ti)在8及16×(％C+％N)之間該文件中指定，在至少含0.002％鋁的情況下部分鋁可用雙倍含量的鈦取代。該鋼優(yōu)選地為連鑄后直接熱軋或鍛造，無(wú)中間冷卻。本發(fā)明的目的是改進(jìn)鐵素體不銹鋼的耐腐蝕性特別是耐晶間腐蝕及點(diǎn)蝕的特性，而同時(shí)保持其煉制工藝又與一般的所謂17％鉻鐵素體鋼的煉制相似。本發(fā)明的主題是一種生產(chǎn)具有改進(jìn)的耐腐蝕性尤其是耐晶間腐蝕及點(diǎn)蝕的鐵素體不銹鋼的工藝，其特點(diǎn)為該鋼在扁坯形態(tài)下其成分中含有重量百分比18％＜鉻＜27％1％＜鉬＜3％1％＜鎳＜3％錳＜1％硅＜1％碳＜0.030％氮＜0.030％0.075％＜鈦＜0.20％0.20％＜鈮＜0.50％硫＜0.01％磷＜0.1％其余為鐵及生產(chǎn)中必須的材料熔煉所帶來(lái)的雜質(zhì)。第一步使之以400℃至600℃/小時(shí)的速度冷卻至900℃然后第二步使之以1200℃至1400℃/小時(shí)的速度快速冷卻。本發(fā)明的其它特點(diǎn)為-熱軋后，所得鋼帶進(jìn)行快速冷卻，隨后在低于600℃的溫度、優(yōu)選地在550℃附近溫度下卷帶。-該鋼在扁坯狀態(tài)時(shí)其成分優(yōu)選地包含重量百分比22％＜鉻＜27％1％＜鉬＜3％1％＜鎳＜3％錳＜1％硅＜1％碳＜0.030％氮＜0.030％0.075％＜鈦＜0.20％0.20％＜鈮＜0.50％硫＜0.01％磷＜0.1％-該鋼在其成分中，另外還含有重量百分比少于0.20％的銅。-該鋼成分中各元素另外還滿足下列關(guān)系0.07％＜ΔNb＝％Nb+7/4％Ti-7(％C+％N)＜0.4％本發(fā)明還涉及一種以該工藝獲得的具有改進(jìn)的耐腐蝕性尤其是耐晶間腐蝕和點(diǎn)蝕的鐵素體不銹鋼，其特點(diǎn)為成分中含有重量百分比18％＜鉻＜27％1％＜鉬＜3％1％＜鎳＜3％錳＜1％硅＜1％碳＜0.030％氮＜0.0030％0.075％＜鈦＜0.20％0.20％＜鈮＜0.50％硫＜0.01％磷＜0.1％其余為鐵及生產(chǎn)中必須的材料熔煉所帶來(lái)的雜質(zhì)。優(yōu)選地，該鋼的特征在于其重量百分比成分為22％＜鉻＜27％1％＜鉬＜3％1％＜鎳＜3％0.3％＜錳＜0.5％0.3％＜硅＜0.5％碳＜0.030％氮＜0.030％0.075％＜鈦＜0.20％0.20％＜鈮＜0.05％鋁＜0.05％硫＜0.01％磷＜0.1％其余為鐵及生產(chǎn)中必須的材料熔煉所帶來(lái)的雜質(zhì)。本發(fā)明的其它特點(diǎn)為-成分中各元素滿足下列關(guān)系0.07％≤ΔNb＝％Nb+7/4％Ti-7(％C+％N)≤0.4％-成分中另外還含有少于0.2％的銅。以下說(shuō)明及附圖，均以非限制性實(shí)施例形式給出，將使本發(fā)明更易于清楚理解。圖1所示為根據(jù)本發(fā)明A成分鋼(11721)的三條韌-脆轉(zhuǎn)變曲線圖2所示為根據(jù)本發(fā)明B成分鋼(11722)兩條韌-脆轉(zhuǎn)變曲線圖3所示為熱軋鋼帶快速冷卻后的韌-脆轉(zhuǎn)變曲線圖4所示為韌-脆轉(zhuǎn)變曲線隨鎳和鉬含量的變化圖5所示為對(duì)照的點(diǎn)蝕試驗(yàn)曲線本發(fā)明涉及制備具有改進(jìn)的耐腐蝕性尤其是耐晶間腐蝕和點(diǎn)蝕的鐵素體不銹鋼的生產(chǎn)工藝。含有18％以上鉻的一組鋼包括由于其所含高鉻比例而使煉制很困難的鋼種。但是與所謂17％鉻鐵素體鋼相比，高鉻含量可有效提高耐腐蝕性。在生產(chǎn)中以殘留量引入的鋁和鋯在雜質(zhì)中占一定比例。銅由于其包含在生產(chǎn)該鋼所用基礎(chǔ)材料成分中，不能以更小的含量引入。鉬改善在酸性介質(zhì)中的一般耐腐蝕及點(diǎn)蝕的能力。但是其濃度必須加以控制以避免熱裂韌性等方面的問題。鎳改善酸性介質(zhì)中的耐腐蝕性，但因太大的鎳含量使鋼脆化故規(guī)定其上限。根據(jù)本發(fā)明的鋼在扁坯狀態(tài)時(shí)為降低其脆化傾向要進(jìn)行特別的熱處理，尤其是當(dāng)該鋼高度穩(wěn)定化時(shí)。這是因?yàn)闃I(yè)已發(fā)現(xiàn)煉制時(shí)不加控制的冷卻將使該鋼脆化。根據(jù)本發(fā)明，該鋼的扁坯以400至600℃/小時(shí)的速度整體冷卻至900℃的溫度。其次，該扁坯以1200至1400℃/小時(shí)的速度進(jìn)行快速整體冷卻，例如將扁坯浸入池中直至其溫度達(dá)到550℃。對(duì)三類冷卻進(jìn)行了試驗(yàn)和比較，將該過程用于以鈮和鈦高度穩(wěn)定化的扁坯，其△Nb等于0.33。熱處理時(shí)，扁坯在池中進(jìn)行冷卻，時(shí)間少于10分鐘。在以約900℃的溫度進(jìn)入池中之前，扁坯以約600℃/hr的速度整體冷卻，然后進(jìn)入池中以1300℃/h的速度冷至至少約550℃的溫度。根據(jù)本發(fā)明的鋼A(11721)及B(11722)的化學(xué)成分示于表1。表1鋼的化學(xué)成分</tables>圖1所示為鋼A(11721)的三條韌-脆轉(zhuǎn)變曲線。曲線1和2是根據(jù)本發(fā)明的鋼A分別在池中快速冷卻10至5分鐘的韌一脆轉(zhuǎn)變特征。曲線3所示為鋼A未經(jīng)快速冷卻的韌一脆轉(zhuǎn)變特征。曲線2表明轉(zhuǎn)變溫度為140℃且在190℃至360℃之間的溫度下有較高的熱裂韌性，而如曲線3所示，未經(jīng)冷卻時(shí)，鋼仍為脆性，其轉(zhuǎn)變溫度為296℃，其熱裂韌性低，在350℃下約為80J/cm2。增加在池中的時(shí)間對(duì)斷裂韌性的改善很小，在池中10分鐘時(shí)，轉(zhuǎn)變溫度為113℃且熱裂韌性值僅提高約30％，另外，扁坯離池時(shí)溫度較低，也會(huì)帶來(lái)問題，比如磨削扁坯時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的冷卻避免了引起脆化的Fe2Nb型富鉬金屬間化合物的析出。圖2所示為鋼B(11722)的兩條特征韌-脆轉(zhuǎn)變曲線與鋼A斷裂韌性特征的對(duì)比?？煽闯隼鋮s使得韌-脆轉(zhuǎn)變溫度為124℃且在180℃和260℃之間的溫度下的熱裂韌性值為約160J/cm2。這些數(shù)值表明根據(jù)本發(fā)明的鋼B與鋼A相比其特性有改善，這可從鋼A較不穩(wěn)定來(lái)解釋。實(shí)際上，鋼A的成分滿足關(guān)系ΔNb＝0.32％。根據(jù)本發(fā)明，扁坯熱軋后，所得鋼帶經(jīng)快速冷卻然后在低于600℃、優(yōu)選地在接近550℃的溫度下卷帶。用鋼C(11519)進(jìn)行試驗(yàn)，其成分示于表1。該鋼高度穩(wěn)定化。根據(jù)本發(fā)明的鋼的斷裂韌性特征示于圖3，與一種F18MT型對(duì)比鋼相對(duì)比，該鋼是17％鉻鋼，未經(jīng)快速冷卻?？梢钥闯鰧?duì)熱軋鋼帶的快速冷卻可帶來(lái)非常顯著的改善。轉(zhuǎn)變溫度從約220℃移至快速冷卻并在600℃卷帶時(shí)的172℃及550℃卷帶時(shí)的147℃。可注意到代表鋼C(11519)經(jīng)快冷并在550℃下卷帶的曲線1與對(duì)照鋼特征相同。代表鋼C(11519)經(jīng)快冷并在600℃卷帶時(shí)的特征的曲線2也如此，曲線3為根據(jù)本發(fā)明的鋼C未經(jīng)快速冷卻的特征的一條對(duì)照曲線。根據(jù)本發(fā)明的熱處理使我們?cè)诤懈哂?8％鉻的鋼中也可能得到可與所謂17％鉻鋼相比的特征。這使得其斷裂韌性顯著改善，尤其是降低了韌-脆轉(zhuǎn)變溫度。根據(jù)本發(fā)明的鋼限制了碳和氮的含量以便減弱其晶間腐蝕現(xiàn)象。據(jù)觀察，還必須限制鎳和鉬的含量。圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的鋼C含有2％鉬及2％鎳時(shí)的特征韌-脆轉(zhuǎn)變曲線，該曲線一方面與有相同的基本成分但含3.2％鉬和2％鎳的鋼，另一方面與有相同的基本成分但含2％鉬及4％鎳的鋼進(jìn)行對(duì)比。這三條曲線的對(duì)比表明，根據(jù)本發(fā)明，必須將鉬和鎳的含量限制在低于3％的值。從腐蝕角度看，有必要限定穩(wěn)定化元素鈦和鈮的最小含量以保證晶間腐蝕抗力。如前所述，關(guān)系式ΔNb＝％Nb+7/4×％Ti-7×(％C+％N)相應(yīng)于碳化物和氮化物析出后穩(wěn)定化劑的富余量。晶間腐蝕抗力通過針對(duì)施有TIG熔線的試樣的Strauss試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)。滿足關(guān)系ΔNb等于0.043的鋼D(11694)試驗(yàn)后的樣品上未見開裂。同樣，對(duì)于更穩(wěn)定的鋼如鋼E(11605)及鋼F(11606)，在Strauss試驗(yàn)后未見脫接。在更高的穩(wěn)定化程度下，例如ΔNb大于0.1，未見松馳，而在鋼D的穩(wěn)定化程度下出現(xiàn)了這一現(xiàn)象，但并未導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)。因此，ΔNb值等于0.043確為保證晶間腐蝕抗力的最低水平，低于該值就會(huì)出現(xiàn)裂紋。圖5所示為拋光試樣在空氣中時(shí)效，然后在pH值等于6.6、溫度70℃的0.5M氯化鈉水溶液中進(jìn)行100mV·min-1掃描的極化后的點(diǎn)蝕特征。該圖中所示特征表明，鋼E和F具有比對(duì)照鋼如316L及F18MT等更強(qiáng)的點(diǎn)蝕抗力。從裂隙腐蝕的角度出發(fā)，將鋼C(11519)及鋼D(11694)與316L對(duì)照鋼進(jìn)行比較。鋼C的鈦和鈮含量比鋼D高。這些元素看來(lái)對(duì)于鋼的裂隙腐蝕行為沒有顯著影響。比較在拋光試樣上進(jìn)行，這些試樣在空氣中時(shí)效，然后在-750mV/SCE的電位下極化2分鐘，然后在漂移電位下保持15分鐘。試樣再浸入pH值為1.0和1.54的2M氯化鈉水溶液中，進(jìn)行-750mV/SCE至1000mV/SCE之間的10mV·min-1掃描。下表所示為試驗(yàn)用鋼對(duì)應(yīng)于2MNaCl溶液中極化曲線上測(cè)得的活化峰值的電位和電流密度值。pH=1.0pH-1.5I(μA/cm2)E(mV/SCE)I(μA/cm2)E(mV/SCE)316L70-33515-370鋼C91-4741.5-340鋼D47-4781.0-338結(jié)果表明，從鈦和鈮濃度角度看比鋼C較不穩(wěn)定的鋼D，其行為與鋼C相同?；罨宄霈F(xiàn)在相同的電位下，最大電流密度的大小也在相同的數(shù)量級(jí)。應(yīng)當(dāng)注意的是，鈦和鈮含量的變化不會(huì)改變根據(jù)本發(fā)明的鋼的裂隙腐蝕行為。一般地說(shuō)，等于0.040％的ΔNb值可作為用以保證晶間腐蝕抗力的最小值。由于對(duì)于點(diǎn)蝕抗力的要求確定了鈦含量大于0.075％，因此最小鈮含量?jī)?yōu)選地為大于0.30％。權(quán)利要求1.生產(chǎn)具有改進(jìn)的耐腐蝕性尤其是耐晶間腐蝕和點(diǎn)蝕的鐵素體不銹鋼的工藝，其特征在于該鋼在扁坯狀態(tài)時(shí)，其成分中含有重量百分比18％＜鉻＜27％1％＜鉬＜3％1％＜鎳＜3％錳＜1％硅＜1％碳＜0.030％氮＜0.030％0.075％＜鈦＜0.20％0.20％＜鈮＜0.50％硫＜0.01％磷＜0.1％其余為鐵及生產(chǎn)中必須的材料熔煉所帶來(lái)的雜質(zhì)，該鋼第一步以400℃至600℃/小時(shí)的速度冷卻至900℃的溫度，然后第二步進(jìn)行速度為1200℃至1400℃/h的快速冷卻。2.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于熱軋后，所得鋼帶進(jìn)行快速冷卻，然后在低于600℃、優(yōu)選地為接近550℃的溫度下卷帶。3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的工藝，其特征在于該鋼在扁坯狀態(tài)時(shí)，其成分中含有重量百分比22％＜鉻＜27％1％＜鉬＜3％1％＜鎳＜3％錳＜1％硅＜1％碳＜0.030％氮＜0.030％0.075％＜鈦＜0.20％0.20％＜鈮＜0.50％硫＜0.01％磷＜0.1％。4.根據(jù)權(quán)利要求1至4的工藝，其特征在于該鋼另外在其成分中還含有重量百分比少于0.20％的銅。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的工藝，其特征在于鋼的成分中各元素還滿足如下關(guān)系0.07％＜ΔNb＝％Nb+7/4％Ti-7(％C+％N)＜0.4％。6.由根據(jù)權(quán)利要求1至5的工藝獲得的具有改進(jìn)的耐腐蝕性尤其是耐晶間腐蝕和點(diǎn)蝕的鐵素體不銹鋼，其特征在于其重量百分比成分為18％＜鉻＜27％1％＜鉬＜3％1％＜鎳＜3％錳＜1％硅＜1％碳＜0.030％氮＜0.030％0.075％＜鈦＜0.20％0.20％＜鈮＜0.50％硫＜0.01％磷＜0.1％其余為鐵和生產(chǎn)中必須的材料熔煉所帶來(lái)的雜質(zhì)。7.根據(jù)權(quán)利要求6的鋼，其特征在于其重量百分比成分為22％＜鉻＜27％1％＜鉬＜3％1％＜鎳＜3％錳＜1％硅＜1％碳＜0.030％氮＜0.030％0.075％＜鈦＜0.20％0.20％＜鈮＜0.50％硫＜0.01％磷＜0.1％其余為鐵及生產(chǎn)中必須的材料熔煉所帶來(lái)的雜質(zhì)。8.根據(jù)權(quán)利要求6和7的工藝，其特征在于成分中各元素還滿足如下關(guān)系0.07％＜ΔNb＝％Nb+7/4％Ti-7(％C+％N)＜0.4％。9.根據(jù)權(quán)利要求6至8的工藝，其特征在于另外在成分中還含有重量百分比少于0.20％的銅。全文摘要本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的耐腐蝕性的鐵素體不銹鋼的生產(chǎn)工藝。該鋼以扁坯形式生產(chǎn)，成分中含有重量百分比18％＜鉻＜27％，1％＜鉬＜3％，1％＜鎳＜3％，錳＜1％，硅＜1％，碳＜0.030％，氮＜0.030％，0.075％＜鈦＜0.20％，0.20＜鈮＜0.50％，硫＜0.01％，磷＜0.1％，其余為鐵和生產(chǎn)中必須的材料熔煉所帶來(lái)的雜質(zhì)。該鋼第一步以400℃至600℃/小時(shí)的速度冷卻至900℃的溫度，然后第二步進(jìn)行速度為1200℃至1400℃/h的快速冷卻。文檔編號(hào)C21D1/02GK1162653SQ97103038公開日1997年10月22日申請(qǐng)日期1997年3月14日優(yōu)先權(quán)日1996年3月15日發(fā)明者J·M·郝瑟爾,P·郝德里奇申請(qǐng)人:猶齊諾薩西洛公司