專利名稱：一種雙相不銹鋼及其制造方法
技術領域：
本發明涉及雙相不銹鋼，特別是涉及一種高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼及其制造方法。
背景技術：
隨著人類環保意識的不斷提高，近年來，人們提出了低碳經濟和循環經濟的概念。為減少對大氣中CO2的排放量和對大氣的污染，人們對材料的使用壽命提出了更高的要求。在很多領域，傳統的碳鋼、耐候鋼或涂鍍板都已不能滿足人們的使用要求，而被經濟型不銹鋼所替代。如在鐵路車輛領域，我國要求新一代鐵路貨車的使用壽命達到25年以上，此時，傳統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、重載和長使用壽命的系列鐵路貨車車廂均使用經濟型鐵素體不銹鋼T4003、TCS345。各國在鐵路客車領域，廣泛應用301系列不銹鋼制造客車車廂。使用不銹鋼時，雖然初始制造成本較高，但由于其優良·的耐腐蝕性能，使用壽命很長，且不用經常維護，因此，從長遠來看，使用不銹鋼相比碳鋼還要經濟，符合低碳環保的需求，并可以循環利用。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度較低、沖擊韌性特別是低溫韌性較差，限制了其在對力學性能特別是韌性要求較高領域的應用。馬氏體不銹鋼由于馬氏體的淬硬性，使得在焊接時易產生冷裂紋，也限制了其應用的廣泛性。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，因此價格昂貴，也不易大量替代碳鋼應用于工程機械、建筑結構、車輛制造等領域。雙相鋼是在鐵素體基體上分布不同種類和體積分數的硬相，從而使其具有良好的強度和塑性組合，從而極大地促進了其應用的廣泛性。在碳鋼領域，冶金科研工作者通過合理的成分設計、控制軋制及控制冷卻路徑，成功開發出各級別的熱軋(鐵素體馬氏體)雙相鋼和冷軋(鐵素體馬氏體)雙相鋼。這類雙相鋼具有優良的強度和塑性組合，并廣泛應用于汽車工業領域。而在不銹鋼領域中，雙相鋼主要指的是鐵素體奧氏體雙相不銹鋼，這類不銹鋼具有優良的力學性能和耐腐蝕性能，尤其是耐應力腐蝕性能。但是這類不銹鋼含有很高的鉻和鎳，其價格極為昂貴，因此，僅應用于服役條件極為苛刻的場合。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進行，極易產生邊裂、表裂等缺陷，熱加工性能較差，因此，生產制造極為困難，進一步限制了其應用及推廣。當不銹鋼中奧氏體穩定化元素較少時，在鐵素體奧氏體兩相區退火后，奧氏體在隨后的冷卻中轉變為馬氏體。科研工作者根據這一原理，開發了鐵素體馬氏體雙相不銹鋼。根據鐵素體馬氏體的比例不同，可以得到不同級別高強度的雙相不銹鋼。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，僅能應用于對塑性和韌性要求不高的場合。這種(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼在塑性和韌性上的不足，限制了其應用和推廣
發明內容
本發明的目的是提供一種高強度且韌性優良的(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼，以滿足人們對力學性能和耐蝕性能優良的經濟型不銹鋼的需求。為實現上述目的，本發明的(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼，其按重量百分比計的化學成分為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，鐵素體因子KFF在6. 0-11. 5。優選地，C彡 O. 015%，更優選為 O. 001-0. 015%，最優選為 O. 003-0. 015%。優選地，N彡 O. 015%，更優選為 O. 005-0. 015%，最優選為 O. 006-0. 013%。優選地，P彡 O. 02%和 S 彡 O. 013%，更優選地 P ( O. 016%和 S 彡 O. 011%。優選地，Si0. 15-0. 35%，更優選為 O. 16-0. 35%。
優選地，Mn:1.0-2. 0%，更優選為 1.01-1.95%。優選地，Cr:10. 7-13. 5%。優選地，Ni0. 5-1. 45%。優選地，Ti0. 1-0. 35%，更優選為 O. 15-0. 35%。除非另有指明，本發明中含量均為重量百分比含量。本發明的另一個目的是提供上述高強韌性(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溫度區間進行熱軋；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；對于厚度規格為10-20mm的所述雙相不銹鋼在600_750°C保溫4_8h。有益效果本發明所提供的高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的顯微組織為形狀不規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，具有優良的塑性和韌性；同時，不規則的交錯的晶界大大提高了斷裂時的裂紋擴展功，從而提高了所述不銹鋼的沖擊韌性。本發明鋼與傳統的(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼相比，在具有高強度的同時，塑性和韌性依然非常優良。本發明所述高強韌性(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生，保證了所制造(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼板具有優良的塑性和沖擊韌性。
圖I為本發明實施例I的高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的金相照片(100X)。圖2為本發明實施例I的高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的金相照片(500X)ο圖3為本發明實施例I的高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼室溫沖擊斷口宏觀照片。
圖4為本發明實施例I的高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼0°C沖擊斷口宏觀照片。圖5為本發明實施例I的高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼_20°C沖擊斷口宏觀照片。圖6為本發明實施例I的高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼_40°C沖擊斷口宏觀照片。
具體實施例方式以下對本發明的特點和有益效果進行較為詳細的說明。本發明為了提供高強度且韌性優良的(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼，以滿足人們對力學性能和耐蝕性能優良的經濟型不銹鋼的需求，按照如下所述控制化學成分·
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，為保證所述高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的韌性及耐蝕性能，本發明將其含量控制在O. 02%以內，優選地，C^O. 015%，更優選為O. 001-0. 015%，最優選為 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，本發明將其含量控制在O. 02 %以內，優選地，N ^0.015%,更優選為O. 005-0. 015%,最優選為 O. 006-0. 013%。P、S :磷和硫為鋼中不可避免的雜質元素，高的磷含量和硫含量均對鋼的韌性不利，因此，本發明分別控制P彡O. 03%和S^O. 015%,優選地，P彡O. 02%和S^0.013%,更優選地P彡O. 016%和S彡O. 011%。Si :硅為強鐵素體形成元素，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進行，因此，硅的含量不宜過高，本發明控制Si在O. 35% 以下，優選地，Si 0. 15-0. 35%，更優選為 O. 16-0. 35%。Mn :錳擴大鋼的奧氏體相區，但加入量過多會降低鋼的韌性和耐蝕性，因此，本發明將其含量控制在1.0-3. 0%，優選為1.0-2. 0%，更優選為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，鋼的耐蝕性較差，同時鉻也是鐵素體形成元素，因此，本發明所述(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼中鉻含量控制在10. 5-13. 5%，優選為 10. 7-13. 5%。Ni :鎳為強奧氏體化元素，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，本發明將其控制在O. 5-1. 5%，優選為 O. 5-1. 45%。Ti :鈦為強碳氮化物形成元素，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，會形成大量粗大的TiN粒子，降低所述雙相不銹鋼的沖擊韌性。因此，本發明將其含量控制在8 (C+N)-O. 35%，優選為O. 1-0. 35%，更優選為O. 15-0. 35%。Nb、Mo :鈮和鑰顯著延遲鐵素體再結晶和阻礙再結晶后的晶粒長大。本發明為控制退火中鐵素體晶粒的再結晶和晶粒長大，獲得鐵素體加回火馬氏體的混合組織，拓寬退火時間的工藝范圍，添加鈮和鑰的量在O. 10-0. 30%。
根據本發明的優選方式，(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的化學成分還應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反映了化學成分對奧氏體相區的影響，當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，鐵素體因子KFF增加，奧氏體相區縮小，為保證熱軋所述(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼時在單相奧氏體區完成，沒有條帶狀高溫鐵素體產生，因此，鐵素體因子KFF不應高于11. 5。當奧氏體區間過大時，熱軋板在較低的溫度退火時就進入奧氏體和鐵素體雙相區，退火后產生未退火馬氏體，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以內時，未進入雙相區，控制化學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韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的顯微組織為形狀不規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，具有優良的塑性和韌性；同時，不規則的交錯的晶界大大提高了斷裂時的裂紋擴展功，因此，提高了所述不銹鋼的沖擊韌性。根據本發明，所述高強韌性(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，而且還應滿足鐵素體因子KFF在6. 0-11. 5區間。冶煉符合該化學成分要求的不銹鋼并澆注成200mm厚的連鑄坯。較厚規格的連鑄坯可以保證足夠的壓縮比，使得熱軋板的組織細小、均勻。熱軋將連鑄坯均熱溫度控制在高溫鐵素體(δ )轉變為奧氏體(Υ )的溫度A4點以下，以保證均熱后得到單一的奧氏體相；在900-1050°C溫度區間進行熱軋，以保證熱軋過程在所述不銹鋼的奧氏體單相區間進行。因此，獲得的熱軋態組織為全馬氏體相，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，為避免其產生退火，應在Aa以下溫度進行。退火時，隨著保溫時間的延長，馬氏體轉變為高溫回火馬氏體，這種馬氏體具有優良的塑性和韌性。隨著保溫時間的進一步延長，部分回火馬氏體轉變為鐵素體。鐵素體和馬氏體兩相組織同時存在時，新轉變的鐵素體長大極為緩慢。此時，退火鋼板強度進一步降低，塑性和韌性增加。當退火保溫時間太長時，退火板全部轉變為鐵素體晶粒，并進一步長大，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間是關鍵。對于厚度規格為10-20mm的所述雙相不銹鋼在600_750°C保溫4_8h。實施例表I為本發明實施例1-6的高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的化學成分。表2為實施例1-6中實例鋼的主要制造工藝條件。表I實施例1-6中高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的化學成分(質量％，余量Fe)
權利要求
1.一種雙相不銹鋼，其按重量百分比計的化學成分為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，其中，鐵素體因子KFF 在 6. 0-11. 5。
2.如權利要求I所述的雙相不銹鋼，其特征在于，C≤ O.015 %，優選為O.001-0. 015%，更優選為 O. 003-0. 015%。
3.如權利要求I或2所述的雙相不銹鋼，其特征在于，0.015%,優選為O.005-0. 015%，更優選為 O. 006-0. 013%。
4.如權利要求1-3任一所述的雙相不銹鋼，其特征在于，P^O.02%和SS0. 013%,更優選地P≤ O. 016%和S≤ O. 011%。
5.如權利要求1-4任一所述的雙相不銹鋼，其特征在于，Si:0. 15-0. 35%，更優選為0.16-0. 35%。
6.如權利要求1-5任一所述的雙相不銹鋼，其特征在于，Mn:1. 0-2.0%，更優選為1.01-1. 95%。
7.如權利要求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%，更優選為O.15-0. 35%。
10.如權利要求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溫度區間進行熱軋； 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； 對于厚度規格為10-20mm的所述雙相不銹鋼在600_750°C保溫4_8h。
全文摘要
本發明涉及一種雙相不銹鋼，其按重量百分比計的化學成分為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，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℃溫度區間進行熱軋；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；對于厚度規格為10-20mm的所述雙相不銹鋼在600-750℃保溫4-8h。所述高強韌性(鐵素體馬氏體)雙相不銹鋼的顯微組織為形狀不規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％，具有優良的塑性和韌性。
文檔編號C22C38/58GK102899587SQ201110208410
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月25日 優先權日2011年7月25日
發明者葉曉寧, 鄭準北, 江來珠 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司