專利名稱：雙相鋼合金的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不銹鋼合金，更確切地說涉及一種含有鐵素體-奧氏體基體以及具有高抗腐蝕性、良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機(jī)械特性的雙相不銹鋼，上述機(jī)械特性使之適用于例如石油煉制和濕法冶金處理等含氯化物的具有高腐蝕性的環(huán)境中。
背景技術(shù)：
考慮到諸如礦石和金屬等可自然接近的自然資源已經(jīng)變得越來越有限，礦藏越來越少且質(zhì)量日趨變差，人類致力于尋找新礦或迄今為止由于開采以及后期的精加工費(fèi)用太高而未被開發(fā)的礦藏。例如，包含礦物的巖石非常堅(jiān)硬并且其常規(guī)的難以忍受的采掘條件十分普及如高溫、被污染的環(huán)境和含鹽的地下水。具體地說，這涉及到礦物和金屬，例如鎳和用于生產(chǎn)鋁的鋁土礦。迄今為止還缺乏對(duì)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的采掘方法的研究，因此利用新的挖掘方法例如濕法冶金可以獲得巖石中的礦物。
我們將滿足金屬材料在機(jī)械性能和抗腐蝕性方面新的需求，其中制造上述雙相不銹鋼合金并且上述合金得到越來越成功的應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兡軌蛲瑫r(shí)在高溫、高壓和可導(dǎo)致侵蝕腐蝕環(huán)境的機(jī)械應(yīng)力下抵抗多種不同類型的腐蝕。
迄今為止使用的金屬材料為鈦合金和超級(jí)雙相合金。主要是由于σ(sigma)晶相析出導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)不平衡，使超級(jí)雙相合金Zeron 100在焊接時(shí)出現(xiàn)問題。油或氣通過加工提煉后可以制成不同的產(chǎn)品，如汽車或飛機(jī)的燃料、生產(chǎn)塑料產(chǎn)品的原材料等等。在煉制過程中包括天然部分的加熱和熱傳導(dǎo)。加熱和冷卻介質(zhì)是使用過程中產(chǎn)生進(jìn)一步腐蝕性問題的其他因素。在煉制過程中產(chǎn)品在管道系統(tǒng)中傳送并脫鹽。隨后蒸餾以便將它分解成其組分成分，然后送到塔頂冷凝器里冷卻。冷卻通常借助海水或者含氯化物的水或空氣的幫助完成。蒸餾后餾分將通過去除H2S，CO2和其他雜質(zhì)，甚至除去該過程中的添加物來進(jìn)行進(jìn)一步煉制。在每一個(gè)處理步驟中液體要被加熱、加工和冷卻。近年來，不同鋼種制成的管道用于這些應(yīng)用中，只是或多或少顯示出在這些應(yīng)用中有極度的適用程度，其中與處理液接觸的一側(cè)和外側(cè)承受了較高的腐蝕。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種雙相不銹鋼合金，該合金顯示出高抗腐蝕性同時(shí)其機(jī)械性能也得到改善，并且該合金最適宜用在需要對(duì)于一般腐蝕、局部腐蝕和侵蝕性腐蝕具有高抵抗力的環(huán)境中，同時(shí)該合金也顯示其機(jī)械性能使得在石油煉制和濕法冶金處理的過程中可延長部件的使用壽命。
根據(jù)本發(fā)明的材料由于其高合金成分而具有顯著良好的可加工性，特別是良好的熱加工性能，由此應(yīng)該非常適用于生產(chǎn)例如棒材、管材例如焊管和無縫管、板材、帶材、線材、焊條以及結(jié)構(gòu)零件例如法蘭、聯(lián)結(jié)器一類。
根據(jù)本發(fā)明的雙相不銹鋼合金來實(shí)現(xiàn)這些目的，該合金包括(重量百分比)至多0.03％的C，至多0.5％的Si，24.0-30.0％的Cr，4.9-10.0％的Ni，3.0-5.0％的Mo，0.28-0.5％的N，0-3.0％Mn，0-0.0030％的B，至多0.010％的S，0-0.03％的Al，0-0.010％的Ca，0-3.0％的W，0-2.0％的Cu，0-3.5％的Co，0-0.3％的Ru，平衡量的Fe以及不可避免的雜質(zhì)，其鐵素體體積百分比含量為40-65％且其在奧氏體相和鐵素體相中的PRE值至少在46-50間，而且在奧氏體相和鐵素體相之間的最優(yōu)比例為0.90-1.15范圍之間，優(yōu)選為0.9-1.05范圍之間。
附圖的簡要說明

圖1顯示出與雙相鋼SAF2507、SAF2906以及高合金奧氏體鋼654SMO相比，在“Green Death”溶液中進(jìn)行的經(jīng)過修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)中對(duì)測試試樣進(jìn)行試驗(yàn)而獲得的CPT值。
圖2顯示出與雙相鋼SAF2507和奧氏鋼654SMO相比，通過使用輔助設(shè)備，在“Green Death”溶液中進(jìn)行的經(jīng)過修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)中對(duì)試樣進(jìn)行測試而獲得的CPT值。
圖3顯示出在75℃的環(huán)境下在2％HCl中，平均腐蝕量mm/年。
圖4顯示出對(duì)大部分試樣進(jìn)行熱延展性試驗(yàn)所得到的結(jié)果。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明系統(tǒng)研究工作已經(jīng)驚喜地表明人們可以通過良好平衡的組合元素Cr、Mo、Ni、N、Mn和Co來實(shí)現(xiàn)這些元素在奧氏體和鐵素體中的最優(yōu)分配，這就能夠?qū)崿F(xiàn)一種非常耐腐蝕的材料，并且在該材料中只具有其量可以忽略不計(jì)的σ相。所述材料也獲得了良好的可加工性，這使得能夠擠壓成形為無縫鋼管。該工作還表明，在本發(fā)明中為了獲得高耐腐蝕性和良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的結(jié)合，需要在該材料中對(duì)合金元素進(jìn)行更窄的組合。根據(jù)本發(fā)明的合金包含有(wt％)C 至多0.03％Si 至多0.5％Mn 0-3.0％Cr 24.0-30.0％Ni 4.9-10.0％Mo 3.0-5.0％N 0.28-0.5％B 0-0.0030％S 至多0.010％Co 0-3.5％W 0-3.0％
Cu 0-2.0％Ru 0-0.3％Al 0-0.03％Ca 0-0.010％平衡量的Fe以及正常出現(xiàn)的雜質(zhì)和添加物，其中鐵素體的體積百分比含量是40-65％。
碳(C)在鐵素體和奧氏體中溶解度有限。有限的溶解度意味著有碳化鉻析出的危險(xiǎn)，因此碳的含量不能超過0.03wt％，優(yōu)選不超過0.02wt％。
硅(Si)在鋼生產(chǎn)中被用作還原劑，同時(shí)它在生產(chǎn)和焊接過程中提高了流動(dòng)性。但是，Si含量過高會(huì)導(dǎo)致不期望有的金屬間相析出，因此Si的含量至多0.5wt％，優(yōu)選至多0.3wt％。
錳(Mn)加入用來提高材料中N的溶解度，但是，已經(jīng)證明，Mn在所述類型的合金中對(duì)N溶解度的影響有限。相反，發(fā)現(xiàn)了對(duì)該溶解度的影響更高的其它元素。此外，Mn與高含量的S結(jié)合會(huì)導(dǎo)致形成硫化錳，這作為點(diǎn)狀腐蝕的起始點(diǎn)，因此Mn的含量應(yīng)該被限制在0-3.0wt％之間，優(yōu)選為0.5-1.2wt％。
鉻(Cr)是一種相當(dāng)有用的元素，能夠提高對(duì)大多數(shù)類型腐蝕的抵抗力。另外，高含量的鉻意味著在材料中可以獲得非常好的N溶解度。因此要求使Cr含量保持盡可能高以便改善抗腐蝕性能?？垢g性能良好的鉻含量至少應(yīng)達(dá)到24.0wt％，優(yōu)選為27.0-29.0wt％。但是，高含量的鉻會(huì)增加金屬間析出物的危險(xiǎn)，為此必須將鉻的含量限制在至多30wt％以內(nèi)。
鎳(Ni)被用作奧氏體穩(wěn)定元素，添加適量的鎳還可以獲得所需含量的鐵素體。為了在體積百分比為40-65％的鐵素體中獲得所要求的奧氏體相和鐵素體相之間的比例，需要添加4.9-10.0wt％的鎳，優(yōu)選為4.9-8.0wt％。
鉬(Mo)是一種有用元素，它能夠改善在氯化物環(huán)境中尤其是弱酸性環(huán)境中的抗腐蝕性能。太高含量的Mo會(huì)與高含量的Cr結(jié)合，這意味著產(chǎn)生金屬間析出物的危險(xiǎn)增加，在本發(fā)明中的Mo含量應(yīng)在3.0-5.0wt％的范圍中，優(yōu)選為3.6-4.7wt％，尤其為4.0-4.3wt％。
氮(N)是非常有用的元素，它能夠提高材料的抗腐蝕性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度。此外，高含量的N可以改善焊接后奧氏體的回復(fù)性，這在焊點(diǎn)內(nèi)賦予了良好的性能。為了使N的作用更明顯，至少應(yīng)添加0.28％的N。在N含量較高的情況下，特別是當(dāng)鉻的含量同時(shí)也很高時(shí)，氮化鉻沉淀物析出的危險(xiǎn)增加，此外，由于N在熔煉中過度溶解性，所以高N含量意味著出現(xiàn)多孔性的危險(xiǎn)增加。因此，應(yīng)該將N含量限制為至多0.5wt％，優(yōu)選添加大于0.35-0.45wt％的N。
硼(B)的加入是用來提高材料的熱加工性。在B含量太高的情況下，抗腐蝕性和可焊接性會(huì)變差，因此，B含量應(yīng)該限制到0.0030wt％。
硫(S)通過形成可溶解的硫化物對(duì)抗腐蝕性產(chǎn)生負(fù)面影響，此外，熱加工性變差，因此將S含量限制為不超過0.010wt％。
鈷(Co)的加入用來首先改善抗腐蝕性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Co是一種奧氏體穩(wěn)定元素。為了產(chǎn)生有益的效果，Co的含量應(yīng)該至少為0.5wt％，優(yōu)選至少為1.5wt％。因?yàn)镃o是相對(duì)昂貴的元素，因此將鈷的添加量限制為至多3.5wt％。
鎢能夠提高抗點(diǎn)蝕和裂隙腐蝕性能，但是添加過高含量的鎢與較高的Cr含量以及較高的Mo含量的結(jié)合意味著出現(xiàn)金屬間析出物的危險(xiǎn)增加。在本發(fā)明中的W含量應(yīng)在0-0.3wt％范圍內(nèi)，優(yōu)選為0.5-1.8wt％之間。
銅的添加用來改善在酸性環(huán)境例如硫酸中的一般抗腐蝕性能。同時(shí)Cu會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。但是，高含量的Cu意味著將會(huì)超過固溶度，因此，Cu含量應(yīng)該限制為至多2.0wt％，優(yōu)選為在0.5-1.5wt％。
釕(Ru)的加入用來提高抗腐蝕性，由于釕是非常昂貴的元素，因此含量應(yīng)限制在至多0.3wt％，優(yōu)選為0-0.1wt％。
鋁(Al)和鈣(Ca)在鋼產(chǎn)品中用作脫氧劑，Al的含量應(yīng)限制在在至多0.03wt％范圍內(nèi)以限制氮化物的形成。Ca對(duì)熱延性能夠產(chǎn)生有益的效果，但是，Ca的含量應(yīng)限制為0.010wt％以避免出現(xiàn)不希望有的夾渣。
為了獲得良好的機(jī)械性能、抗腐蝕性能和良好的可焊接性能，鐵素體的含量非常重要。從抗腐蝕性和可焊接性的角度考慮，40-65％的鐵素體含量對(duì)于獲得良好性能而言是理想的。另外，高含量的鐵素體意味著在低溫下的沖擊強(qiáng)度和對(duì)由氫引起的脆性的抵抗力惡化，因此，鐵素體的體積百分比含量為40-65％，優(yōu)選為42-60％，尤其是為45-55％。
在下面的實(shí)施例中，給出了許多測試試樣的組分，這些實(shí)施例說明了不同合金元素在性能上的作用。試樣605182代表一個(gè)參考組分，因此不是本發(fā)明領(lǐng)域的一部分。不應(yīng)將剩余的試樣認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的限制，也不僅僅限于這些試樣的實(shí)施例，這些實(shí)施例闡述了根據(jù)權(quán)利要求所限定的本發(fā)明。
盡管沒有明確的提及，特定的PRE值總被認(rèn)為是依據(jù)PREW公式計(jì)算得出的。
實(shí)施例1該實(shí)施例的測試試樣由以下步驟產(chǎn)生在實(shí)驗(yàn)室中鑄造出重量為170kg的鋼錠，隨后將它熱鍛成圓鋼。將它們熱擠壓成棒材(扁鋼以及圓鋼)，其中從這些圓鋼中選取試驗(yàn)材料。另外，在進(jìn)行冷軋之前對(duì)扁鋼進(jìn)行退火，隨后獲得其它實(shí)驗(yàn)材料。從材料工程角度考慮，所述過程可以被當(dāng)作更大規(guī)模制備的代表，例如通過擠出成形方法生產(chǎn)出不銹鋼管，之后進(jìn)行冷軋。表1顯示出第一批實(shí)驗(yàn)試樣的組分。
表1實(shí)驗(yàn)試樣成分，wt％

為了研究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從每一個(gè)試樣中選取樣品，分別在900-1150℃下以50℃為遞進(jìn)進(jìn)行退火，隨后分別在空氣或水中淬火。在一個(gè)最低溫度下形成金屬間相。通過在光學(xué)顯微鏡中進(jìn)行研究來確定金屬間相變得可以忽略不計(jì)的最低溫度。之后在所述溫度下對(duì)來自相應(yīng)試樣的新樣品退火恒溫5分鐘，之后以140℃/分鐘的恒定冷卻速度將這些樣品冷卻至室溫，隨后在掃描電子顯微鏡下用反向散射電子形成數(shù)字掃描來確定在這些材料中σ相的區(qū)域部分，結(jié)果如表2所示。
Tmaxσ是根據(jù)所有特定元素在不同變量中的特征數(shù)量由Thermo-Calc(TCFE99鋼的TC型N熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫)計(jì)算得出的。Tmaxσ是σ相的溶解溫度，高溶解溫度表示更低的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
表2

這一研究的目的在于能夠依照結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性將材料分級(jí)，即這不是在例如腐蝕試驗(yàn)之前經(jīng)過熱處理和淬火的試樣中的σ相的真實(shí)含量。可以看出由Thermo-Calc計(jì)算得出的Tmaxσ沒有直接與測量得出的σ相量相關(guān)，但是顯然在該研究期間具有最低的計(jì)算出的Tmaxσ包含有最低量的σ相。
在所謂的“Green Death”溶液中對(duì)試樣進(jìn)行點(diǎn)蝕性能的分級(jí)實(shí)驗(yàn)，所述溶液包含1％的FeCl3，1％的CuCl2，11％的H2SO4和1.2％的HCl。實(shí)驗(yàn)步驟與依照ASTM G48C的點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)相同，但它是在更具腐蝕性的“Green Death”中完成的，此外，一些試樣是依照ASTM G48C進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(每個(gè)試樣進(jìn)行2次實(shí)驗(yàn))。還在含3％NaCl中進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)(每個(gè)試樣進(jìn)行6次實(shí)驗(yàn))。從所有實(shí)驗(yàn)中得出的臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT)的結(jié)果如表3所示，例如對(duì)于奧氏體、鐵素體以及合金中全部成分的PREW值(Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N)。符號(hào)α代表鐵素體，γ代表奧氏體。
表3

人們確定在雙相不銹鋼中在奧氏體或鐵素體中的最低PRE值與CPT值之間存在線性比例，但是表3中的結(jié)果表明PRE值不能單獨(dú)用來解釋CPT值。圖1以圖表的方式示出了經(jīng)過修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)所獲得的CPT值。包括雙相鋼SAF2507、SAF2906以及高合金奧氏體鋼654SMO作為參考。從這些結(jié)果中可以清楚看到，所有實(shí)驗(yàn)材料在經(jīng)過修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)中顯示出比SAF2507和SAF2906更好的CPT值。此外，一些實(shí)驗(yàn)材料在經(jīng)過修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)中顯示出與654SMO等同或更好的CPT結(jié)果。添加鈷的實(shí)驗(yàn)試樣605183盡管它包含有高含量鉻以及鉬，但是在受控的冷卻速度-140℃/分鐘下顯示出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且顯示出優(yōu)于SAF2507和SAF2906的結(jié)果。研究表明一個(gè)較高的PRE值不能用來單獨(dú)解釋CPT值，在沒有該關(guān)系的情況下，PRE奧氏體/PRE鐵素體對(duì)于更高合金的雙相不銹鋼的性能是至關(guān)重要的，需要在合金元素間進(jìn)行嚴(yán)密而精確的均衡以便獲得最優(yōu)化比例，所述比例應(yīng)介于0.9-1.15之間，優(yōu)選為0.9-1.05，同時(shí)還便于獲得高于46的PRE值。在表3中給出了針對(duì)在經(jīng)過修正的ASTM G48C實(shí)驗(yàn)中的試樣的CPT值的PRE奧氏體/PRE鐵素體比例。
確定出所有試樣在室溫(RT)、100℃和200℃下的強(qiáng)度以及在室溫(RT)下的沖擊強(qiáng)度，并且以3次實(shí)驗(yàn)的平均值表示。
由φ20mm的擠出棒材制造出拉伸實(shí)驗(yàn)試樣(DR-5C50)，在根據(jù)表2的溫度下對(duì)這些試樣進(jìn)行20分鐘熱處理，隨后在空氣或水中冷卻(試樣編號(hào)分別為605195，605197，605184)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4和表5所示。這些拉伸實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明鉻、氮和鎢對(duì)材料的沖擊強(qiáng)度影響很大。除605153之外，所有試樣都滿足了在室溫(RT)下在拉伸試驗(yàn)下延伸率為25％的要求。
表4沖擊強(qiáng)度

表5沖擊強(qiáng)度

該研究非常清楚地表明水淬對(duì)于獲得最好的結(jié)構(gòu)并因此獲得良好的沖擊強(qiáng)度數(shù)值是必不可少的。除605184和605187外，所有試樣在室溫下都通過了必需的100J的強(qiáng)度，當(dāng)然前者也非常接近所需的值。
圖6顯示出從鎢-惰性氣體重熔實(shí)驗(yàn)(以下簡稱TIG)得出的結(jié)果，其中試樣605193、605183、605184以及605253在受熱區(qū)(Heat AffectedZone，以下簡稱HAZ)顯示出良好的結(jié)構(gòu)。含Ti的試樣在HAZ中顯示出具有TiN。過高的鉻和氮含量導(dǎo)致Cr2N析出，因?yàn)檫@會(huì)使該材料的性能變差，因而應(yīng)該要避免出現(xiàn)這個(gè)情況。
表6

實(shí)施例2在下述實(shí)施例中，給出了為了找到最優(yōu)組分而生產(chǎn)出的其它測試試樣的組分。從在實(shí)施例中所示的結(jié)果中從具有良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及高耐腐蝕性的試樣的性能中開始對(duì)這些試樣進(jìn)行改變。表7中的所有試樣包括了本發(fā)明所述的組分，其中編號(hào)為1-8號(hào)的試樣只包括統(tǒng)計(jì)測試模式，而編號(hào)為e-n號(hào)的試樣中添加了本發(fā)明所述范圍內(nèi)的合金。
所述試樣由270kg的鋼錠通過鑄造、熱鍛成圓鋼獲得。將這些圓鋼擠出成形為棒材，從而選取測試試樣。之后在冷軋成扁鋼之前對(duì)棒材進(jìn)行退火，之后選取出進(jìn)一步測試材料。表7顯示出這些測試試樣的組分。
表7

表8 Thermo-Calc

根據(jù)表8(TCFE99鋼的TC型N熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫)的Thermo-Calc值是基于所有特定元素在不同變量中的特征量。鐵素體和奧氏體的PRE值基于它們在1100℃下的均衡組分。Tmaxσ是σ相的溶解溫度，高溶解溫度意味著更低的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
利用探針分析測試合金元素在鐵素體和奧氏體中的分布，結(jié)果如表9所示。
表9

所有試樣的點(diǎn)蝕特性均在“Green Death”溶液(含1％的FeCl3，1％的CuCl2，11％的H2SO4和1.2％的HCl)中測試分級(jí)。實(shí)驗(yàn)步驟與依照ASTM G48C的點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)相同，但本實(shí)驗(yàn)是在比6％FeCl3更具腐蝕性的溶液，即所謂的“Green Death”溶液中進(jìn)行的。還有在進(jìn)行露點(diǎn)實(shí)驗(yàn)前，在2％HCl中進(jìn)行一般腐蝕試驗(yàn)(每個(gè)試樣實(shí)驗(yàn)2次)以便進(jìn)行分級(jí)。從表10、圖2和圖3中可以看到由所有測試得到的結(jié)果。所有實(shí)驗(yàn)試樣在“Green Death”溶液中的表現(xiàn)均優(yōu)于SAF2507，所有試樣的PRE奧氏體/PRE鐵素體比例限制在0.9-1.5范圍內(nèi)，優(yōu)選0.9-1.05之間，同時(shí)奧氏體和鐵素體的PRE值均超過44，大部分試樣甚至大大超過44，一些試樣甚至達(dá)到極限值50。值得注意的是，盡管試樣605251中的鉻含量較低，但是含有1.5wt％鈷的試樣605251在“Green Death”溶液中的表現(xiàn)幾乎等同于鈷含量為0.6wt％的試樣605250號(hào)試樣。尤其令人吃驚和感興趣的是，由于試樣605251的計(jì)算(ca.)PRE值高達(dá)48，這超過了一些目前商用超級(jí)二相合金，同時(shí)其Tmaxσ值低于1010℃，這意味著基于例1中表2所列值的基礎(chǔ)上具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
在表10中列出了用微探針測量出的該合金全部成分的平均PREW值(％Cr+3.3％(Mo+0.5％W)+16％N)以及在奧氏體以及在鐵素體中基于這些相的組分的PRE(四舍五入)。在1100℃下進(jìn)行熱處理之后進(jìn)行水淬處理后測量出鐵素體的含量。
表10

為了詳細(xì)研究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在1080℃、1100℃和1150℃下對(duì)這些試樣進(jìn)行20分鐘退火，然后在水中淬火。通過在光學(xué)顯微鏡中進(jìn)行研究來確定金屬間相變得可以忽略不計(jì)的溫度。對(duì)經(jīng)過1080℃退火之后進(jìn)行水淬處理后的試樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較表明哪個(gè)試樣更可能包含不期望有的σ相。在圖11中顯示出這些結(jié)果。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制顯示出，試樣605249、605251、605252、605253、605254、605255、605259、605260、605266與605267沒有不期望有的σ相。此外，含鈷1.5wt％的試樣605249不含σ相，而含鈷0.6wt％的試樣605250只含很少數(shù)量的σ相。這兩個(gè)試樣含有約為29.0wt％的高含量鉻以及大約為4.25wt％的鉬。如果針對(duì)σ相含量對(duì)試樣605249、605250、605251和605252中的組分進(jìn)行比較的話，非常明顯在該情況中在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型方面對(duì)于最優(yōu)材料的組分范圍非常窄。它還顯示出，與試樣605263相比，試樣605268只包含很少的σ相，而試樣605263包含很多σ相。這些試樣之間的主要區(qū)別在于，試樣605268中添加有銅。試樣605266和605267盡管含有高含量的鉻且后者合金中還含有銅，但是它們都不含σ相，另外，添加有1.0wt％鎢的試樣605262和605263顯示出具有許多σ相的結(jié)構(gòu)，同時(shí)值得注意的是，也含1.0％的鎢但是相對(duì)于試樣605262和605263其氮含量更高的試樣605269顯示出其σ相含量明顯更少。因此，需要在處于這些高合金含量的不同合金元素例如鉻和鉬之間進(jìn)行受到非常好調(diào)節(jié)的平衡，以便獲得良好的結(jié)構(gòu)性能。
表11顯示出從在經(jīng)過1080℃退火20分鐘之后進(jìn)行水淬之后的光學(xué)觀察中獲得的結(jié)果。σ相量由從1-5的數(shù)值表示，其中1代表檢測中沒有發(fā)現(xiàn)σ相，而5表示檢測中發(fā)現(xiàn)高含量的σ相。
表11

在表12中顯示出從對(duì)一些試樣進(jìn)行沖擊強(qiáng)度測試所得到的結(jié)果。這些結(jié)果非常高，這表明在經(jīng)過1100℃退火和水淬后具有良好的結(jié)構(gòu)性能并且所有測試試樣都可以以大余量滿足100J的要求。
表12

圖4顯示出從對(duì)大多數(shù)試樣進(jìn)行熱延展性實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)果。良好的可加工性對(duì)于能夠?qū)⒉牧现瞥砂舨?、管材例如焊管和無縫管焊、板材、帶材、線材、焊條以及諸如法蘭、聯(lián)結(jié)器一類的結(jié)構(gòu)零件而言當(dāng)然是至關(guān)重要的。試樣605249、605250、605251、605252、605255、605266和605267能夠在一定程度上改善熱延展性數(shù)值。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)為了使材料獲得良好的抗腐蝕性同時(shí)具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱加工性和可焊接性，該材料應(yīng)該根據(jù)下面所述得到優(yōu)化● 鐵素體中的PRE值應(yīng)大于45，優(yōu)選至少為47。
● 奧氏體中的PRE值應(yīng)大于45，優(yōu)選至少為47。
● 整個(gè)合金的PRE值應(yīng)該優(yōu)選至少為46。
● 比例PRE奧氏體/PRE鐵素體值應(yīng)當(dāng)介于0.9-1.15之間，優(yōu)選在0.9-1.05范圍內(nèi)。
● 鐵素體的體積百分比含量優(yōu)選在45-55％范圍內(nèi)。
● Tmaxσ不應(yīng)超過1010℃。
● 氮含量應(yīng)在0.28-0.5wt％范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.35-0.48wt％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為0.38-0.40wt％。
● 鈷含量應(yīng)在0-3.5wt％范圍內(nèi)，優(yōu)選為1.0-2.0wt％，更優(yōu)選為1.3-1.7wt％。
● 為了確保氮的高溶解度，例如在氮含量為0.38-0.40wt％的情況下，需要至少添加29wt％的Cr和3.0wt％的Mo，這樣元素Cr、Mo和N的總含量滿足對(duì)所述PRE值的要求。
實(shí)施例3石油煉制過程非常復(fù)雜，并且包括許多步驟，其中非碳?xì)浠衔锶鐭o機(jī)氯化物會(huì)引起大量的腐蝕問題。除了Na-、Mg和Ca-氯化物之外，原油還包含不同種類的鹽。無機(jī)鹽MgCl2和CaCl2最具危險(xiǎn)性，因?yàn)榧訜徇^程中無機(jī)鹽水解產(chǎn)生鹽酸(HCl)。在煉制車間的煉制設(shè)備中，鹽酸可以在用在塔頂冷凝器中的材料上冷凝。鹽酸的形成會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的腐蝕問題，尤其與在材料表面上出現(xiàn)的固態(tài)鹽結(jié)合，這也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)。煉制車間塔頂冷凝器中的腐蝕問題涉及到一般腐蝕、點(diǎn)腐蝕和裂隙腐蝕。
在某些的生產(chǎn)設(shè)備中，導(dǎo)致腐蝕問題的是冷卻水而不是處理液。冷卻水中氯化物的含量可以由在去離子水中的0變化為海水中的1.5％。
實(shí)施例4在生產(chǎn)如二氯化乙烯(簡稱EDC)和氯乙烯單體(簡稱VMC)等含氯碳?xì)浠衔飼r(shí)可能會(huì)產(chǎn)生問題，其中鹽酸冷凝、無機(jī)鹽固結(jié)以及含氯化物的冷卻水都能給正在使用中的結(jié)構(gòu)材料造成嚴(yán)重的腐蝕。并且這些車間中的腐蝕問題主要集中在鋼管上，例如塔頂冷凝器的熱交換鋼管腐蝕最為嚴(yán)重。
實(shí)例5濕法冶金是指一種通過浸出、溶液再生過程、金屬析出和精煉從水化溶液中生產(chǎn)出金屬的方法。還有在這些過程中，需要對(duì)氯化物結(jié)合氧化金屬離子造成的局部腐蝕具有抗腐蝕性，該處理包括漿液(氧化物殘?jiān)c處理液的混合物)，同時(shí)也要對(duì)發(fā)生在浸出過程和侵蝕腐蝕過程中酸造成的一般腐蝕具有抗腐蝕性。
上述實(shí)施例中的過程是指在高溫高壓，尤其是在產(chǎn)生浸出酸的高壓釜前預(yù)熱條件下，從鐵礬土礦中浸出鎳和鈷。
權(quán)利要求
1.一種具有高抗腐蝕性、良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機(jī)械特性的鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼合金的用途，適用于腐蝕性環(huán)境中，例如含氯化物的環(huán)境，例如石油煉制過程和濕法冶金過程。
2.如權(quán)利要求1所述的鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼合金的用途，其特征在于所述合金包含下列成分，以重量百分比計(jì)C 至多0.03％Si至多0.5％Mn0-3.0％Cr24.0-30.0％Ni4.9-10.0％Mo3.0-5.0％N 0.28-0.5％B 0-0.0030％S 至多0.010％Co0-3.5％W 0-3.0％Cu0-2.0％Ru0-0.3％Al0-0.03％Ca0-0.010％平衡量的Fe以及正常出現(xiàn)的雜質(zhì)和添加物，其中鐵素體的體積百分比含量為40-65％，優(yōu)選為42-60％，最好為45-55％
3.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼合金的用途，其特征在于所述合金中鐵素體相和奧氏體相的PRE值或PREW值均大于45，且合金中所有組分的PRE值或PREW值大于46。
4.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼合金的用途，其特征在于所述合金中奧氏體相的PRE(W)值與鐵素體相的PRE(W)值之間的比值在0.90-1.15之間，優(yōu)選在0.9-1.05之間。
5.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼合金的用途，所述合金用于制造例如棒材、管材例如焊管和無縫管、板材、帶材、線材、焊條以及結(jié)構(gòu)零件例如法蘭、聯(lián)結(jié)器的產(chǎn)品形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不銹鋼合金，特別是一種含鐵素體－奧氏體基體且具有良好抗腐蝕性能、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱加工性的雙相不銹鋼合金，本發(fā)明所述雙相不銹鋼合金包含(重量百分比)至多0.03％的C，至多0.5％的Si，24.0－30.0％的Cr，4.9－10.0％的Ni，3.0－5.0％的Mo，0.28－0.5％的N，0－3.0％Mn，0－0.0030％的B，最多0.010％的S，0－0.03％的Al，0－0.010％的Ca，0－3.0％的W，0－2.0％的Cu，0－3.5％的Co，0－0.3％的Ru，平衡量的Fe以及不可避免的雜質(zhì)，并且鐵素體體積百分含量為40－65％，鐵素體相和奧氏體相的PRE值在46－50之間，奧氏體相的PRE(W)值與鐵素體相的PRE(W)值之間比值的優(yōu)選關(guān)系為0.90－1.15，優(yōu)選為0.9－1.05。
文檔編號(hào)C22C38/00GK1571861SQ02820505
公開日2005年1月26日 申請日期2002年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月2日
發(fā)明者安·森德斯特龍, 安娜-萊娜·奈斯特龍, 帕西·坎加斯 申請人:山特維克公司