專利名稱：耐堿性優(yōu)異的雙相不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐堿性優(yōu)異、特別是針對高溫濃縮堿溶液的耐腐蝕性優(yōu)異的雙相不銹鋼。
背景技術(shù)：
對于各種化工設(shè)備的構(gòu)成材料而言，要求其具有充分的強(qiáng)度的同時，還要求其具有優(yōu)異的耐腐蝕性。要求所具有的耐腐蝕性的具體的要求特性因設(shè)備而異，既有要求耐酸性的情況，也有要求耐堿性的情況。作為耐堿性的一例，堿電解裝置所使用的材料要求其能夠經(jīng)受住高溫濃縮堿環(huán)
境。 作為這種材料,例示有純Ti、Ti合金、純Ni等,但是上述金屬都是高價的金屬,應(yīng)用于大規(guī)模的設(shè)備是不現(xiàn)實(shí)的。因此，大多使用相對廉價的不銹鋼。但是，不銹鋼的耐腐蝕性與上述的金屬相比并不充分。因此，在上述這樣的設(shè)備中，采用了一邊頻繁地更換構(gòu)件一邊進(jìn)行作業(yè)的方法。但是，該更換作業(yè)會導(dǎo)致生產(chǎn)率降低、產(chǎn)品成本上升，因此，需要耐腐蝕性優(yōu)異的不銹鋼。能夠應(yīng)用于高溫濃縮堿環(huán)境的不銹鋼是高Cr含量的鐵素體系不銹鋼(例如，參照非專利文獻(xiàn)I及2)，作為這種不銹鋼，例示有SUS447J1 (30Cr—3Mo)0但是，制造含有30質(zhì)量％左右的高含量的Cr的不銹鋼較為困難，因此可得性較差。另外，即使能夠獲得上述不銹鋼，在制造工廠設(shè)備的情況下其加工性也較差。因此，特別是在焊接部上耐腐蝕性的劣化較為顯著。由于具有上述問題點(diǎn)，因此還處于未普及的現(xiàn)狀。即使是高溫濃縮堿環(huán)境，但在比較緩和的條件下，對耐腐蝕性的要求也較為寬松，因此也能夠使用加工性優(yōu)異的材料。因此，在該條件下，有時使用一些雙相不銹鋼。例如，在專利文獻(xiàn)I中有SUS329J4L較佳這樣的敘述。但是，并不能說該材料在高溫濃縮堿環(huán)境中具有充分的耐腐蝕性。專利文獻(xiàn)I :日本特許第3620256號公報非專利文獻(xiàn)I :日本金屬學(xué)會志第43卷第6號527—531頁非專利文獻(xiàn)2 日本金屬學(xué)會志第44卷第5號582—585頁

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐堿性優(yōu)異、特別是針對高溫濃縮堿溶液的耐腐蝕性優(yōu)異的雙相不銹鋼。為了解決上述問題而提供的本發(fā)明的一技術(shù)方案是一種雙相不銹鋼，其用于耐堿性用途，具有如下的化學(xué)組成以質(zhì)量％計含有C :0. 03%以下、Si :0. 5%以下、Mn :2. 0%以下、P :0. 04% 以下、S :0. 003% 以下、Cr :25. 0% 以上且小于 28. 0%,Ni :6. 0% 10. 0%,Mo 0. 2% 3. 5%、N :小于0. 5%以及W :3. 0%以下，余量由Fe及雜質(zhì)組成。優(yōu)選上述的雙相不銹鋼還具有以下特征中的至少一種。
雙相不銹鋼中的鐵素體量為40質(zhì)量％以上。 存在于雙相不銹鋼中的表面與距表面0. 5mm的深度的位置之間的區(qū)域(表面部)的鐵素體相的數(shù)量為15以上。 雙相不銹鋼是軋制而成的，其軋制縱截面(包含不銹鋼的厚度方向與軋制縱向在內(nèi)的截面)的奧氏體晶粒的平均長軸粒徑為350i!m以下。采用本發(fā)明，可提供即使是在以堿電解等為代表的高溫濃縮堿環(huán)境中也具有優(yōu)異的耐久性的雙相不銹鋼。而且，本發(fā)明的不銹鋼在焊接等施工方面不易產(chǎn)生較大的問題(焊接部的過度硬化等)。因此，由本發(fā)明的不銹鋼形成的鋼材(例示有無縫管、焊接管等管材；箔、薄板、厚板等板材；塊材；棒材；以及對上述鋼材進(jìn)行二次加工(切削、彎曲、穿孔、焊接等)所得的鋼材)能夠較佳地適用于具有高溫濃縮堿環(huán)境的化學(xué)設(shè)備等。若對用于上述用途的具體的部件進(jìn)行舉例說明，則可舉出配管、容器、閥、網(wǎng)，以及上述構(gòu)件的支承結(jié)構(gòu)物。


圖I是表示實(shí)施例I的試驗(yàn)鋼板中腐蝕失重相對于鐵素體量的依賴性的曲線圖。圖2是表示實(shí)施例I的試驗(yàn)鋼板中腐蝕失重相對于鐵素體相數(shù)的依賴性的曲線圖。圖3是表示實(shí)施例I的試驗(yàn)鋼板中腐蝕失重相對于軋制縱截面的奧氏體晶粒的平均長軸直徑的依賴性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下，說明本發(fā)明的耐堿性優(yōu)異的雙相不銹鋼。I.化學(xué)組成本發(fā)明的雙相不銹鋼具有如下的化學(xué)組成含有C :0. 03%以下、Si :0. 5%以下、Mn :2. 0% 以下、P :0. 04% 以下、S :0. 003% 以下、Cr :25. 0% 以上且小于 28. 0%、Ni 6. 0% 10. 0%、Mo :0. 2% 3. 5%、N :小于0. 5%以及W :3. 0%以下，余量由Fe及雜質(zhì)組成。以下，對各元素詳細(xì)地進(jìn)行說明。另外，鋼成分的含量中的是質(zhì)量％的意思。C :0. 03% 以下C是奧氏體的形成元素，是對提高強(qiáng)度有效的元素。但是，在含有過量的C的情況下，會析出對加工性及耐腐蝕性造成影響的各種碳化物。因此，為了抑制生成該碳化物，使C的含量為0. 03%以下。優(yōu)選C的含量為0. 020%以下。Si :0. 5% 以下Si在批量生產(chǎn)的鋼中與Al相同，是有效的脫氧元素，但是在含有過量的Si的情況下，會表現(xiàn)出耐腐蝕性降低、成形性降低的傾向。因而，使鋼中的Si的含量為0.5%以下。對Si的含量的下限并沒有特別限定，但是在小于0. 01%時有可能會導(dǎo)致脫氧不充分。優(yōu)選Si的含量的范圍在0. 05% 0. 3%。Mn :2. 0% 以下Mn是對使奧氏體相穩(wěn)定化有效的元素，若Mn的含量為2. 0%以下，則Mn的含量越高奧氏體相越穩(wěn)定。但是，即使Mn的含量超過2.0%，奧氏體相的穩(wěn)定性也不會以與增加了 Mn的含量相對應(yīng)的程度增加。若含有過量的Mn，反而有可能會導(dǎo)致耐腐蝕性的降低。因而，使Mn的含量在2. O%以下的范圍內(nèi)。從經(jīng)濟(jì)性較高地獲得奧氏體相的穩(wěn)定化效果的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使Mn的含量的范圍為0. 3% I. 7%。P :0. 04% 以下使鋼中的P的含量為0.04%以下。在本發(fā)明的鋼中，P與S均為最有害的雜質(zhì)。P的含量越低越好。S :0. 003% 以下使鋼中的S的含量為0.003%以下。在本發(fā)明的鋼中，S與P均為最有害的雜質(zhì)，因此S的含量越低越好。根據(jù)鋼中的共存元素的種類及上述元素的含量以及S的含量，鋼中的S基本上以Mn系硫化物、Cr系硫化物、Fe系硫化物、上述硫化物的復(fù)合硫化物及與氧化物復(fù)合的復(fù)合非金屬夾雜物等非金屬夾雜物的形態(tài)析出。雖然在程度上有所差別，但是這些含有S的非金屬夾雜物均起到作為腐蝕的起點(diǎn)的作用。因此，對于鈍化皮膜的維持及鋼材腐蝕抑制功能的維持來說，S都是有害的。在通常的批量生產(chǎn)的鋼中，S的含量為超過0. 005%而在0. 008以下，但是為了防止上述的有害的影響，在本發(fā)明的鋼中，將S的含量減少至0.003%以下。較理想的是S的含量為0.002%以下，最理想的是S的含量為小于0. 001%,越低越好。另外，要在工業(yè)批量生產(chǎn)水平下使S的含量小于0. 001 %，如果利用現(xiàn)有的精煉技術(shù)，僅會稍稍提聞制造成本，很容易實(shí)現(xiàn)。Cr 25. 0% 以 h 日小于 28. 0%Cr是鈍化皮膜的主要的構(gòu)成元素之一，因此，在確保耐腐蝕性方面是較重要的元素。在Cr的含量過少的情況下，耐腐蝕性會降低。因而，使其含量為25.0%以上。另一方面，由于Cr是鐵素體的形成元素，因此若Cr的含量為28. 0%以上，則無論如何調(diào)整其他的合金成分，奧氏體相也會呈現(xiàn)出不穩(wěn)定性，因此難以穩(wěn)定地獲得雙相組織。另外，還有可能會產(chǎn)生不銹鋼易于受到焊接熱的影響而使焊接部的硬度過高、在熱加工中產(chǎn)生由鐵素體晶粒的不均勻變形引起的起壟(ridging)等問題。因而,使Cr的含量為25. 0%以上且小于28.0%。優(yōu)選Cr的含量為26. 0%以上且小于28. 0%。Ni :6. 0% 10. 0Ni是奧氏體的形成元素。為了穩(wěn)定地獲得耐堿性優(yōu)異且加工性優(yōu)異的雙相組織，使Ni的含量為6. 0%以上。但是，若含有過量的Ni，則難以制造，并且，針對高溫濃縮堿的耐受性反而會降低。因而，將Ni的含量的上限設(shè)為10.0%。優(yōu)選Ni的含量的范圍為6.0% 9. 5%。
N :小于 0. 5%N作為奧氏體的形成元素，對調(diào)整奧氏體相的平衡是有效的。另外，N也有助于提高耐腐蝕性。但是，若過量地含有N，則有可能會因在焊接時產(chǎn)生氣泡或產(chǎn)生氮化物而使加工性變差。因而，使N的含量為小于0.5%，對N的含量的下限并沒有特別限定。從穩(wěn)定地獲得通過含有N而獲得的上述的效果的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使N的含量為大于0. 30%。Mo :0. 2% 3. 5%Mo是鐵素體的形成元素，是在雙相不銹鋼中改善耐腐蝕性、特別是改善耐點(diǎn)腐蝕性的合金成分。因而，使Mo的含量為0. 2%以上。但是，若過量地含有Mo，則難以回避O相等金屬間化合物的析出。若金屬間化合物析出，則鋼的脆化明顯化，其結(jié)果，有可能會產(chǎn)生難以生產(chǎn)、耐腐蝕性在焊接部顯著降低等問題。因而，將Mo的含量的上限設(shè)為3. 5%以下。優(yōu)選Mo的含量的范圍為0.5% 3.0%。ff :3. 0% 以下W與Mo相同，具有改善耐腐蝕性的效果。從穩(wěn)定地獲得通過含有W而獲得的效果的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選含有0. 1%以上的W。但是，若過量地含有Mo，則有可能會產(chǎn)生加工性變差、不銹鋼易于受到焊接熱的影響而 使焊接部的硬度過高等問題。因而，將Mo的含量的上限設(shè)為3. 0%。從使耐腐蝕性與加工性高度并存的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使W的含量與Mo的含量的合計含量為1.0% 5.0%。上述元素以外的成分為Fe及雜質(zhì)。在此，雜質(zhì)是指在鋼的生產(chǎn)中不可避免地混入的元素。若對這種雜質(zhì)進(jìn)行舉例說明，則可舉出A1、0等。若舉一個Al、0的含量范圍的例子，則為Al (酸溶性Al) :0. 025%以下、0 (鋼中總氧濃度)0. 010%以下。2.金相組織本發(fā)明的不銹鋼是雙相不銹鋼，因此其由鐵素體相與奧氏體相組成。在堿環(huán)境中，奧氏體相優(yōu)先于鐵素體相而被腐蝕，因此，從提高耐堿性、特別是提高針對高溫濃縮堿溶液的耐腐蝕性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使奧氏體相的含量(單位質(zhì)量％)較少，使鐵素體相的含量(單位質(zhì)量％，在本發(fā)明中也稱為“鐵素體量”)較多。在鐵素體量過少的情況下，通過腐蝕奧氏體相，會使殘留的鐵素體相脫落，從而發(fā)生大規(guī)模的腐蝕。因而，優(yōu)選鐵素體量為40質(zhì)量％以上。更優(yōu)選鐵素體量為43質(zhì)量％以上。另外，鐵素體量可以使用公知的測量裝置進(jìn)行測量。從獲得優(yōu)異的耐腐蝕性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選存在于雙相不銹鋼中的表面與距表面0. 5mm的深度的位置之間的區(qū)域(在本發(fā)明中也稱為“表面部”)的鐵素體相的數(shù)量(在本發(fā)明中也稱為“鐵素體相數(shù)”)為15以上。以不銹鋼板的情況為例說明該鐵素體相數(shù)的測量方法。以可獲得包含不銹鋼板的厚度方向與軋制縱向在內(nèi)的截面的方式切割不銹鋼板。另外，在本發(fā)明中，也將包含不銹鋼中的厚度方向與軋制縱向在內(nèi)的截面稱為“軋制縱截面”，該不銹鋼是通過實(shí)施包含軋制工序在內(nèi)的加工而獲得的。進(jìn)一步切割所得的具有軋制縱截面的不銹鋼板，從而獲得在表面部包含軋制縱截面的觀察試樣。對所得的觀察試樣進(jìn)行將其嵌入樹脂中等的預(yù)處理，然后，利用公知的方法對表面部的軋制縱截面進(jìn)行研磨及蝕刻，從而使該軋制縱截面能夠被觀察(以下，將該可進(jìn)行觀察的表面部的軋制縱截面稱為“觀察面”)。選擇該觀察面上的、鋼板的表面的任意一點(diǎn)作為測量起點(diǎn)。將在鋼板的厚度方向上從該測量起點(diǎn)向中心側(cè)移動了 0. 5mm的點(diǎn)設(shè)為測量終點(diǎn)。將連結(jié)測量起點(diǎn)與測量終點(diǎn)的線設(shè)定為測量線，測量該測量線穿過的鐵素體相的數(shù)量，并將其作為鐵素體相數(shù)。將該鐵素體相數(shù)是否為15以上作為判斷鋼板是否具有優(yōu)異的耐腐蝕性的判斷標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，使用電子顯微鏡，例如以400倍的觀察倍率沿厚度方向連續(xù)觀察該觀察面，通過將所得的多個觀察圖像連結(jié)起來，準(zhǔn)備好包含表面部的截面在內(nèi)的圖像?？梢栽谠搱D像上設(shè)定任意的測量起點(diǎn)，并利用上述的方法求得鐵素體相數(shù)。另外，也可以在一個觀察面上設(shè)定多個測量起點(diǎn)，從該觀察面求得多個鐵素體相數(shù)，并計算其平均值。從進(jìn)一步提高測量結(jié)果的可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，也可以在每個觀察面上設(shè)定5根以上的不同的測量線，在這些測量線上求得5個以上的鐵素體相數(shù)，刪除其中的最小值及最大值，計算剩下的3個以上的鐵素體相數(shù)的算數(shù)平均值。另外，奧氏體相較小，在奧氏體相被腐蝕時對鐵素體相造成的影響較小。因而，優(yōu)選奧氏體相的形狀如下在不銹鋼板的軋制縱截面上觀察到的奧氏體晶粒的平均長軸直徑為350 y m以下。對不銹鋼的奧氏體晶粒的平均長軸直徑的測量方法并沒有特別限定。若列舉不銹鋼板的測量方法的一例，則為如下所述。使用電子顯微鏡，例如以200倍的倍率觀察由上述的方法所得的軋制縱截面的觀察面的一部分，在一個觀察視野中，測量至少5個以上的奧氏體晶粒的長軸直徑。在測量得到的5個以上的長軸數(shù)據(jù)中，去除最小值與最大值，計算剩下的數(shù)據(jù)(3個以上)的算數(shù)平均值，并將該算數(shù)平均值作為奧氏體晶粒的平均長軸直徑。從進(jìn)一步提高平均長軸直徑的數(shù)據(jù)的可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，也可以對一個鋼板準(zhǔn)備多個軋制縱截面，通過觀察從這些軋制縱截面獲得到的觀察面，獲得多個平均長軸直徑的測量結(jié)果，然后對上述測量結(jié)果取算術(shù)平均，并將該算數(shù)平均值作為該鋼板的平均長軸直徑。3.制誥方法本發(fā)明的不銹鋼只要具有上述的成分上的特征，則通過實(shí)施作為不銹鋼的制造方 法的通常所進(jìn)行的制造方法，就能夠獲得耐堿性優(yōu)異、特別是針對高溫濃縮堿溶液的耐腐蝕性優(yōu)異、并且焊接性也優(yōu)異(即使是焊接時受熱也不會過度硬化)的雙相不銹鋼。其中，若采用以下所述的制造方法，則能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定地獲得具有上述的金相組織上的優(yōu)選的特征的不銹鋼板。( I)焙煉對熔煉并沒有特別限定。基于公知技術(shù)，例如使用真空感應(yīng)溶解爐等溶解材料，熔煉出具有所期望的鋼成分的不銹鋼即可。(2)鍛造對由熔煉得到的不銹鋼的鋼水構(gòu)成的鋼原材料進(jìn)行鍛造。該鋼原材料可以從熔煉過程直接進(jìn)入鍛造過程，也可以將熔煉得到的不銹鋼暫時冷卻為規(guī)定的形狀，之后進(jìn)行加熱再對其進(jìn)行鍛造。從提高所生產(chǎn)的不銹鋼板中的鐵素體相的體積率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使鍛造溫度高于1200°C。對鍛造的加工度并沒有特別限定。在加工度較大，并且各向同性地進(jìn)行加工的情況下，由于奧氏體相的形狀較小，并且呈等粒狀，因此易于使軋制縱截面的奧氏體晶粒的平均長軸直徑為350 以下，因此優(yōu)選鍛造的加工度較大，并且各向相同地進(jìn)行加工。(3)熱軋從提高鐵素體相的體積率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選提高熱軋的加熱溫度，具體而言，優(yōu)選使熱軋的加熱溫度高于1200°C。優(yōu)選采用以下軋制方法關(guān)于軋制的方向，在最初的加熱(第I次加熱)中，在完成時(軋制工序結(jié)束時)以不銹鋼的寬度所在的方向?yàn)橹饕由旆较虻姆绞杰堉撇讳P鋼，之后將不銹鋼旋轉(zhuǎn)90度對其進(jìn)行軋制(以下，也將該方法稱為“第I次加熱交叉軋制”)。由于在完成時在寬度所在的方向上也實(shí)施了軋制加工，因此能夠縮短完成后的奧氏體晶粒的長軸直徑。從提高鐵素體相的體積率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使精軋前的再加熱溫度為1100°C以上。(4)冷乳、固溶熱處理
根據(jù)需要，也可以對熱乳后的鋼板進(jìn)行冷乳。通過在冷乳中在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行加工，能夠在鋼板中賦予加工應(yīng)變。利用該冷軋所施加的加工應(yīng)變會在之后的固溶熱處理工序中成為再結(jié)晶的核，從而能夠使結(jié)晶粒微細(xì)化，作為結(jié)果，能夠縮短奧氏體晶粒的長軸直徑。對固溶熱處理的條件并沒有特別限定，但是從提高鐵素體相的體積率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選提高其處理溫度。實(shí)施例實(shí)施例I以下，表示調(diào)查了鋼成分對耐腐蝕性及焊接性(硬度變化)造成的影響而得到的結(jié)果。利用真空感應(yīng)溶解爐熔煉150kg具有表I所示的成分(單位質(zhì)量％、余量Fe及不可避免的雜質(zhì))的不銹鋼，將其加熱至1250°C之后，利用熱鍛加工為80mm厚的鑄錠。接著，通過實(shí)施3次加熱的熱軋(無第I次加熱交叉軋制)制作成壁厚為IOmm的鋼板。另外，在熱軋加工中鋼材溫度為950°C以下的情況下，將其再加熱至1150°C。之后，實(shí)施固溶熱處理(以1120°C加熱25分鐘，之后，進(jìn)行水冷)，切下規(guī)定尺寸的試驗(yàn)片并進(jìn)行腐蝕試驗(yàn) 焊接性試驗(yàn)等。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種雙相不銹鋼，其中， 該雙相不銹鋼用于耐堿性用途，具有如下的化學(xué)組成以質(zhì)量％計含有c 0. 03%以下、Si :0. 5%以下、Mn :2. 0%以下、P :0. 04%以下、S :0. 003%以下、Cr :25. 0%以上且小于28. 0%, Ni :6. 0%~ 10. 0%, Mo :0. 2%~ 3. 5%, N :小于 0. 5% 以及 W :3. 0% 以下，余量由Fe及雜質(zhì)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙相不銹鋼，其特征在于， 上述雙相不銹鋼中的鐵素體量為40質(zhì)量％以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I 2中任一項(xiàng)所述的雙相不銹鋼，其特征在于， 存在于上述雙相不銹鋼中的表面與距表面0. 5mm的深度的位置之間的區(qū)域的鐵素體相的數(shù)量為15以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的雙相不銹鋼，其特征在于， 上述雙相不銹鋼是軋制而成的，該雙相不銹鋼的軋制縱截面的奧氏體晶粒的平均長軸粒徑為350iim以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙相不銹鋼，其作為耐堿性優(yōu)異、特別是針對高溫濃縮堿溶液的耐腐蝕性優(yōu)異、并且焊接性優(yōu)異的雙相不銹鋼，具有如下的化學(xué)組成以質(zhì)量％計含有C0.03％以下、Si0.5％以下、Mn2.0％以下、P0.04％以下、S0.003％以下、Cr25.0％以上且小于28.0％、Ni6.0％～10.0％、Mo0.2％～3.5％、N小于0.5％以及W3.0％以下，余量由Fe及雜質(zhì)組成。
文檔編號C22C38/00GK102712971SQ20108005761
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者上仲秀哉, 今村淳子, 吉田修二, 山出善章, 樋口淳一 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社