一种双相不锈钢及其制造方法[发明专利]

[12]发明专利申请公布说明书

[21]申请号200810079771.9

[51]Int.CI.

C22C 38/58 (2006.01)C21C 5/52 (2006.01)C21C 7/04 (2006.01)C21D 8/02 (2006.01)

[43]公开日2009年4月8日[22]申请日2008.11.08[21]申请号200810079771.9

[71]申请人山西太钢不锈钢股份有限公司

地址030003山西省太原市尖草坪街2号[72]发明人李国平 范新智 李志斌 李俊 张建国

张威

[11]公开号CN 101403077A

[74]专利代理机构太原市科瑞达专利代理有限公司

代理人王思俊

B22D 11/16 (2006.01)B22D 11/22 (2006.01)

权利要求书 3 页 说明书 7 页

[54]发明名称

一种双相不锈钢及其制造方法

[57]摘要

一种双相不锈钢及其制造方法，不锈钢的化学成分为：C：0.010％～0.030％；Si：0.20％～1.00％；Mn：4.0％～6.0％；P：0.010％～0.040％；S：0.001％～0.020％；Cr：21.0％～22.0％；Ni：1.35％～1.70％；Mo：0.10％～0.60％；Cu：0.10％～0.60％；N：0.20％～0.25％。制造方法包括下述步骤：兑钢：把不锈钢母液倒入AOD炉；脱碳：脱到碳含量为0.15％～0.20％；还原：对钢水进行还原和脱硫(四)扒渣、调渣、调整钢水成分，钢水的成分达到时要求时出钢；出钢：在出钢过程中加入硼铁与铝饼；喂线：喂入硅钙线；调整钢水温度并进行夹杂物控制；连铸；中板轧制；中板热处理、酸洗。本双相不锈钢制造方法成本低，制的不锈钢强度高。

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权 利 要 求 书

第1/3页

1、一种双相不锈钢，其化学成分的重量百分配比为：

C：0.010％～0.030％    Si：0.20％～1.00％    Mn：4.0％～6.0％ P：0.010％～0.040％    S：0.001％～0.020％   Cr：21.0％～22.0％ Ni：1.35％～1.70％     Mo：0.10％～0.60％    Cu：0.10％～0.60％ N：0.20％～0.25％，其余为Fe与不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述的双相不锈钢，其特征是它的化学成分的重量百分配比为：

C：0.015％～0.024％    Si：0.30％～0.60％    Mn：4.5％～5.5％ P：0.010％～0.030％    S：0.001％～0.005％   Cr：21.0％～22.0％ Ni：1.35％～1.70％     Mo：0.15％～0.35％    Cu：0.10％～0.30％ N：0.20％～0.25％

其余为Fe与不可避免的杂质。

3、根据权利要求2所述的双相不锈钢，其特征是它的化学成分的重量百分配比为：

C：0.017％  Si：0.52％  Cr：21.63％  Ni：1.44％  N：0.24％  Mn：4.66％ P：0.026％  S：0.001％  Cu：0.21％   Mo：0.20％ 其余为Fe与不可避免的杂质。

4、一种双相不锈钢的制造方法，它包括下述依次的步骤： I兑钢

把电炉熔化好的不锈钢母液兑入AOD炉内，不锈钢母液成分要求为： C：1.2％～2.5％  Si≤0.20％  Mn≤0.10％  P≤0.040％  S≤0.035％Cr：19.0％～22.0％  Ni≤1.70％  Mo≤0.60％  Cu：0.10％～0.60％，其余为Fe与不可避免的杂质，温度要求为1400～1500℃； II脱碳

顶吹氧气进行脱碳，为加快反应，AOD底吹氮气进行搅拌，脱碳过程中加入石灰100～150Kg/t钢及白云石25～40Kg/t钢，比较所兑钢水铬含量与规定铬含量21.0～22.0％，当铬含量小于21.5％时，加入高碳铬铁；当铬含量大于22.0％，钢水还原后加入碳钢进行稀释；

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200810079771.9权 利 要 求 书 第2/3页

根据兑钢时钢水碳含量及行业里通用的计算机模拟计算，确定吹氧量；根据计算机在线对碳含量的模拟计算，当碳含量为0.15～0.2％时，停止顶吹氧；当碳含量为0.04～0.08％时，测量钢水温度，取样分析，对碳含量进行确认；

根据取样分析的结果及计算机在线连续模拟计算，调整氧化后期的吹氧量，进行吹氧脱碳；当模拟计算碳含量小于0.03％时，取样分析，对碳含量进行确认，碳含量达到要求后，进行下一步操作； III还原

AOD炉内加入硅铁40～50Kg/t钢，石灰20～30Kg/t钢、萤石10～20Kg/t，对钢水进行还原和脱硫，此时继续侧吹氮气； IV扒渣、调渣、调整钢水成分

还原后进行扒渣，并加入铝粉0.4～0.6Kg/t钢，调整炉渣，测量钢水温度，并取样分析钢水中合金元素的含量，根据化验结果，通过加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁及金属镍来调整钢水成分的达到下述要求：

Si：0.20％～1.00％    Mn 4.0％～6.0％    Cr 21.0％～22.0％ Ni 1.35％～1.70％     Mo：0.10％～0.60％；

调整钢水成分后，从AOD炉的底部吹入氩气，去除钢中多余的氮，并使钢中保留所需要的氮含量，吹氩量为2.1～2.8m/t钢；吹氩完成后取样分析，钢水成分的达到下述要求时立即出钢：

C：0.010％～0.030％  Si：0.20％～1.00％  Mn：4.0％～6.0％  P：0.010％～0.040％  S：0.001％～0.020％  Cr：21.0％～22.0％  Ni：1.35％～1.70％Mo：0.10％～0.60％  Cu：0.10％～0.60％  N：0.20％～0.25％，其余为Fe与不可避免的杂质； V出钢

出钢时，把钢水从AOD炉倒入烘烤好的钢包，出钢量达到总钢水量1/3时，一次性向钢包内加入硼铁0.4～0.5Kg/t，加入铝饼0.4～0.5Kg/t；出钢后测量钢水的温度和渣层厚度，钢水的温度控制为1570～1600℃，钢包内渣层的厚度控制为180～300mm；V VI VII VIII VI喂线

根据钢水重量喂入硅钙线，喂入量为钢水量的0.05～0.2％； VII调整钢水温度并进行夹杂物控制

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200810079771.9权 利 要 求 书 第3/3页

喂线后，钢包低吹氩50～120L/min强搅拌，根据钢水温度控制强搅拌时间不小于8min，强搅拌后，对钢水进行弱搅拌，氩气量小于35L/min，搅拌时间大于5min；钢水温度达到1525～1535℃时，钢包吊往连铸工序； VIII连铸

钢水到达连铸平台在钢包取成品分析，钢水成分达下述要求时，进行连铸：

C：0.010％～0.030％  Si：0.20％～1.00％  Mn：4.0％～6.0％  P：0.010％～0.040％  S：0.001％～0.020％  Cr：21.0％～22.0％  Ni：1.35％～1.70％Mo：0.10％～0.60％  Cu：0.10％～0.60％  N：0.20％～0.25％，其余为Fe与不可避免的杂质；

连铸中间钢包中钢水温度控制为1470～1490℃，拉速为0.75m/min；结晶器冷却水量如下：窄面冷却水为300L/min，宽面冷却水为2300L/min；二次冷却水量为0.85Kg/L；

连铸最后10分钟需要缓慢降低拉速，中包钢水浇注完毕后，连铸进行封顶操作。

5、根据权利要求4所述的双相不锈钢的制造方法，其特征是在步骤VIII连铸后，将铸坯加热进行中板轧制，冷却后表面酸洗； 铸坯加热温度1260～1290℃，驻炉时间180～220min； 中板热处理980～1080℃，驻炉时间：3～5min/mm。

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说 明 书

一种双相不锈钢及其制造方法

第1/7页

技术领域

本发明涉及一种双相不锈钢及其制造方法。背景技术

双相不锈钢指的是室温组织中奥氏体与铁素体共存的不锈钢，一般的比例接近1∶1，该类钢种具有高强度(其屈服强度一般为奥氏体不锈钢的两倍)、良好的耐Cl点蚀、耐应力腐蚀及焊接性能等突出优点，在石油化工、制盐、水工、造船、民用等领域得到广泛使用。由于在成分设计中采用了以Mn、N代Ni的思路，因而与普通奥氏体不锈钢及超级奥氏体不锈钢相比，钢中Ni的含量明显降低，制造成本降低，属资源节约型钢种。 目前，以ASTM A240/A240M中S2304、S31803、S32750为代表的双相不锈钢得到了成功应用，与316L相比，节约了Ni，在耐应力腐蚀、耐Cl点蚀的性能方面，尤为突出。但由于含有4-7％的Ni、3-4％的Mo，因此制造成本较高。发明内容

本发明的宗旨是在保持现有双相不锈钢独特优点的同时，克服现有双相不锈钢及其制造方法的上述不足，提供一种成本较低的双相不锈钢，同时提供降低成本的双相不锈钢的冶炼方法。

本发明的技术方案是通过确定钢中Cr、Mn、Ni、N等主要元素的成分以及相关的工艺措施，实现TDS2101(企标)板材的制造。主要包括冶炼过程利用气体进行N合金化的方法、连铸过程的参数、铸坯的热加工方法、板材的热处理工艺。

本发明提供的TDS2101双相不锈钢的化学成分的重量百分配比为： C：0.010％～0.030％    Si：0.20％～1.00％    Mn：4.0％～6.0％ P：0.010％～0.040％    S：0.001％～0.020％   Cr：21.0％～22.0％ Ni：1.35％～1.70％     Mo：0.10％～0.60％    Cu：0.10％～0.60％ N：0.20％～0.25％    其余为Fe与不可避免的杂质。

本发明提供的TDS2101双相不锈钢的较佳化学成分的重量百分配比为：

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200810079771.9说 明 书 第2/7页

C：0.015％～0.024％    Si：0.30％～0.60％   Mn：4.5％～5.5％ P：0.010％～0.030％    S：0.001％～0.005％  Cr：21.0％～22.0％ Ni：1.35％～1.70％     Mo：0.15％～0.35％   Cu：0.10％～0.30％ N：0.20％～0.25％

其余为Fe与不可避免的杂质。

本TDS2101双相不锈钢的冶炼方法包括下述依次的步骤： (一)、兑钢

把电炉熔化好的不锈钢母液兑入一座空AOD炉内。不锈钢母液成分的重量百分配比满足下述要求：

C：1.2％～2.5％     Si≤0.20％    Mn≤1.00％    P≤0.040％    S≤0.035％ Cr：19.0％～22.0％  Ni≤1.70％    Mo≤0.60％    Cu：0.10％～0.60％ 其余为Fe与不可避免的杂质；温度要求不低于1400℃。 (二)、脱碳

顶吹氧气进行脱碳，为加快反应，AOD底吹氮气进行搅拌。脱碳过程中向炉内加入石灰100～150Kg/t钢与白云石25～40Kg/t钢，比较所兑钢水铬含量与规定铬含量(21.0％～22.0％)，当铬含量小于21.5％时，加入高碳铬铁；当铬含量大于22.0％，钢水还原后加入碳钢进行稀释。

根据兑钢时钢水碳含量及行业里通用的计算机模拟计算，确定吹氧量，根据计算机在线对碳含量的模拟计算，当碳含量为0.15％～0.2％时，停止顶吹氧，继续侧吹氧气与氮气，并测量钢水温度，取样分析钢中碳含量。 根据取样分析的结果及计算机在线连续模拟计算，调整氧化后期的吹氧量，进行吹氧脱碳；当模拟计算的碳含量0.04％～0.08％时，取样分析实际的碳含量，以调整吹氧量。当模拟计算碳含量小于0.03％时，取样分析，对碳含量进行确认。碳含量达到要求后，进行下一步操作。 (三)、还原

AOD炉内加入硅铁40Kg/t钢～50Kg/t钢、石灰20Kg/t钢～30Kg/t钢与萤石10Kg/t钢～20Kg/t对钢水进行还原和脱硫，此时继续侧吹氮气； (四)、扒渣、调渣、调整钢水成分

还原后进行扒渣，并加入铝粉0.4Kg/t钢～0.6Kg/t钢，调整炉渣，测量钢水温度，并取样分析钢水中合金元素的含量，根据化验结果，通过加入硅铁、锰铁、钼铁、铬铁及金属镍来调整钢水中Si、Mn、Mo、Cr、Ni的

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成分达下述要求：

Si：0.20％～1.00％    Mn 4.0％～6.0％  Cr 21.0％～22.0％ Ni 1.35％～1.70％     Mo：0.10％～0.60％。

调整钢水成分后，从AOD炉的底部吹入氩气，吹氩的作用是去除钢中多余的氮，并使钢中保留所需要的氮含量，吹氩量为2.1～2.8m/t钢。吹氩完成后取样分析，钢水成分的重量百分配比达到下述要求时立即出钢： C：0.010％～0.030％    Si：0.20％～1.00％     Mn：4.0％～6.0％ P：0.010％～0.040％    S：0.001％～0.020％    Cr：21.0％～22.0％ Ni：1.35％～1.70％     Mo：0.10％～0.60％     Cu：0.10％～0.60％ N：0.20％～0.25％，其余为Fe与不可避免的杂质。 (五)、出钢

出钢时，把钢水从AOD炉倒入烘烤好的钢包(要求钢包温度大于900℃)，出钢量达到总钢水量1/3时，一次性向钢包内加入硼铁0.4～0.5Kg/t并加入铝饼0.4～0.5Kg/t。出钢后测量钢水的温度和渣层厚度，钢水的温度控制为1570～1600℃，钢包内渣层的厚度控制为180～300mm。 (六)、喂线

根据钢水重量喂入硅钙线，喂入量为钢水量的0.05～0.2％。 (七)、调整钢水温度并进行夹杂物控制

为了进行夹杂物控制，喂线后，钢包低吹氩50～120L/min强搅拌，根据钢水温度控制强搅拌时间不小于8min，一般8～13min，强搅拌后，对钢水进行弱搅拌，氩气量小于35L/min，一般10～35L/min，搅拌时间大于5min，一般5～10min。钢水温度达到1525～1535℃时，钢包吊往连铸工序。

(八)、连铸

因为在第(六)步喂入硅钙线，钢中Si的成分将增加0.05～0.10％，因此钢水到达连铸平台在钢包取成品样分析，钢水成分的重量百分配比达下述要求时，进行连铸：

C：0.010％～0.030％    Si：0.20％～1.00％     Mn：4.0％～6.0％ P：0.010％～0.040％    S：0.001％～0.020％    Cr：21.0％～22.0％ Ni：1.35％～1.70％     Mo：0.10％～0.60％     Cu：0.10％～0.60％ N：0.20％～0.25％，其余为Fe与不可避免的杂质。

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200810079771.9说 明 书 第4/7页

连铸中间钢包中钢水温度一般控制为1470～1490℃，铸坯规格为180×1238×2000mm，拉速为0.75m/min；结晶器冷却水量如下：窄面冷却水为300L/min，宽面冷却水为2300L/min；二次冷却水量为0.85Kg/L。 为了保证铸坯的质量，连铸最后10min需要缓慢降低拉速，中包钢水浇注完毕后，连铸进行封顶操作。 (九)、中板轧制

铸坯在以高焦混合煤气为介质的步进式加热炉加热温度1240～1260℃，驻炉时间180～220min，轧制成中板。

(十)、中板热处理：  钢板加热温度980～1080℃，驻炉时间3～5min/mm，出炉冷却，一般为水冷。

(十一)表面酸洗，酸洗工艺参数见表1： 表1 温度，℃

H2SO4混酸

40-5530-40

浓度，g/l

H2SO4：150-250、Fe2+≤80HNO3：150-280、HF：30-80

酸洗速度：3～5m/min

本发明通过确定合理的控氮模型，在对钢水进行氮气合金化时，氮含量在2000～2500ppm之间得到准确控制，操作简单有效。由于氮是强烈形成奥氏体的元素，增加钢中氮含量，也可以节省价格昂贵的金属镍，采用了Mn、N代Ni，降低Ni、Mo含量，降低了制造成本。通过对钢水脱氧、脱硫及吹氩搅拌，使钢中全氧含量小于30ppm，硫含量小于30ppm，有效的控制了夹杂物尺寸，铸坯夹杂物尺寸均小于25μm。通过采取合理的热处理制度，中板室温组织中，奥氏体与铁素体的比例接近1∶1，因此具有高强度的特点，其耐蚀性与304L、316L相当，在建筑、造船、海水淡化、罐箱等领域具有广泛的使用前景。 具体实施方式

下面结合实施例详细说明TDS2101双相不锈钢及其冶炼方法的具体实施方式，但本发明的双相不锈钢及其冶炼方法的具体实施方式不局限于下述的实施例。 实施例

本实施例用AOD炉，该炉的容积为45吨，处理前钢水的重量为41.4

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吨，钢水的温度为1450℃，钢水成分的重量百分配比如下：

C：2.10％    Si：0.20％    Cr：21.00％    Ni：0.88％    Mn：0.80％ Cu：0.23％   Mo：0.18％    P：0.028％     S：0.030％， 其余为Fe与不可避免的杂质。

本双相不锈钢的冶炼方法的实施例的步骤如下：

8:10把电炉熔化的钢水41.4吨兑入AOD炉，钢水温度1450℃，开始顶吹氧气，并且底侧吹氮气，进行脱碳，在吹氧过程中加入高碳铬铁2000kg(铬含量为67％，碳含量为6.8％)、石灰5000kg及白云石1400kg； 8:33根据计算机在线模拟计算，当碳含量为0.18％时停止顶吹氧，继续侧吹氧氮；

9:00计算机在线模拟计算碳含量为0.07％，测量钢水的温度为1707℃，取样分析钢水中碳的含量为0.09％，碳含量偏高，继续侧吹氧气与氮气； 9:30根据计算机在线模型分析，钢中碳含量为0.06％，取样分析钢中碳含量为0.05％。

9:50根据计算机模拟计算钢中碳的含量为0.015％，取样分析钢水中碳含量为0.013％，其碳含量达到要求，停止吹氧，继续底吹氮气； 9:57加入金属锰1900Kg(锰含量97％)，5min后加入硅铁2000kg、石灰1000kg与萤石600kg进行还原，继续底吹氮气；

10:12测量钢水的温度为1678℃，取样分析钢水成分的重量百分配比达下述要求：

C：0.013％  Si：0.11％   Cr：21.66％  Ni：0.78％  N：0.28％  Mn：4.72％ P：0.026％  S：0.0010％  Cu：0.21％   Mo：0.16％  其余为Fe与不可避免的杂质。

加入铝粉20kg调渣，随后进行扒渣；

10:18根据钢水成分要求，补加250kg硅铁(硅含量75％)、300kg镍板(镍含量99.9％)与30kg钼铁(钼含量67％)。补加合金10分钟后，取样分析钢水成分，钢水成分的重量百分配比如下：

C：0.016％  Si：0.47％  Cr：21.60％  Ni：1.43％  N：0.24％  Mn：4.74％ P：0.026％  S：0.001％  Cu：0.21％   Mo：0.20％    其余为Fe与不可避免的杂质。

10:30测量钢水的温度为1620℃，底吹氮气改为底吹氩气，吹氩105m

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后，出钢；出到钢包中的钢水为总纲水量的1/3时，一次性向钢包中加入20Kg硼铁，20Kg铝饼。

10:35测量钢水的温度为1590℃，钢包中炉渣厚度为250mm，取样对钢水成分进行确认，钢水成分的重量百分配比如下：

C：0.017％  Si：0.46％  Cr：21.62％  Ni：1.43％  N：0.24％  Mn：4.70％ P：0.026％  S：0.001％  Cu：0.21％   Mo：0.20％  其余为Fe与不可避免的杂质。

成分满足要求，钢水到达吹氩站进行精炼操作。

10:42吹氩站测量钢水的温度为1580℃，根据钢水的重量为45.4吨，喂入225m硅钙线，喂线后钢包底吹氩气强搅拌10分钟，氩气流量为200L/min，

10:53测量钢水的温度为1535℃，控制氩气流量20L/mi～100L/min搅拌，5分钟后测量钢水的温度为1530℃，钢包吊到连铸平台，准备浇注； 10:58钢包到达连铸平台，取钢水样分析，钢水成分的重量百分配比如下：

C：0.017％  Si：0.52％  Cr：21.63％  Ni：1.44％  N：0.24％  Mn：4.66％ P：0.026％  S：0.001％  Cu：0.21％   Mo：0.20％  其余为Fe与不可避免的杂质。

11:08连铸大包开浇，连铸中间包钢水达到14吨时中间包开浇，中间包开始浇注后50秒钟结晶器内加入50kg起注渣，铸坯规格为180×1238×2000mm，窄面冷却水为300L/min，宽面冷却水为2300L/min；二次冷却水量为0.85Kg/L。

连铸中间包温度为1470℃，拉速为0.75m/min；

11:34为了保证铸坯的质量，拉速从0.75m/min降低到0.4m/min，10min后中包浇注完毕，连铸进行封顶操作。

厚度为180mm铸坯经过20～25#砂轮表面修磨后，在以高焦混合煤气为介质的步进式加热炉加热后进行中板轧制。 铸坯加热温度1250～1290℃，驻炉时间180min 中板规格：12mm

中板热处理：在以高焦混合煤气为介质的连续热处理炉内完成，加热温度1020～1080℃，驻炉时间3min/mm，出炉水冷。

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200810079771.9说 明 书 第7/7页

表面酸洗：

温度，℃

HSO

2

4

浓度，g/l

HSO：150-250、Fe≤80

2

4

2+

40-5530-40

混酸HNO：150-280、HF：30-80

3

酸洗速度：4m/min

中板性能：Rp0.2＝510Mpa、Rm＝720Mpa、A＝40.0％、Z＝.0％、、HB＝229固溶非敏化晶界腐蚀(A262-E法)：无裂纹。

经上述的制作步骤，制成化学成分的重量百分配比如下的双相不锈钢板：

C：0.017％  Si：0.52％  Cr：21.63％  Ni：1.44％  N：0.24％  Mn：4.66％ P：0.026％  S：0.001％  Cu：0.21％   Mo：0.20％ 其余为Fe与不可避免的杂质。 外文注解

AOD炉：氩氧混合脱碳精炼炉，其结构与冶炼方法参见冶金工业出版社20年1月出版的《电弧炉炼钢工艺与设备》438页。

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