节约型双相不锈钢组织性能控制与制造技术

节约型双相不锈钢在提高强度、改善韧性、耐蚀性能及焊接性能等方面具有突出优点,可望广泛应用于核电、石化、造船、造纸、海水淡化等领域,成为一种性能优良又节约资源的结构材料。但是,由于缺乏对其热加工特性及合理加工工艺全面深入的了解,还未能实现大规模工业化生产节约型双相不锈钢。针对节约型双相不锈钢热塑性更差、热加工制备更困难等关键问题,分析了合金成分设计、热变形行为与热塑性控制、微观显微组织演变、热加工安全区预测及脆性相析出动力学规律等的研究进展,指出了突破节约型双相不锈钢工业化生产的关键工艺技术方向。     

经济型双相不锈钢的研发进展

 经济型双相不锈钢是一种高性能低成本的氮合金化不锈钢新材料,具有典型的铁素体-奥氏体双相组织。利用氮取代镍元素的奥氏体化作用,降低成本的同时获得优良的力学性能和耐腐蚀性能。介绍了经济型双相不锈钢的发展历史,重点讨论了合金元素和热处理对相变、力学性能和耐腐蚀性能的影响规律,并与304和316进行对比;同时,分析了经济型双相不锈钢焊接性能和焊接工艺的研究进展。经济型双相不锈钢S32101、S32003、S32202等,已用于核电、桥梁、建筑、热交换器等行业,取代传统奥氏体不锈钢AISI 304和316。由于经济型双相不锈钢具有高强度和优良耐蚀性,同时镍、钼等贵金属的含量都较低,已成为未来不锈钢发展的方向之一。     

S32760超级双相不锈钢冷轧板的组织和性能

设计及制备了2mm厚S32760超级双相不锈钢冷轧板。对国产及进口冷轧板的化学成分、常温力学性能、金相组织、杯突值、应变硬化指数、腐蚀性能及焊接性能进行了对比测试。结果表明,国产板材各项性能指标达到ASEMSA240标准及工程指标要求,与进口板材相当,可以替代进口产品用于相关设备的生产及制造。     

退火工艺对Nb-V微合金化双相钢组织性能的影响

为了进一步提升双相钢性能、探究Nb-V元素复合添加对双相钢组织性能的影响,在实验室研发了Nb-V微合金化的冷轧双相钢。利用连退模拟试验机、扫描电镜等设备,系统地研究了退火温度和过时效温度对双相钢组织性能的影响。结果表明,抗拉强度和伸长率随着退火温度的升高变化不大,屈服强度在组织中铁素体含量明显减少后有显著提升;Nb、V元素的添加细化了组织,可以提高综合性能。随着过时效温度的升高,试验钢主要组织由起初低温时的淬火马氏体+回火马氏体变为高温时的粒状贝氏体,残余奥氏体比例也逐渐增大。高温过时效时,试验钢强度的降低主要由回火马氏体的软化造成;低温过时效时,V析出量的增加也对试验钢的强化起到了重要作用。     

双相不锈钢2205的热加工性能研究

研究了双相不锈钢2205在1 000~1 200℃温度、应变速率0.01~30 s-1下压缩变形的热加工行为。讨论了该条件下的应力应变曲线的特征并根据sinh-Arrhenius方程计算了其形变激活能为519 KJ/mol。通过对试样的金相及TEM观察,讨论了双相不锈钢中的奥氏体相和铁素体相在热变形中的回复、再结晶机制。     

固溶处理对2205双相不锈钢组织及性能的影响规律研究

通过金相观察、定量相分析以及力学性能测试,研究了固溶处理工艺参数对热轧2205双相不锈钢显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:随固溶温度的提高,2205双相不锈钢热轧板的组织形态经过回复、再结晶,由纤维状逐步演变为等轴状,且铁素体含量也随之逐渐增加。经过系列温度固溶处理试验,确定加热温度1 075℃和保温时间10 min的固溶处理工艺,最终获得理想的显微组织和良好的综合力学性能。     

TMCP工艺轧制桥梁用不锈钢复合板的组织与性能

为了获得桥梁用不锈钢复合板良好的综合性能,采用控轧控冷(thermal mechanical control process,简称TMCP)工艺轧制了桥梁用不锈钢复合板316L+Q370qD,利用金相、扫描、拉伸、冲击、弯曲、剪切和晶间腐蚀等手段研究了该复合板的组织与性能。结果表明,316L+Q370qD桥梁用不锈钢复合板的界面实现了完全冶金结合,未发现孔洞、裂纹等缺陷以及大颗粒的析出物及氧化物夹杂等;复合板的屈服强度为421~446MPa,伸长率为24.0%~28.0%,-20℃纵向冲击吸收能量平均值为200J,180°内、外弯曲合格,平均剪切强度为412 MPa,复合板的各项力学性能均满足GB/T 8165—2008《不锈钢复合钢板和钢带》标准要求。按照GB/T 4334—2008方法 E进行晶间腐蚀试验,复层不锈钢316L未出现晶间腐蚀现象,具有良好的耐晶间腐蚀性能。     

双相不锈钢中厚板在线酸洗工艺研究进展

在卧式连续喷淋酸洗机组上,利用原设备和H2SO4+(HNO_3+HF)酸洗液技术酸洗双相不锈钢中厚板,酸洗后表面出现浅灰色、下表面辊印缺陷。针对这些缺陷,以S32205双相不锈钢板为代表牌号,论述一种两段式混酸(HNO_3+HF)液酸洗方法,开展了两段式混酸(HNO_3+HF)液酸洗方法的实验室、工业化工艺试验和研究,并对原卧式喷淋酸洗生产线进行了技术改造。应用两段式混酸(HNO_3+HF)液工艺技术酸洗S32205钢板,在预先酸洗工艺段,混酸液HNO_3质量浓度为180g/L、HF质量浓度为90g/L,混酸液温度为43℃;在最终酸洗工艺段,混酸液HNO_3质量浓度为265g/L、HF质量浓度为56g/L,混酸液温度为43℃,一次酸洗合格率达到95%以上。从技术上解决了双相不锈钢中厚板酸洗后表面出现的浅灰色、下表面辊印缺陷,酸洗后的钢板表面呈银白色,色泽均匀,满足了双相不锈钢板产品标准关于表面质量的要求。     

双相钢表面山峰纹问题分析与控制

在生产过程中,热镀锌双相钢表面出现明显的山峰纹缺陷,严重影响热镀锌双相钢产品的表面质量。缺陷处有漏镀、锌层不均和抑制层形成不良等特征,基板表层有脱碳及微裂纹、表层毛刺突起等现象。通过分析认为,基板表层微裂纹是造成热镀锌双相钢表面山峰纹的根本原因。采用低温快烧的加热制度,适当降低轧制温度,合理控制除鳞及酸洗工艺,降低热卷厚度以降低冷轧压下率,可有效控制冷轧板浅表层微裂纹的形成,从而有效解决热镀锌双相钢表面山峰纹问题。     

中国双相不锈钢的发展及研究进展

结合中国双相不锈钢发展的特点,从技术进步、产量增加、应用拓展、发展趋势等方面阐述其发展情况。跟随国际发展趋势,中国双相不锈钢经历了从第1代到第3代及经济型双相不锈钢的发展历程,特超级双相不锈钢的开发及应用也在积极探索中。中国双相不锈钢研发虽然起步晚,但在发展初期就与国际同步确立N合金化的现代双相不锈钢发展方向。中国双相不锈钢从业者一贯注重工艺改进和技术进步,在组织控制及性能提升、热塑性和析出相等多方面的研究及进步,特别是近年来在双相不锈钢组织及性能平衡调控、低温冲击韧性研究及提升性能方面的进展,将有力支撑中国双相不锈钢产量的增长及应用的拓展。伴随技术及市场形势的发展,中国双相不锈钢产量在2015—2021年得到快速增长,其中2021年的产量达到24.06万t。可以预见,中国双相不锈钢将在质量、产量、品种、应用等多方面得到进一步的发展。     

EAF+LF+VOD/VHD冶炼超级双相不锈钢工艺实践

介绍了抚钢超级双相不锈钢冶炼工艺流程,进行了VOD炉真空吹氧去碳、包底吹氮、二次造渣及喂线处理生产实践。研究表明,通过设定合理的吹氧、吹氮工艺,实现了低碳含量、准确氮含量的控制。通过在还原过程中调整合适的炉渣碱度,对钢液进行喂线处理,强化脱硫脱氧,从而改性夹杂物形貌,以确保钢液精准的化学成分及良好的纯净度控制,为热加工创造有利条件。     

310S耐热不锈钢热变形行为及热加工图

研究了310S耐热不锈钢在应变速率为0.01~30s-1、变形温度为1 000~1 200℃条件下的热变形行为和再结晶规律,计算出热变形激活能为564.25kJ/mol,建立了热变形方程和热加工图,并给出了310S热加工失稳区域。310S耐热不锈钢的热加工过程是软化和硬化竞争的过程,软化作用始终抵消不了加工硬化的作用,整个变形过程中流变应力一直增加,没有流变应力峰值现象。     

304不锈钢热(冷)轧板表面线缺陷

针对304不锈钢热轧板和冷轧板的表面线缺陷问题,通过对热轧板和冷轧板取样,使用扫描电镜和能谱仪观察了试样线缺陷表面,并进一步对冷轧板线缺陷的纵剖面进行了观察,分析了线缺陷的成因及形成机理。在热轧板线缺陷表面和冷轧板线缺陷纵剖面都发现了许多大尺寸的碳质颗粒,这些碳质颗粒来源于结晶器保护渣的卷入;位于连铸坯表面的碳质颗粒会导致热轧板表面线缺陷,酸洗无法消除这类表面缺陷问题;合格热轧板内的碳质颗粒易导致冷轧板的表面线缺陷。     

二氧化碳在钢铁冶金流程应用研究现状与展望

从二氧化碳在钢铁冶金流程的资源化应用出发,介绍了近年来二氧化碳在烧结、高炉、转炉、电炉、炉外精炼、连铸和冶炼不锈钢等流程的应用研究现状和发展情况。结合国内外应用研究现状和本课题组的研究情况,分析了二氧化碳在钢铁冶金各流程应用的可行性和冶金效果。主要介绍的新工艺有烟气循环烧结、高炉风口喷吹CO_2及CO_2作为高炉喷煤载气、转炉顶底吹CO_2、LF炉和电弧炉底吹CO_2、CO_2作为连铸保护气、CO_2用于冶炼不锈钢和循环CO_2燃烧。CO_2在钢铁冶金各流程的应用,合计使用量有望达到吨钢100kg,应用前景非常广阔。     

不锈钢喷粉吹氧法铁水脱磷工艺

为了满足生产超低磷钢的预脱磷要求,对不锈钢铁水脱磷工艺进行介绍。在45 t钢包中进行石灰喷粉+吹氧的工业试验,结果表明,在铁水脱硅期达到预期效果(铁水w([Si])≤0.1%)后,铁水脱磷期可实现平均脱磷率大于88%。根据试验数据,分别回归出脱硅期和脱磷期的脱磷率、磷分配比的计算公式。通过添加萤石能够获得较好的铁水脱磷效果,随着铁水硅含量变化,铁水温度、吨钢耗氧量、石灰消耗量、炉渣碱度的增加,铁水的脱磷率明显增加。炉渣w((TFe))的增加对铁水脱磷率的影响不显著。研究认为,目前采用的石灰喷粉+吹氧冶炼进行铁水脱磷处理是行之有效的不锈钢铁水脱磷方法。     

钨含量及固溶温度对022Cr25Ni7Mo3.5WCuN钢耐腐蚀性能的影响

研究了钨含量及固溶温度对超级双相不锈钢022Cr25Ni7Mo3.5WCuN耐点腐蚀性能的影响。通过化学浸泡失重法和电化学极化曲线法，测试了超级双相不锈钢022Cr25Ni7Mo3.5WCuN耐点腐蚀性能，并运用Thermo Calc热力学计算辅助分析。结果表明，固溶温度对超级双相不锈钢022Cr25Ni7Mo3.5WCuN耐点腐蚀性能影响效果显著，在1 100 ℃时，022Cr25Ni7Mo3.5WCuN 的耐腐蚀性能达到最佳；在理想的固溶条件下，钨元素有助于钝化膜的形成，钨含量的增加使得022Cr25Ni7Mo3.5WCuN的耐腐蚀性能增强，在钨质量分数为1.5%时，022Cr25Ni7Mo3.5WCuN获得最佳耐腐蚀性能，若钨含量继续增加，打破了α和γ两相的平衡，则耐蚀性能降低。     

NaCl+HCl溶液中Ce对双相不锈钢腐蚀行为的影响

为了研究酸性NaCl溶液中双相不锈钢的耐腐蚀性能,以含微量稀土Ce的UNS S31803双相不锈钢为研究对象,采用电化学阳极极化和交流阻抗相结合的方法测试其在NaCl + HCl混合溶液中的耐腐蚀性能。利用扫描电镜(SEM)观测腐蚀后的形貌特征,采用电子探针(EPMA)检测合金元素与杂质元素的分布特征,分析Ce元素的加入对双相不锈钢电化学腐蚀行为的影响机制。结果表明,钢中存在两相的选择性腐蚀并伴有局部点蚀,其中铁素体相是腐蚀较严重的相;阳极极化测试与交流阻抗测试结果相吻合,Ce拓宽了试验钢的钝化区间;Ce通过净化钢液、降低S和P元素在相界的偏聚及使Cr、Ni和Mo等合金元素在两相中的分布更均匀等作用,提高了钢的耐腐蚀性能。     

Investigation of the Hot Plasticity of Duplex Stainless Steel

Hot plasticity of a nitrogen alloyed 25Cr 7Ni-4Mo duplex stainless steel was investigated. The results indicate that the main factors affecting the hot plasticity of duplex stainless steel are listed as follows： coalescent force of phase interface, microstructure, and the phase ratio and difference between the mechanical properties of ferrite and austenite. The heat treatment and sulphur contents have a notable effect on the hot plasticity. The reasonable heat treatments and the increased interfacial coalescent force will effectively enhance the hot plasticity of duplex stainless steel.