双相不锈钢S32101生产工艺研究.pdf

2013年12月
山西冶金
SHANXI METALLURGY
December 2013
总第146期
Total of146
试(实)验研究
双相不锈钢S32101生产工艺研究
李俊
(山西太钢不锈钢股份有限公司,山西太原030003)
摘要]从成分控制、热轧和热处理等角度出发,综合研究双相不绣钢S32101的生产工艺并进行倪化调整,分析生
产试验数据。研究分析表明:在1050~1150℃固溶处理时,组织中铁素体组织与臭氏体组织的比例接近1:1,钢
的综合力学性能最佳。
关键词]双相不锈钢氩气合金化热塑性
「中图分类号]TG156
文献标识码]A
文章编号]1672-1152(2013)06-0010-03
双相不锈钢(SDSS)S32101于2002年由瑞典 Avesta1.2N在双相不锈钢S32101中的作用
Polant/公司( Outokumpu公司)开发,企业牌号为LDX
1)以氮代镍,促使不锈钢形成奥氏体组织。由镍当量
2101,并于2006年被纳入美国标准,牌号为S32101。由于在(表示钢中奥氏体形成倾向)的计算表明,氮形成奥氏体的
其成分设计中以高Man、高N代替贵重金属N,且不含Mo,所能力是镍的30倍,因此,在双相不锈钢S32101的治炼生产中
以可在降低生产成本的同时,提高双相不锈钢S32101的力学用廉价的锰、氮代替贵重金属镍即可以获得奥氏体不锈钢,
性能和耐腐蚀性,属于节约性不锈钢,在一些环境中可以代节约生产成本。
替304不锈钢,用于制造中等腐蚀环境中的工艺设备,如造纸
2)氮作为固溶强化元素可以提高双相不锈钢的强度。
厂的白液或桥梁建设等,潜在用途非常广泛。
每加入质量分数为0.01%的氮可提高不锈钢的室温强度约
双相不锈钢S32101板材的生产难度较大,特别是在氮含60~100MPa昭。另外,氮对不锈钢的抗蠕变性能和疲劳性能
量控制、氮气泡析出、热轧和热处理等环节。太钢从2007年也有益处。
开始研制开发双相不锈钢S32101板材,生产流程为:AOD治
3)氮可以明显提高不锈钢耐点腐蚀、应力腐蚀和晶间
炼一连铸一热轧一固溶酸洗处理,已经累计供货2000有腐蚀性能。
余,主要应用于山东海阳核电、桃花江核电等第三代核电
4)氮作为奥氏体形成元素对双相不锈钢焊接有重要作
AP1000的燃料水池制作。
用。在焊接接头热影响区快速冷却时,氮促进了高温下形成
1双相不锈钢S32101的治炼生产
的铁素体逆转变为足够的二次奥氏体,以维持必要的相平
1.1冶炼成分的控制
衡,提高了接头的耐蚀性。
双相不锈钢S32101的主要成分见表1。在实际生产中,13氮气合金化模型的建立
由于C、Mn、Cr、Ni、Mo及Cu元素的含量范围宽,因此对
AOD炉氮合金化工艺分两步:第一步,对AOD炉治炼
他们的控制采用加合金的方法;而对含量范围窄的氮元素的前期进行氮气、氧气吹炼,完成氮的饱和溶解过程;第二
控制比较难,因此采用氮气合金化技术对其加以控制。
步,在吹炼后期,应用气泡精炼理论,完成对氮的脱除
表1试样的主要化学成分
%
过程,根据氩气流的大小及吹量准确控制氮含量到目标
w(?)wwn)
w(Ni)
w(Mo)
w(N)
w(cu)
值范围。
0.04
400210001510o,0- _osolo. 202slo,oogo1,3.1氮的溶解
采用AOD炉冶炼双相不锈钢S32101,前期采用不同
例的氮气、氧气进行吹炼,随着脱碳速度的下降,氮原子的
收稿日期]2013-09-26
溶解值逐渐增加,最终接近氮在钢中的饱和溶解度。
作者简介李俊(1978-),男,于太钢技术中心从事双相、
钢水温度和各组成元素成分影响氮的溶解度,这些因素
耐热不锈钢新产品的研发工作,工程师。E~mal: Hjun2(@tisco.可以归纳为以下方程,根据此方程可以在理论上计算出一个
标准大气压下氮在不锈钢中的平衡溶解量。
10
归西冷金
第6期
SHANXI METALLURGY
No6
总第146期
Total of 146
lgw】=-188T-125-[(3280VT-0.75)x
相不锈钢S32101时控制连铸过程产生气泡是生产
0.13wC+0.047wSi)+0.01wN)-0.01wMo)ー
S32101的难点之一。
0.025wMn)-0.045wC)+0.5lg
2双相不锈钢S32101的热轧生产
式中:7为钢液温度,℃;P为氮气分压,Pa。
由于双相不锈钢的两相组织具有不同的晶体结构,即
1.3.,2氮的脱除
体心立方的铁素体和面心立方的奥氏体,
氮、氧精炼结東后,钢中的氮含量已经接近该温度下
1.2
氮在钢中的饱和溶解度。此时,将氮气切换成飯气对钢水进
行精炼并脱除一部分氮,使氮含量达到要求的范围。吹脱
氮的数学计算公式为:
Yar=8x, P x(I/%N-1/N,). (2)
0.6
考虑到钢中的氧、硫元素对脱氧速度的影响,对公式
进行修正,表达式如下
「%N]=1(fxvx(8xk,×R)+1%N]).(3)
0
式中:7为吨钢消耗氩气量,mた;ん为氮的脱除反应平衡
80010001200140016001800
常数;P为氮在大气中的分压,Pa;「%N为最终产品的氮含
E℃
量(氮的质量分数),%;[%N]为氮在该钢中一定温度下的
1w(Cr)=25.0%;2w(Cr)=18.4%;
溶解度,%;为钢中的氧、硫元素对脱氧速度的影响系数。
3w(Cr)=13.6%;14-w(C)=8.1%;5-Ww(Cr)=0
图2钢中的N含量(w(N))与温度的关系
由式(3)可知,在稳定氙气流量的前提下,可根据吹
高温下奧氏体相硬度较高,而铁素体相硬度较低,加
气量的多少控制钢中的氮含量。
之在热变形过程中,两相组织的软化机制也不同,铁素体的
1.3.3氮气合金化模型在生产中的实际应用
软化机制是动态回复,即使在较低的应变下,也可以发生铁
图1为太钢应用氮气合金化模型进行AOD治炼双相不锈
素体的动态回复,而奥氏体的主要软化机制是动态再结晶,
钢各个阶段钢中的实际N含量。从图1中可以看出,实际N含
动态再结晶只能在高应变时发生,因此在热加工过程中,往
量与氮气合金化模型的计算结果基本一致。
往由于奥氏体和铁素体中应力和应变的分布不均衡,导致裂
3500
3000
纹容易在相界上形成和扩展,这是双相不锈钢热塑性差的根
250?
本原因。
前苏联学者曾研究了铁素体相和奥氏体相的比例对
钢高温下工艺塑性的影响,如下页图3所示。从图3中可
精炼前氧化后吹前中包还
以看出,高温下无论是钢中铁素体相还是钢中奥氏体相
生产阶段
的体积分数超过20%时,钢的塑性都会降低,钢在热变形
图1AOD治炼S32101各阶段N含量(w(N)
时将出现裂纹等缺陷。为了保证铁素体奥氏体型双相不
1.3.4氮气泡的析出
锈钢