專利名稱：一種耐高溫耐腐蝕濃硫酸用不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于不銹鋼材料領(lǐng)域，進(jìn)一步的，本發(fā)明涉及一種耐高溫耐腐蝕的濃硫酸用不銹鋼材料。
背景技術(shù)：
濃硫酸(H2SO4)具有很強(qiáng)的侵蝕能力，用于濃硫酸的不銹鋼必須是耐高溫、耐腐蝕性的。目前，現(xiàn)有的國內(nèi)外產(chǎn)品大部分存在合金含量高，成本高，熱加工性能較差，使用領(lǐng)域受限制等問題。
上海鋼鐵研究所于80年代研制出用于中等溫度(50-70℃)濃硫酸介質(zhì)用的不銹鋼，其牌號為RS-2，該鋼種耐硫酸腐蝕原理為在鉻(Cr)-鎳(Ni)-鐵(Fe)基不銹鋼中添加適量鉬(Mo)、銅(Cu)、鈮(Nb)等元素使表面鈍化膜快速生成，鈍化膜的特征要求是比較致密、結(jié)合牢固以及較高的力學(xué)性能，并阻止硫酸對材料表面進(jìn)行腐蝕。但RS-2在硫酸溫度升高到70℃以上時，表面膜不再穩(wěn)定，難以抵抗?jié)饬蛩崆治g。
在國外，牌號包括Carpenter 20cb-3、904L、sanicro28的這些材料均通過調(diào)整Cr、Ni、Mo、Cu的成分范圍，來達(dá)到耐腐蝕的目的，但是這些材料的應(yīng)用領(lǐng)域為稀硫酸介質(zhì)，在高溫濃硫酸介質(zhì)中不能使用。
美國Hastelloy公司研制開發(fā)的系列產(chǎn)品應(yīng)用于中高溫濃硫酸領(lǐng)域。典型牌號有HC-2000、HC-276、HD-205等，其原理是通過大比例提高Ni含量，Mo含量或Si含量來提高表面膜的生成穩(wěn)定性，進(jìn)而達(dá)到耐高溫濃硫酸腐蝕的目的，這就使產(chǎn)品的合金含量大大提高了。
日本牌號特公昭59-2737的產(chǎn)品，其特點是提高Cr、Ni、Mo、硅(Si)含量，使合金含量高達(dá)80％，影響了材料拓展的性價比。
瑞典牌號Sandvic SX和德國KRUPP公司Nicrofer 2509Si7等產(chǎn)品，在硫酸介質(zhì)中都有較好的表現(xiàn)，但均使用Ni基為主打成分，故價格較為昂貴。
由此可見，本技術(shù)領(lǐng)域迫切需要一種耐蝕性好且造價低廉的不銹鋼，以提高材料剛性強(qiáng)度，減少材料的用量，并且具有良好的冷熱加工性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫耐腐蝕濃硫酸用不銹鋼，所述的不銹鋼含有鐵及適量的微量元素，在所述的不銹鋼中，還含有碳元素，硅元素，錳元素，硫元素，磷元素，鉻元素，鎳元素，鉬元素，銅元素，其中各化學(xué)成分根據(jù)重量百分比為碳0.001-0.03％；硅5-9％；錳0.001-0.6％；硫0.001-0.03％；磷0.001-0.03％；鉻9-13％；鎳14.5-18％；鉬1-2％；銅0.5-1.5％，微量元素0.04-0.07％，余量為所述的鐵，進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的微量元素為氮和稀土等元素。
作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式之一，本發(fā)明的不銹鋼包含的所述的碳元素，硅元素，錳元素，鉻元素，鎳元素，鉬元素，銅元素的重量百分比為碳0.03％；硅6.59％；錳0.63％；鉻9.42％；鎳14.98％；鉬1.78％；銅0.88％。
本發(fā)明的不銹鋼可使用非真空感應(yīng)爐加電渣重熔爐進(jìn)行冶煉，也可使用真空感應(yīng)爐、中頻感應(yīng)爐加電渣重熔爐進(jìn)行冶煉。
本發(fā)明的不銹鋼的熱加工可采用鍛造或軋制的形式，其中開鍛溫度為1060-1080℃，終鍛溫度大于850℃，開軋溫度為1120-1140℃，終軋溫度大于900℃。
本發(fā)明的不銹鋼的固溶溫度控制在1050-1150℃范圍內(nèi)。
本發(fā)明的不銹鋼的冷卻方式可以是水冷或風(fēng)冷。
本發(fā)明通過一種全新配方，采用鉻(Cr)，鎳(Ni)，硅(Si)，金屬鉬(Mo)，銅(Cu)配以適當(dāng)比例合金化，又加入氮(N)和稀土(RE)等元素進(jìn)行微合金化改性，籍此達(dá)到提高其耐高溫濃硫酸侵蝕能力的目的。
由于新配方使材料的組織析出大量強(qiáng)化相，本發(fā)明的不銹鋼的剛性強(qiáng)度指標(biāo)比國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品相比提高比例在30-50％，因此本發(fā)明耐蝕性好且造價低廉。
金屬Cr是不銹鋼獲得耐蝕性能的最基本的合金元素，Cr熱力學(xué)不穩(wěn)定但容易鈍化，Cr與Fe基合成固溶體，能把鈍化耐蝕的特點發(fā)揮極致。在氧化性介質(zhì)中，Cr能使鋼的表面很快生成Cr2O3保護(hù)膜，所以，適度的Cr含量既有利于合金鈍化，又提高合金耐蝕性。
Ni是熱力學(xué)不穩(wěn)定元素，其鈍化能力大于Fe，小于Cr。對Fe-Ni基合金而言，腐蝕電位隨Ni含量的增加向正的方向移動，且耐蝕性隨Ni當(dāng)量的增加而提高。說明Ni在鐵基體中是提高合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性，這種作用對氧化性介質(zhì)十分有效。從腐蝕角度看，F(xiàn)e中加入適量的Ni，其腐蝕速率明顯降低，另一方面Ni又是形成奧氏體的元素，可改善合金的工藝和機(jī)械性能。
金屬Si是提高鋼在高溫濃硫酸中耐蝕性和鈍化膜穩(wěn)定性最重要的元素，且Si含量應(yīng)隨著濃硫酸溫度的提高而增加。
金屬M(fèi)o是不銹鋼和各種耐蝕合金常用的合金化元素。Mo能促進(jìn)合金的鈍化，使鋼的表面形成富鉻的氧化膜，這種含有Cr，Mo的氧化膜具有很高的穩(wěn)定性，而且能有效地抑制氯離子引起的點蝕。本發(fā)明合金中加入Mo使其在硫酸中的腐蝕電位正移，鈍化臨界電流銳減。
金屬Cu亦是不銹耐蝕鋼常用合金化元素。Cu可提高耐硫酸腐蝕性能，Cu的電極電位比氫高，可抑制氫的析出反應(yīng)。Cu和Mo配合使用能抑制鈍化膜的還原溶解。
元素N是強(qiáng)烈的奧氏體形成元素，在體心立方鐵中(鐵素體)溶解度只有0.05，在面心立方鐵(奧氏體)可達(dá)0.4，N又是廉價而有效的鎳的代用元素(0.1可代2.3-3.0Ni)，N能提高不銹鋼的耐蝕性，尤其是耐點蝕和縫隙腐蝕腐蝕性能。不銹鋼加N可改善拉伸，疲勞和蠕變性能。
稀土元素主要控制硫化物的形態(tài)以及脫氧脫硫，改善鋼的力學(xué)性能并起到微合金化作用。由于稀土原子在晶界偏聚與其它元素交互作用，引起晶界結(jié)構(gòu)化學(xué)成分和能量變化，影響其它元素的擴(kuò)散和新相的成核長大，導(dǎo)致鋼的組織和性能變化。
根據(jù)上述理由提出了本發(fā)明的新型廉價的耐高溫濃硫酸用鋼，本發(fā)明除了具有優(yōu)異的抗高溫濃硫酸腐蝕性能外，還具有良好的冷熱加工性能，可生產(chǎn)出板，棒，絲，帶等制品，同時，力學(xué)性能頗佳。
本發(fā)明在1050-1100℃溫度下，保溫8-15分鐘進(jìn)行水冷熱處理后，其室溫力學(xué)性能見表1。
表1本發(fā)明實例的室溫力學(xué)性能


本發(fā)明與美國目前最好的抗氧化性硫酸介質(zhì)材料HD-205相比，Cr、Mo、Cu含量為其1/2，Ni含量僅為其1/4，而Si含量則顯著提高，盡管本發(fā)明合金元素的總量大大低于美專利產(chǎn)品，但耐腐蝕性能基本等同，而優(yōu)于美國HC系列鋼種。可見本發(fā)明適用于高溫氧化性濃硫酸介質(zhì)中，是一種新型廉價的應(yīng)用材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明實施例1本發(fā)明一種耐高溫耐腐蝕濃硫酸用不銹鋼，所述的不銹鋼含有鐵及適量的微量元素，在所述的不銹鋼中，還含有碳元素，硅元素，錳元素，硫元素，磷元素，鉻元素，鎳元素，鉬元素，銅元素，其中各化學(xué)成分根據(jù)重量百分比為碳0.03％；硅6.59％；錳0.63％；硫0.03％；磷0.03％鉻9.42％；鎳14.98％；鉬1.78％；銅0.88％，微量元素0.04-0.07％，余量為所述的鐵，本發(fā)明所述的微量元素為氮和稀土等元素。本發(fā)明的不銹鋼使用非真空感應(yīng)爐加電渣重熔爐進(jìn)行冶煉，本發(fā)明的不銹鋼的熱加工可采用鍛造或軋制的形式，其中開鍛溫度為1060-1080℃，終鍛溫度大于850℃，開軋溫度為1120-1140℃，終軋溫度大于900℃，本發(fā)明的不銹鋼的固溶溫度控制在1050-1150℃范圍內(nèi)，本發(fā)明的不銹鋼的冷卻方式是水冷。
實施例2根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計的化學(xué)成分范圍，在非真空感應(yīng)爐加電渣重熔爐上冶煉了一爐鋼，其具體化學(xué)成分見表2。為了使各項性能有所對比，本試驗還選用了日本、美國和國內(nèi)的同類對比鋼號逐一進(jìn)行比較。
表2本發(fā)明與對比鋼的化學(xué)成分

注HC-276合金另含有4％Mo、0.35％V、2.5％Co。
上述所述的本發(fā)明中，微量元素0.04-0.07％，本發(fā)明所述的微量元素為氮和稀土等元素。
將該爐鋼澆注成500Kg電渣錠后鍛軋成φ40mm的棒材、0.65×1000×2000mm的冷板、以及0.9×200mm的帶材(按產(chǎn)品要求)。鍛造溫度為1060℃，軋制溫度為1080℃的板、帶經(jīng)1080℃溫度下固溶處理(前者為常化爐，后者為氨分解爐)，棒在1050℃溫度下固溶45分鐘，并水冷，制成標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試樣，在98％H2SO4和93％H2SO4中進(jìn)行腐蝕試驗，試驗溫度選擇在90℃、100℃、120℃、130℃、162℃下進(jìn)行。試驗結(jié)果見表3和表4。
表3本發(fā)明與對比鋼在98％H2SO4中的耐蝕性

表4本發(fā)明與對比鋼在93％H2SO4中的耐蝕性

權(quán)利要求
1，一種耐高溫耐腐蝕濃硫酸用不銹鋼，所述的不銹鋼中含有鐵元素及適量的微量元素，其特征在于在所述的不銹鋼中還含有碳元素，硅元素，錳元素，硫元素，磷元素，鉻元素，鎳元素，鉬元素，銅元素，其中，各成分的重量百分比如下碳0.001——0.03％；硅5——9％；錳0.001——0.6％；硫0.001——0.03％；磷0.001——0.03％；鉻9——13％；鎳14.5——18％；鉬1——2％；銅0.5——1.5％；微量元素0.04-0.07％，余量為所述的鐵。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其特征在于所述的微量元素為氮和稀土元素。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其特征在于在所述的不銹鋼中，所述的碳元素，硅元素，錳元素，鉻元素，鎳元素，鉬元素，銅元素的重量百分比配比為碳0.03％；硅6.59％；錳0.63％；鉻9.42％；鎳14.98％；鉬1.78％；銅0.88％。
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其特征在于所述的不銹鋼的冶煉使用非真空感應(yīng)爐加電渣重熔爐。
5，根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其特征在于所述的不銹鋼的冶煉使用真空感應(yīng)爐，中頻感應(yīng)爐+電渣重熔爐冶煉。
6，根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其特征在于所述的不銹鋼的熱加工采用鍛造，開鍛溫度為1060-1080℃，終鍛溫度大于850℃。
7，根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其特征在于所述的不銹鋼的熱加工采用軋制，開軋溫度為1120-1140℃，終軋溫度大于900℃。
8，根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其特征在于所述的不銹鋼的固溶溫度控制在1050-1150℃范圍內(nèi)。
9，根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其特征在于所述的不銹鋼的冷卻方式為水冷。
10，根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其特征在于所述的不銹鋼的冷卻方式為風(fēng)冷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐高溫耐腐蝕濃硫酸用不銹鋼，該不銹鋼含有鐵元素、碳元素，硅元素，錳元素，硫元素，磷元素，鉻元素，鎳元素，鉬元素，銅元素以及適量的微量元素。本發(fā)明公開的不銹鋼材料不僅耐蝕性好，而且具有良好的剛性強(qiáng)度以及冷熱加工性能。本發(fā)明的不銹鋼材料適用于高溫氧化性濃硫酸介質(zhì)，是一種新型廉價的應(yīng)用材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C22C38/44GK1570183SQ03141708
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月18日
發(fā)明者吳江楓, 劉尚譚 申請人:上海鋼鐵研究所