專(zhuān)利名稱(chēng)：熱交換器不銹鋼管的不銹鋼材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不銹鋼材料，具體的說(shuō)，本發(fā)明涉及一種適合用于熱交換器不銹鋼管的不銹鋼材料，其具有優(yōu)異的耐腐蝕性，并且其可加工性能良好。
背景技術(shù)：
熱交換器、換熱器、熱管等用不銹鋼材料含有較高的鉻含量，該鋼在高溫下被氧化，在它們表面形成一層薄的氧化膜，它非常致密而且穩(wěn)定，從而防止了氧的深透擴(kuò)散和鋼表面的繼續(xù)氧化。熱交換器、換熱器、熱管等用不銹鋼無(wú)縫鋼管含有較高含量的鉻和鎳，鉻和鎳原子尺寸與鐵原子尺寸有差異，高含量的鉻和鎳使晶格發(fā)生畸變，組織得到強(qiáng)化，并有較高的再結(jié)晶溫度，使鋼有較高的高溫強(qiáng)度。另一方面，在諸多換熱器產(chǎn)品和設(shè)備中，都使用海水形式的含氯化物液體作為冷卻介質(zhì)用于冷卻目的。由于因氯化物產(chǎn)生的極高腐蝕環(huán)境，在這些換熱器中使用氯化物液體對(duì)使用的材料提出了高的要求。晶間腐蝕構(gòu)成了利用海水作為冷卻液的板式換熱器中的主要問(wèn)題，因?yàn)榭赡軣o(wú)法避免這樣的情況換熱器相鄰板之間連接界面的所處位置使得海水會(huì)到達(dá)相鄰板之間由此形成的裂隙或接縫處，并且它們還位于冷卻液具有相對(duì)高溫的位置處，這也是危險(xiǎn)的。板式換熱器中的晶間腐蝕問(wèn)題可以通過(guò)將所述板彼此焊接并通過(guò)密封使它們彼此連接來(lái)緩解， 但通過(guò)這些措施并不能使所述問(wèn)題消失。毀壞材料的晶間腐蝕是溫度依賴(lài)的，并且當(dāng)用于給定冷卻液(在這種情況下是海水)的材料具有低于臨界裂隙溫度的溫度時(shí)，基本上不會(huì)發(fā)生什么，但是當(dāng)該材料的溫度上升至超過(guò)該溫度時(shí)，該材料在所述裂隙處的腐蝕將會(huì)非常強(qiáng)烈并會(huì)在短時(shí)間內(nèi)毀壞連接，這使得超過(guò)所述臨界裂隙溫度的溫度是不可接受的。使用含氯化物的冷卻液(如海水) 作為冷卻介質(zhì)的板式換熱器中，這種晶間腐蝕溫度應(yīng)該為至少50°C、優(yōu)選至少60°C，用于提供換熱器可接受的冷卻能力。板式換熱器中使用的海水可被氯化從而殺死微生物。如果這些微生物沒(méi)有通過(guò)例如氯化被殺死，那么它們的存在將引起環(huán)境腐蝕性的增大。在低溫即約40°C以下，氯化本身對(duì)于例如不銹鋼不會(huì)導(dǎo)致任何增加的腐蝕性。而在超過(guò)40°C的溫度下，由氯化引起的氧化還原電位增加嚴(yán)重地增大了水對(duì)于銹斑和晶間腐蝕的腐蝕性，因此限制了用于換熱器可用構(gòu)造材料的選擇。在引言中限定類(lèi)型的、用于在較高溫度下使用的板式換熱器(即利用含氯化物的冷卻液(諸如海水)作為冷卻介質(zhì))，由于該原因迄今為止幾乎專(zhuān)門(mén)設(shè)置由鈦制成的板，該板在海水中具有超過(guò)80°C的臨界裂隙溫度。然而，鈦是非常昂貴的材料并且它還不容易獲得。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中使用的不銹鋼換熱器材料存在的上述目的，本發(fā)明的目的是提供一種熱交換器不銹鋼管的不銹鋼材料，其相對(duì)于鈦合金材料成本低廉，具有足夠高的耐蝕性能和耐高溫性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
一種熱交換器不銹鋼管的鐵素體不銹鋼材料，其具有以下組成C :0. 03-0. 06 wt%、Si 0. 10-0. 35 wt%、Mn :0. 15-0. 45wt%、Ni :18. 5-27. 5 wt%、Mo :0. 15-1. 05wt%、Cu :0. 50-0. 90 wt%、Nb :0. 15-0. 75 wt%,余量為！^及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。下面說(shuō)明本發(fā)明的不銹鋼材料的合金成分的意義以及限定理由。C
碳是奧氏體形成元素，能夠提高鋼的淬硬性及強(qiáng)度，C含量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致鋼的硬度達(dá)不到使用要求；然而C含量過(guò)高，易于形成奧氏體，從而會(huì)降低鋼的耐腐蝕性能，并且導(dǎo)致高溫強(qiáng)度降低。在本發(fā)明的鐵素體不銹鋼中，限定C的含量在0.03-0. 06 wt%之間。優(yōu)選的C 的含量為 0. 03-0. 05 wt%0Si
在鋼制造中用作脫氧劑，并且它增加了制造和焊接期間的流動(dòng)性。另外，Si也是改善高溫特性和耐氧化腐蝕的有益元素；其還有利于提高鋼在中高溫環(huán)境中的強(qiáng)度。然而在本發(fā)明的不銹鋼中，如果Si含量超過(guò)0. 35wt%,會(huì)導(dǎo)致金屬間化合物的過(guò)度析出，反而不利于中高溫環(huán)境下強(qiáng)度的提高。而如果其含量低于0. 10wt%的時(shí)候，有容易產(chǎn)生異常氧化的傾向。因此在本發(fā)明中其含量限于0. 15-0. 45 wt%，更優(yōu)選的其含量范圍為0. 15-0. 30 wt%。Mn:
在鋼制造中用作脫氧劑，并且它增加了制造和焊接期間的流動(dòng)性。并且Mn的加入有利于細(xì)化晶粒，提高剛的強(qiáng)度，加入適量的Mn有利于提高不銹鋼的耐蝕性能。但是在本發(fā)明的提素體不銹鋼中，當(dāng)Mn的含量超過(guò)0. 45wt%,會(huì)形成大量的金屬間化合物，導(dǎo)致不銹鋼的可加工性能降低，并且容易誘發(fā)晶間腐蝕。因此在本發(fā)明中其含量限于0.15-0. 45 wt%, 優(yōu)選的其含量范圍為0. 25-0. 40 wt%0Ni
用于提高材料耐腐蝕性的活性元素。并且為鐵素體形成元素。因而，為了改進(jìn)耐腐蝕性， 期望保持盡可能高的Ni含量。另外，高的Ni含量也有利于提高不銹鋼材料的耐高溫性能。在本發(fā)明的材料中為了得到良好的耐腐蝕性，鉻的含量應(yīng)該為至少18. 5 wt%。然而，高含量的Ni 增加了不銹鋼材料的成本，另外過(guò)高的Ni含量，會(huì)導(dǎo)致材料的加工性能下降并導(dǎo)致韌性劣化， 因而在本發(fā)明中限定Ni的含量在18. 5-27. 5wt%之間。優(yōu)選的，Ni的含量在18. 5-23. 5 wt%。Mo:
Mo的加入能夠增加材料的耐腐蝕性，同時(shí)可抑制高溫氧化、并且對(duì)固溶強(qiáng)化帶來(lái)的高溫強(qiáng)度是有利的。但是Mo的價(jià)格昂貴，同時(shí)容易導(dǎo)致均勻伸縮率降低。因而在本申請(qǐng)將Mo 的范圍限定為0. 15-1. 05 wt%0 特別優(yōu)選的，在本發(fā)明中Mo的含量為0. 20-0. 75 wt%。Cu
Cu的加入可以在一定程度上提高鋼的淬透性，增加鋼的強(qiáng)度，但是在本發(fā)明中當(dāng)其含量超過(guò)0.35襯％的時(shí)候，導(dǎo)致不銹鋼的韌性降低，進(jìn)而導(dǎo)致不銹鋼的冷加工性能降低。因而在本發(fā)明的不銹鋼中將其含量限定為0. 10-0. 35 wt%0優(yōu)選地，其含量為0. 10-0. 25 wt%。Nb
Nb是用于固溶強(qiáng)化和析出物微細(xì)化強(qiáng)化所帶來(lái)的高溫強(qiáng)度提高所必需的元素。另外其能夠?qū)或N以碳氮化物的形式固定，有利于提高合金的耐蝕性。因而在本發(fā)明中將其含量限定為0. 15-0. 75 wt%。優(yōu)選的，其含量范圍為0. 20-0. 50 wt%。另一方面，本發(fā)明還公開(kāi)了一種上述鐵素體不銹鋼材料的制造方法，其包括以下步驟按上述成分用感應(yīng)爐熔煉或電弧爐熔煉，通過(guò)氬氧精煉法或真空吹氧脫碳法精煉工藝，經(jīng)連鑄成鑄坯；再經(jīng)熱軋，然后熱處理，其中，退火加熱溫度為700-870°C，保溫后緩冷至250°C以下；正火加熱溫度為850-1050°C，保溫后在空氣中冷卻至室溫。所述的不銹鋼材料經(jīng)過(guò)冷加工和/或熱加工和/或鑄造，例如鍛造、熱壓、冷彎加工等現(xiàn)有技術(shù)，將其加工成不銹鋼熱交換器不銹鋼管。本發(fā)明所述的不銹鋼材料，觀察其金相組織，晶粒細(xì)小且均勻?qū)μ岣卟牧系哪臀g性有好處；并且其組織中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大量存在電化學(xué)腐蝕的異質(zhì)相，大大減輕了晶間腐蝕發(fā)生的傾向，發(fā)生點(diǎn)蝕的幾率也很小，其抗拉強(qiáng)度大于450 MPa ；另外，本發(fā)明的不銹鋼材料耐熱性能良好，在中高溫環(huán)境中能夠保持很高的強(qiáng)度，而且其加工性能良好。
具體實(shí)施例方式下面本發(fā)明將結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋和說(shuō)明。按表1所示出的質(zhì)量百分比，應(yīng)用電弧爐熔煉，通過(guò)真空吹氧脫碳法精煉工藝，經(jīng)連鑄成鑄坯；再經(jīng)熱軋，然后熱處理，其中，退火加熱溫度為850°C，保溫后緩冷至250°C以下；正火加熱溫度為1020 °C，保溫后在空氣中冷卻至室溫。將得到的不銹鋼材料進(jìn)行以下性能檢測(cè)。材料強(qiáng)度測(cè)試
為了測(cè)定拉伸強(qiáng)度，在常溫下將經(jīng)過(guò)冷加工后的標(biāo)準(zhǔn)件材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)，測(cè)試材料的抗拉強(qiáng)度。將抗拉強(qiáng)度450 MPa-500 MI^a之間者評(píng)價(jià)為良，低于450 MPa的評(píng)價(jià)為不良，超過(guò)500 MPa的評(píng)價(jià)為優(yōu)。表1母材的化學(xué)成分(余量為狗)
編號(hào)CSiMnNiMoCuNb10. 030. 100. 1518. 50. 150. 100. 1520. 030. 150. 2020. 00. 300. 150. 2530. 040. 200. 2521. 50. 450. 150. 3540. 050. 250. 3023. 50. 600. 200. 5050. 050. 300. 4025. 50. 850. 250. 6560. 060. 350. 4527. 51. 050. 350. 75
材料耐腐蝕性能測(cè)試
以50X50 mm的大小分別切割出試樣，進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)(SWAAT試驗(yàn))。腐蝕試驗(yàn)時(shí)間設(shè)定為800小時(shí)，材料表面沒(méi)有深度超過(guò)0. 2 mm的腐蝕坑、評(píng)價(jià)為良，將有超過(guò)0. 2 mm的腐蝕坑的試樣評(píng)價(jià)為腐蝕性差，無(wú)明顯腐蝕坑的，評(píng)價(jià)為優(yōu)。測(cè)試結(jié)果顯示在表2中。
表2 試樣拉伸強(qiáng)度和鹽霧試驗(yàn)結(jié)果
試樣編號(hào)拉伸強(qiáng)度SWAAT試驗(yàn)800小時(shí)1良良2良優(yōu)3優(yōu)優(yōu)4優(yōu)優(yōu)5優(yōu)良6優(yōu)良
權(quán)利要求
1.一種熱交換器不銹鋼管的鐵素體不銹鋼材料，其具有以下組成C :0. 03-0. 06 wt%、Si :0. 10-0. 35 wt%、Mn :0. 15-0. 45wt%、Ni :18. 5-27. 5 wt%、Mo :0. 15-1. 05wt%、Cu 0. 10-0. 35 wt%、Nb :0. 15-0. 75 wt%,余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
2.權(quán)利要求1所述的鐵素體不銹鋼，其特征在于C的含量為0.03-0. 05 wt%0
3.權(quán)利要求1所述的鐵素體不銹鋼，其特征在于Si的含量為0.15-0. 30wt%。
4.權(quán)利要求1所述的鐵素體不銹鋼，其特征在于Ni的含量為18.5-23. 5 wt%。
5.權(quán)利要求1所述的鐵素體不銹鋼，其特征在于Mn的含量為0.25-0. 40 wt%。
6.權(quán)利要求1所述的鐵素體不銹鋼，其特征在于Mo的含量為0.20-0. 75 wt%。
7.權(quán)利要求1所述的鐵素體不銹鋼，其特征在于Cu的含量為0.10-0. 25 wt%0
8.權(quán)利要求1所述的鐵素體不銹鋼，其特征在于Nb的含量為0.20-0. 50 wt%0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種散熱器散熱片的鐵素體不銹鋼材料，其具有以下組成C0.02-0.05wt%、Si0.15-0.45wt%、Mn0.20-0.50wt%、Ni18.5-27.5wt%、B0.03-0.06wt%、Cu0.50-0.90wt%、V0.10-0.25wt%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。本發(fā)明所述的不銹鋼材料，觀察其金相組織，晶粒細(xì)小且均勻?qū)μ岣卟牧系哪臀g性有好處；并且其組織中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大量存在電化學(xué)腐蝕的異質(zhì)相，大大減輕了晶間腐蝕發(fā)生的傾向，發(fā)生點(diǎn)蝕的幾率也很小，其抗拉強(qiáng)度大于450MPa；另外，本發(fā)明的不銹鋼材料耐熱性能良好，在中高溫環(huán)境中能夠保持很高的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)F28F21/08GK102401607SQ20111017469
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者方得志 申請(qǐng)人:蘇州方暨圓節(jié)能科技有限公司