CN102021487A

CN102021487A - 一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢

Info

Publication number: CN102021487A
Application number: CN2009102329332A
Authority: CN
Inventors: 梅家森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2011-04-20

Abstract

本发明涉及一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢，其各成分的重量百分比如下：碳：0.001-0.03％；硅：5-12.8％；锰：0.001％-0.06％；硫：0.001％-0.03％；磷：0.001％-0.03％；铬：9-13％；镍：14.5％-18％；钼：1-2％；铜：0.5-1.5％；微量元素：0.04-0.07％，余量为所述的铁，本发明具有成本低、抗高温浓硫酸性能、冷热加工性能。

Description

一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢

技术领域

本发明属于不锈钢材料领域，进一步的，本发明涉及一种耐高温耐腐蚀的浓硫酸用不锈钢材料。

背景技术

浓硫酸(H2SO4)具有很强的侵蚀能力，用于浓硫酸的不锈钢必须是耐高温、耐腐蚀性的。目前，现有的国内外产品大部分存在合金含量高，成本高，热加工性能较差，使用领域受限制等问题。

上海钢铁研究所于80年代研制出用于中等温度(50-70℃)浓硫酸介质用的不锈钢，其牌号为RS-2，该钢种耐硫酸腐蚀原理为在铬(Cr)-镍(Ni)-铁(Fe)基不锈钢中添加适量钼(Mo)、铜(Cu)、铌(Nb)等元素使表面钝化膜快速生成，钝化膜的特征要求是比较致密、结合牢固以及较高的力学性能，并阻止硫酸对材料表面进行腐蚀。但RS-2在硫酸温度升高到70℃以上时，表面膜不再稳定，难以抵抗浓硫酸侵蚀。

在国外，牌号Carpenter 20cb-3、904L、sanicro28的这些材料均通过调整Cr、Ni、Mo、Cu的成分范围，来达到耐腐蚀的目的，但是这些材料的应用领域为稀硫酸介质，在高温浓硫酸介质中不能使用。

美国Hastelloy公司研制开发的系列产品应用于中高温浓硫酸领域。典型牌号有HC-200、HC-276、HD-205等，其原理是通过大比例提高Ni含量，Mo含量或Si含量来提高表面膜的生成稳定性，进而达到耐高温浓硫酸腐蚀的目的，这就使产品的合金含量大大提高了。

日本牌号特公昭59-2737的产品，其特点是提高Cr、Ni、Mo、硅(Si)含量，使合金含量高达80％，影响了材料拓展的性价比。

瑞典牌号Sandvic SX和德国KRUPP公司Nicrofer2509Si7等产品，在硫酸介质中都有较好的表现，但均使用Ni基为主打成分，故价格较为昂贵。

由此可见，本技术领域迫切需要一种耐蚀好且造价低廉的不锈钢，以提高材料刚性强度，减少材料的用量，并且具有良好的冷热加工性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢，所述的不锈钢含有铁及适量的微量元素，在所述的不锈钢中，还含有碳元素，硅元素，锰元素，硫元素，磷元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素，其中，各成分的重量百分比为：碳：0.001-0.03％；硅：5--％；锰：0.001％-0.06％；硫：0.001％-0.03％；磷：0.001％-0.03％；铬：9-13％；镍：14.5％-18％；钼：1-2％；铜：0.5-1.5％；微量元素：0.04-0.07％，余量为所述的铁，进一步的，本发明所述的微量元素为氮和稀土元素。

作为本发明的优选实施方式之一，本发明的不锈钢包含的所述的碳元素，硅元素，锰元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素的重量百分比配比为：碳0.03％；硅6.59％；锰0.63％；铬9.42％；镍14.98％；钼1.78％；铜0.88％。

本发明的不锈钢可使用非真空感应炉加电渣重熔炉进行冶炼，也可以使用真空感应炉、中频感应炉加电渣重熔炉冶炼。

本发明的不锈钢的热加工可采用锻造或轧制的形式，其中开锻温度为1060-1080℃，终锻温度大于850℃。开轧温度为1120-1140℃，终轧温度大于900℃。本发明的不锈钢的固溶温度控制在1050-1150℃范围内。本发明的不锈钢的冷却方式可以是为水冷或风冷。

本发明通过一种全新配方，采用铬(Cr)、镍(Ni)、硅(Si)、金属钼(Mo)、铜(Cu)配以适当比例合金化，又加入氮(N)和稀土(RE)等元素进行微合金化改性，籍此达到提高其耐高温浓硫酸侵蚀能力的目的。

由于新配方使材料的组织析出大量强化相，本发明的不锈钢的刚性强度指标比国内外相关产品相比提高比例在30-50％，因此本发明耐蚀性好且造价低廉。

金属Cr是不锈钢获得耐蚀性能的最基本的合金元素，Cr热力学不稳定但容易钝化，Cr与Fe基合成固溶体，能把钝化耐蚀的特点发挥极致。在氧化性介质中，Cr能使钢的表面很快表成Cr₂O₃保护膜，所以，适度的Cr含量既有利于合金钝化，又提高合金耐蚀性。

Ni是热力学不稳定元素，其钝化能力大于Fe，小于Cr。对Fe-Ni基合金而言，腐蚀电位随Ni含量的增加向正的方向移动，且耐蚀性随Ni当量的增加而提高。说明Ni在铁基体中是提高合金的热力学稳定性，这种作用对氧化性介质十分有效。从腐蚀角度看，Fe中加入适量的Ni，其腐蚀速率明显降低，另一方面Ni又是形成奥氏体的元素，可改善合金的工艺和机械性能。

金属Si是提高钢在高温浓硫酸中耐蚀性和钝化膜稳定性最重要的元素，且Si含量应随着浓硫酸温度的提高而增加。

本发明与美国目前最好的抗氧化性硫酸介质材料HD-205相比，Cr、Mo、Cu含量为其1/2，Ni含量仅为其1/4，而Si含量则显著提高，尽管本发明合金元素的总量大大低于美专利产品，但耐腐蚀性能基本等同，而优于美国HC系列钢种。可见本发明适用于高温氧化性浓硫酸介质中，是一种新型廉价的应用材料，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明：

本发明一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢，所述的不锈钢含有铁及适量的微量元素，在所述的不锈钢中，还含有碳元素，硅元素，锰元素，硫元素，磷元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素，其中各化学成分根据重量百分比为：碳0.03％；硅6.59％；锰0.63％；硫0.03％；磷0.03％；铬9.42％；镍14.98％；钼1.78％；铜0.88％，微量元素：0.04-0.07％，余量为所述的铁，本发明所述的微量元素为氮和稀土等元素。本发明的不锈钢使用非真空感应炉加电渣重熔炉进行冶炼，本发明的不锈钢的热加工可采用锻造或轧制的形式，其中开锻温度为1060-1080℃，终锻温度大于850℃。开轧温度为1120-1140℃，终轧温度大于900℃。本发明的不锈钢的固溶温度控制在1050-1150℃范围内，本发明的不锈钢的冷却方式是水冷。

金属Mo是不锈钢和各种耐蚀合金常用的合金化元素。Mo能促进合金的钝化，使钢的表面形成富铬的氧化膜，这种含有Cr，Mo的氧化膜具有很高的稳定性，而且能有效地抑制氯离子引起的点蚀。本发明合金中加入Mo使其在硫酸中的腐蚀电位正多，钝化临界电流锐减。

金属Cu亦是不锈钢耐蚀钢常用合金化元素。Cu可提高耐硫酸腐蚀性能，Cu的电极电位比氢高，可抑制氢的析出反应。Cu和Mo配合使用能抑制钝化膜的还原溶解。

元素N是强烈的奥氏体形成元素，在体心立方铁中(铁素体)溶解度只有0.05，在面心立方铁(奥氏体)可达0.，N又是廉价而有效的镍的代用元素(0.1可代2.3-3.0Ni)，N能提高不锈钢的耐蚀性，尤其是耐点蚀和缝隙腐蚀性能。不锈钢加N可改善拉伸，疲劳和蠕变性能。

稀土元素主要控制硫化物的形态以及脱氧脱硫，改善钢的力学性能并起到微合金化作用。由于稀土原子在晶界偏聚与其它元素交互作用，引起晶界结构化学成分和能量变化，影响其它元素的扩散和新相的成核长大，导致钢的组织和性能变化。

根据上述理由提出了本发明的新型廉价的耐高温浓硫酸用钢，本发明除了具有优异的抗高温浓硫酸性能外，还具有良好的冷热加工性能，可生产出板、棒、丝等制品，同时，力学性能颇佳。

Claims

1.一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢，所述的不锈钢中含有铁元素及适量的微量元素，其特征在于：在所述的不锈钢中还含有碳元素，硅元素，锰元素，硫元素，磷元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素，其中，各成分的重量百分比如下：

碳：0.001-0.03％；

硅：5-12.8％；

锰：0.001％-0.06％；

硫：0.001％-0.03％；

磷：0.001％-0.03％；

铬：9-13％；

镍：14.5％-18％；

钼：1-2％；

铜：0.5-1.5％；

微量元素：0.04-0.07％，余量为所述的铁。

2.根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于：所述的微量元素为氮和稀土元素。

3.根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于：在所述的不锈钢中，所述的碳元素，硅元素，锰元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素的重量百分比配比为：碳0.03％；硅6.59％；锰0.63％；铬9.42％；镍14.98％；钼1.78％；铜0.88％。