CN102337465A

CN102337465A - 一种耐高温浓硫酸的铁素体不锈钢

Info

Publication number: CN102337465A
Application number: CN2011103004547A
Authority: CN
Inventors: 张智丹; 刘焕安; 欧阳明辉
Original assignee: XUANDA INDUSTRIAL GROUP Co Ltd
Current assignee: XUANDA INDUSTRIAL GROUP Co Ltd
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-02-01

Abstract

一种耐高温浓硫酸铁素体不锈钢，包括下列组分且各组分含量(按质量百分比计)为：C≤0.03%、0.5～1.5%的Si、Mn≤0.6％、25～30％的Cr、1.0～2.5%的Mo、0.5～1.5％的Cu、0.25～1.0％的Nb、0.1～0.5％的Re，余量为Fe。本发明的耐高温浓硫酸的铁素体不锈钢，具有如下优点：不含贵重金属镍，较之高硅不锈钢等成本大大降低，耐蚀性较好，具有优良的力学性能和冷热加工性能，焊接性能优异，抗点蚀、缝隙腐蚀能力好。

Description

一种耐高温浓硫酸的铁素体不锈钢

技术领域

本发明涉及一种不锈钢，尤其是一种铁素体不锈钢。

背景技术

浓硫酸对金属材料的腐蚀，温度是影响其腐蚀速率的重要因素。随着温度的提高，硫酸的活性增加，对设备的腐蚀速率增加。另外，随着温度的提高，硫酸中的氧含量降低，金属的钝化越加困难，甚至能使原来钝化的金属又处于活化态。酸温越高，耐腐蚀材料越难解决。

为了解决高温浓硫酸的腐蚀问题，世界各国相继研发多种材料。目前使用的高温浓硫酸用钢主要分为两种，一种是高硅不锈钢，如加拿大Chemetics公司生产的SARAMET奥氏体不锈钢、瑞典Sandvik公司生产的SX含硅不锈钢、美国孟莫克公司开发的抗强腐蚀的专用ZeCor合金材料等等。其在150℃以下浓硫酸中具有优良的耐腐蚀性能，但由于其铸造、锻轧等性能较差，导致价格昂贵，一般厂家无法接受。一种是高镍合金，如美国孟莫克公司开发的310M，

310MT等材料，其在200℃的浓硫酸中具有良好的耐腐蚀性能，但由于其含有大量战略金属镍，因此其价格昂贵。迫切需要研发一种镍含量低，加工性能好，在200℃以下的浓硫酸中具有良好的耐腐蚀性能的材料。

鉴于高温浓硫酸腐蚀的特殊性和实际生产的需要，理想的不锈钢材料应具有良好的耐腐蚀性能，其年腐蚀率要＜0.1mm/a，适用硫酸的浓度范围宽，减少硫酸生产中工况波动带来的事故风险；力学性能好，便于进行机械加工和焊接；原材料成本低，铸造、锻造和轧制性能好，具备良好的价格优势，提高其在市场上的占有率。

发明内容

本发明要解决的问题是改善背景技术中耐高温浓硫酸的不锈钢成本高的问题。

为了解决以上问题，本发明提供一种耐高温浓硫酸铁素体不锈钢，包括下列组分且各组分含量(按质量百分比计)为：C≤0.03％、0.5～1.5％的Si、Mn≤0.6％、25～30％的Cr、1.0～2.5％的Mo、0.5～1.5％的Cu、0.25～1.0％的Nb、0.1～0.5％的Re，余量为Fe。

一种冶炼加工本发明中不锈钢的方法，热加工采用锻造开坯加轧制的方式，其中开锻温度1020℃～1120℃，终锻温度大于750℃，开轧温度为1100℃～1200℃，终轧温度大于800℃，退火处理温度为950℃～1060℃，热处理后的冷却方式为水冷。

所述加工方法是使用电弧炉及AOD炉进行冶炼。

所述加工方法是使用真空感应炉及AOD炉进行冶炼。

所述加工方法是使用非真空感应炉及电渣炉进行熔炼。

金属铬是铁素体不锈钢中形成氧化膜最重要的耐蚀元素，同时又是稳定铁素体相的主要元素。在高温浓硫酸中，当铬含量超过25％时，高铬铁素体不锈钢和具有相同铬含量的镍-铬合金具有相近的耐蚀性。考虑到铬含量过高会引起脆性增加，设计铬含量为25～30％。

金属钼可以提高钝化摸的稳定性，使不锈钢表面生成很致密而牢固的钝化膜。同时，钼元素的加入可以提高不锈钢耐点蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀性能，设计钼含量为：1.0～2.5％。

金属铜可以增加本发明不锈钢在还原酸中的耐腐蚀能力，并提高工艺延展性，考虑到铜是稳定奥氏体元素，含量过高会影响本发明不锈钢的铁素体金相组织的形成，故设计铜含量为：0.5～1.5％。

碳元素是高铬铁素体中的有害元素，碳含量增加可引起不锈钢晶间腐蚀和脆性转变温度升高，所以碳含量应该尽量低，考虑大规模生产的成本因素，设计碳含量为：≤0.03，同时用铌元素来稳定碳化物。

硅元素具有良好的抗高温氧化性能，和铬元素一起作用可形成复合型氧化膜，增强不锈钢耐高温浓硫酸腐蚀性能。同时，硅又是稳定铁素体元素，含量不能太高，故设计含量为：0.5～1.5％。

锰元素主要是在炼钢中作为脱氧剂和脱硫剂使用，锰含量过高，会导致铁素体不锈钢焊接性能变差，故设计含量为：≤0.6％。

铌元素主要用来降低不锈钢中碳、氮、硫等间隙元素的含量，以减少晶间腐蚀的概率和降低脆性转变温度，同时可以在一定程度上细化晶粒，提高不锈钢的韧性。参照碳含量范围，设计铌元素含量为：0.25～1.0％。

稀土元素可改善本发明不锈钢的金相组织和加工性能，增强耐腐蚀性。稀土元素可抑制形变铁素体不锈钢再结晶和晶粒长大，起到细化晶粒的作用；同时其可以与氧、硫等有害元素结合，减少钢中的夹杂物，起到提高钢的耐点蚀等局部腐蚀性能。稀土元素过量会引起钢液污染，故设计含量为：0.1～0.5％。

本发明的耐高温浓硫酸的铁素体不锈钢，具有如下优点：不含贵重金属镍，较之高硅不锈钢等成本大大降低，在80～200℃温度范围内，98％wt浓硫酸中，腐蚀速率均小于0.1mm/a，属耐蚀级别，具有优良的力学性能和冷热加工性能，可加工成板材、管材和丝材等。焊接性能优异，焊缝弯曲角达到180度未见裂纹，具有优良的抗点蚀、缝隙腐蚀能力，特别是具有优良的抗应力腐蚀能力，在目前硫酸原料含有较多氯、氟离子的情况下，能有效地扩大设备的使用范围。

具体实施方式

本发明提供一种新型耐高温浓硫酸的铁素体不锈钢，其化学成分(重量百分比)为：C：≤0.03％、Si：0.5～1.5％、Mn：≤0.6％、Cr：25～30％、Mo：1.0～2.5％、Cu：0.5～1.5％、Nb：0.25～1.0％、Re：0.1～0.5％，余量为铁。

本发明不锈钢热加工可采用锻造和轧制的方式，开锻温度1020℃～1120℃，终锻温度大于750℃，开轧温度1100℃～1200℃，终轧温度大于800℃，本发明不锈钢的退火温度为950℃～1060℃，本发明不锈钢热处理后的冷却方式为水冷。

本发明不锈钢可采用真空感应炉或是电弧炉+AOD炉进行冶炼，也可使用非真空感应炉+电渣炉进行熔炼。

根据本发明所设计的成分范围，在真空感应炉中冶炼了3炉钢，具体化学成份见表1，并与市场上购买的SUS316L、SUS310S、ZeCor板材成份进行对比。将3炉钢分别浇铸成25公斤钢锭，然后锻轧成5mm厚钢板，开锻温度为1100℃，终锻温度为800℃，开轧温度为1180℃，终轧温度为850℃，退火处理温度为1050℃，热处理后冷却方式为水冷。

对退火处理后的本发明板材和市场上购买的SUS316L、SUS310S、ZeCor板材进行耐腐蚀性能测试，实验根据中华人民共和国机械行业标准《金属材料实验室均匀腐蚀全侵试验方法》JB/T7901-1999进行。结果如表2。

对退火处理后的本发明板材进行力学性能测试，实验根据中华人民共和国标准《金属材料室温拉伸实验方法》GB/T228-2000进行。结果如表3。

对退火处理后的本发明板材进行焊接，焊条采用本发明不锈钢熔化焊丝，焊接方法为熔化极氩弧焊，焊接过程中用水冷铜块冷却。焊接后力学性能实验按照中华人民共和国标准《焊接接头弯曲试验方法》GB/T2653-2008和中华人民共和国标准《焊接接头拉伸试验方法》GB/T2651-2008进行。结果如表4。

表1本发明不锈钢及对比不锈钢的化学成分wt％

表2本发明不锈钢及对比不锈钢在98％浓硫酸中的腐蚀速率

	80℃	100℃	120℃	140℃	160℃	180℃	200℃
								1#	0.012	0.018	0.021	0.029	0.035	0.024	0.028
2#	0.044	0.048	0.035	0.046	0.052	0.040	0.052
								3#	0.068	0.075	0.080	0.083	0.095	0.071	0.074
316L	0.17	0.61	0.96	0.86	0.75	0.63	0.59
								310S	0.28	0.48	0.50	0.90	0.86	0.42	0.075
ZeCor	0.0023	0.021	0.024	0.032	0.21	0.43	0.56

表3本发明不锈钢的力学性能

表4本发明不锈钢焊缝的力学性能

本发明提供的以高铬为基础，同时辅以钼、铜、铌、稀土等元素补充合金化的高铬铁素体不锈钢，在80℃～200℃的浓硫酸中具有优良的耐均匀腐蚀性能，具有耐氯离子等局部腐蚀性能，焊接后具有良好的韧性与延性。由于其不含镍，因此成本较之奥氏体不锈钢和双相不锈钢大大降低。

本发明的不限于以上实施例及变换。

Claims

1.一种耐高温浓硫酸铁素体不锈钢，其特征在于：包括下列组分且各组分含量(按质量百分比计)为：C≤0.03%、0.5～1.5%的Si、Mn≤0.6％、25～30％的Cr、1.0～2.5%的Mo、0.5～1.5％的Cu、0.25～1.0％的Nb、0.1～0.5％的Re，余量为Fe。

2.一种冶炼加工权利要求1所述不锈钢的方法，其特征在于：热加工采用锻造开坯加轧制的方式，其中开锻温度1020℃～1120℃，终锻温度大于750℃，开轧温度为1100℃～1200℃，终轧温度大于800℃，退火处理温度为950℃～1060℃，热处理后的冷却方式为水冷。

3.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于：所述加工方法是使用电弧炉及AOD炉进行冶炼。

4.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于：所述加工方法是使用真空感应炉及AOD炉进行冶炼。

5.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于：所述加工方法是使用非真空感应炉及电渣炉进行冶炼。