CN102345999A

CN102345999A - 换热器冷却扁管的不锈钢材料

Info

Publication number: CN102345999A
Application number: CN 201110174749
Authority: CN
Inventors: 方得志
Original assignee: SUZHOU FANGJIYUAN ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU FANGJIYUAN ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-02-08

Abstract

本发明涉及一种换热器冷却扁管的马氏体不锈钢材料，其具有以下组成：C：0.15-0.32wt%、Si：0.3-1.50wt%、Mn：2.2-2.8wt%、Cr：4.5-10.8wt%、Ni：8.5-13.5wt%、Mo：0.5-1.5wt%、N：0.10-0.35wt%、Cu：0.05-0.35wt%,余量为Fe及不可避免的杂质构成。本发明的不锈钢材料耐热性能良好，而且其加工性能良好。

Description

换热器冷却扁管的不锈钢材料

技术领域

本发明涉及一种不锈钢材料，具体的说本发明涉及一种适合用于换热器冷却扁管的不锈钢材料，其具有优异的耐腐蚀性，并且其可加工性能良好。

背景技术

热交换器、换热器、热管等用不锈钢材料含有较高的铬含量，该钢在高温下被氧化，在它们表面形成一层薄的氧化膜，它非常致密而且稳定，从而防止了氧的深透扩散和钢表面的继续氧化。热交换器、换热器、热管等用不锈钢无缝钢管含有较高含量的铬和镍，铬和镍原子尺寸与铁原子尺寸有差异，高含量的铬和镍使晶格发生畸变，组织得到强化，并有较高的再结晶温度，使钢有较高的高温强度。

另一方面，在诸多换热器产品和设备中，都使用海水形式的含氯化物液体作为冷却介质用于冷却目的。由于因氯化物产生的极高腐蚀环境，在这些换热器中使用氯化物液体对使用的材料提出了高的要求。

晶间腐蚀构成了利用海水作为冷却液的板式换热器中的主要问题，因为可能无法避免这样的情况：换热器相邻板之间连接界面的所处位置使得海水会到达相邻板之间由此形成的裂隙或接缝处，并且它们还位于冷却液具有相对高温的位置处，这也是危险的。板式换热器中的晶间腐蚀问题可以通过将所述板彼此焊接并通过密封使它们彼此连接来缓解，但通过这些措施并不能使所述问题消失。

毁坏材料的晶间腐蚀是温度依赖的，并且当用于给定冷却液(在这种情况下是海水)的材料具有低于临界裂隙温度的温度时，基本上不会发生什么，但是当该材料的温度上升至超过该温度时，该材料在所述裂隙处的腐蚀将会非常强烈并会在短时间内毁坏连接，这使得超过所述临界裂隙温度的温度是不可接受的。使用含氯化物的冷却液(如海水)作为冷却介质的板式换热器中，这种晶间腐蚀温度应该为至少50℃、优选至少60℃，用于提供换热器可接受的冷却能力。板式换热器中使用的海水可被氯化从而杀死微生物。如果这些微生物没有通过例如氯化被杀死，那么它们的存在将引起环境腐蚀性的增大。在低温即约40℃以下，氯化本身对于例如不锈钢不会导致任何增加的腐蚀性。而在超过40℃的温度下，由氯化引起的氧化还原电位增加严重地增大了水对于锈斑和晶间腐蚀的腐蚀性，因此限制了用于换热器可用构造材料的选择。在引言中限定类型的、用于在较高温度下使用的板式换热器(即利用含氯化物的冷却液(诸如海水)作为冷却介质)，由于该原因迄今为止几乎专门设置由钛制成的板，该板在海水中具有超过80℃的临界裂隙温度。然而，钛是非常昂贵的材料并且它还不容易获得。

发明内容

鉴于现有技术中使用的不锈钢换热器材料存在的上述目的，本发明的目的是提供一种换热器冷却扁管的不锈钢材料，其相对于钛合金材料成本低廉，具有足够高的耐蚀性能和耐高温性能。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种换热器冷却扁管的马氏体不锈钢材料，其具有以下组成：C：0.15-0.32 wt%、 Si：0.3-1.50 wt%、Mn：2.2 -2.8 wt%、Cr：4.5-10.8 wt%、Ni：8.5 -13.5 wt%、Mo：0.5-1.5 wt%、N：0.10-0.35 wt%、Cu：0.05-0.35 wt%,余量为Fe及不可避免的杂质构成。

下面说明本发明的不锈钢材料的合金成分的意义以及限定理由。

C：

碳提高钢的淬硬性及强度，C含量过低会导致钢的硬度达不到使用要求；C含量过高，易于形成碳化铬沉淀，从而会显著降低钢的耐腐蚀性能。C含量的范围规定为0.15～0.32 wt%。

Si：

在钢制造中用作脱氧剂，并且它增加了制造和焊接期间的流动性。然而Si含量过高会导致不期望的金属间相的沉淀，因此其含量限于0.3-1.50 wt%，更优选的其含量范围为0.5-1.2 wt%；更优选的，其含量范围为0.5-0.9 wt%。

Mn：

可以在一定程度上提高钢的淬透性，增加钢的强度，并且可以增加N在材料中的溶解度。

Cr：

用于提高材料耐腐蚀性的活性元素。高含量的铬暗示在该材料中得到很好的N溶解性。因而，为了改进耐腐蚀性，期望保持尽可能高的Cr含量。在本发明的材料中为了得到良好的耐腐蚀性，铬的含量应该为至少4.5 wt%。然而，高含量的Cr增加了金属间沉淀和形成CrN的风险，并且导致铁素体相的形成，因而铬的含量应该不超过10.8 wt%，优选不超过9.6 wt%。

用于与Cr相配合进一步提高材料的耐蚀性，特别是材料的耐点蚀能力。Ni的含量范围为8.5-13.5 wt%，超过13.5 wt%,材料的耐蚀性提高有限，而且从成本上考虑也难以承受。而其范围低于8.5 wt%时，材料的耐蚀性不足，特别是耐氯离子的点蚀能力不足。优选的其含量范围为10.0-12.5 wt%。

Mo：

钼是改进氯化物环境中耐缝隙腐蚀的活性元素。在本发明中，Mo含量应该处于0.5-1.5 wt%的范围内，加入Mo，与材料中的Cr产生协同作用，有利于提高材料的腐蚀。优选的其含量范围为 0.9-1.5 wt%。

N：

氮的加入能够增加材料的耐腐蚀性、结构稳定性和强度，特别是在提高耐点蚀方面非常有效；而且具有抑制铁素体产生的作用。当N在不锈钢中的含量低于0.10 wt%时作用不能充分发挥，但是如果N的加入量超过0.35 wt%时，形成氮化铬沉淀的风险增大，因而在本申请将N的范围限定为0.10-0.35 wt%。特别优选的，在本发明中，N的含量为0.20-0.35 wt%。

Cu

可被添加用于提高材料在酸性环境中的总体耐腐蚀性，同时少量的Cu不会影响结构稳定性。然而，高含量的Cu暗示固溶度将会过度。因此Cu含量应该限于0.35 wt%，更优选的其含量不高于0.30 wt%。

另一方面，本发明还公开了一种上述马氏体不锈钢材料的制造方法，其包括以下步骤：按上述成分用感应炉熔炼或电弧炉熔炼，通过氩氧精炼法（AOD）或真空吹氧脱碳法（VOD）精炼工艺，经连铸成铸坯；再经热轧，然后热处理，其中，退火：加热温度为650-850℃，保温后缓冷至250℃以下；正火：加热温度为850～110℃，保温后在空气中冷却至室温。所述的不锈钢材料经过冷加工和/或热加工和/或铸造，例如锻造、热压、冷弯加工等现有技术，将其加工成铜合金冷却扁管。

本发明所述的不锈钢材料，观察其金相组织，晶粒细小且均匀对提高材料的耐蚀性有好处；并且其组织中没有发现大量存在电化学腐蚀的异质相，大大减轻了晶间腐蚀发生的倾向，发生点蚀的几率也很小，其抗拉强度大于450 MPa；另外，本发明的不锈钢材料耐热性能良好，而且其加工性能良好。

具体实施方式

下面本发明将结合具体的实施例对本发明做进一步的解释和说明。

按表1所示出的质量百分比，采用上述方法制备本发明所述的不锈钢材料。

表1 母材的化学成分（余量为Fe）

编号	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	N	Cu
									1	0.15	0.3	2.2	4.5	8.5	0.5	0.10	0.05
2	0.18	0.6	2.3	6.0	9.0	0.7	0.15	0.10
									3	0.21	0.9	2.5	6.9	9.5	0.9	0.20	0.15
4	0.25	1.0	2.6	7.8	10.0	1.1	0.25	0.20
									5	0.28	1.2	2.7	9.6	11.5	1.3	0.30	0.28
6	0.32	1.5	2.8	10.8	13.5	1.5	0.35	0.35

将得到的不锈钢材料进行以下性能检测

材料强度测试

为了测定拉伸强度，在常温下将经过冷加工后的材料进行标准拉伸试验，测试材料的抗拉强度。将抗拉强度450 MPa-500 MPa之间者评价为良，低于450 MPa者或者高于600 MPa的评价为不良，超过500 MPa，不高于600 MPa的评价为优。

材料耐腐蚀性能测试

以50×50 mm的大小分别切割出试样，进行盐雾试验（SWAAT试验）。腐蚀试验时间设定为800小时，材料表面没有深度超过0.2 mm的腐蚀坑、评价为良，将有超过0.2 mm的腐蚀坑的试样评价为腐蚀性差，无明显腐蚀坑的，评价为优。测试结果显示在表2中。

表2：试样拉伸强度和盐雾试验结果

试样编号	拉伸强度	SWAAT试验 800小时
			1	良	良
2	优	优
			3	优	优
4	优	优
			5	优	优
6	优	良

Claims

1.一种换热器冷却扁管的马氏体不锈钢材料，其具有以下组成：C：0.15-0.32 wt%、 Si：0.3-1.50 wt%、Mn：2.2 -2.8 wt%、Cr：4.5-10.8 wt%、Ni：8.5 -13.5 wt%、Mo：0.5-1.5 wt%、N：0.10-0.35 wt%、Cu：0.05-0.35 wt%,余量为Fe及不可避免的杂质构成。

2.权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于所述的C的含量为：0.15-0.32 wt%。

3.权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于所述的Si的含量是0.5-0.9 wt%。

4.权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于所述的Cr的含量为：4.5-9.6 wt%。

5.权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于所述的Ni的含量是10.0-12.5 wt%。

6.权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于所述的Mo的含量是0.9-1.5 wt%。

7.权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于所述的N的含量是0.20-0.35 wt%。

8.权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于所述的Cu的含量是0.05-0.30wt%。

9.一种换热器冷却扁管，其特征在于由权利要求1-8所述任一项的换热器冷却扁管的马氏体不锈钢材料制成。