CN103194690A - 耐晶间腐蚀不锈钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种耐晶间腐蚀不锈钢，其化学组成，以质量分数计，含有：不超过0.06％的碳(C)、不超过1.2％的硅(Si)、不超过1.5％的锰(Mn)、不超过0.015％的硫(S)、不超过0.020％的磷(P)、约20.0％至24.0％的铬(Cr)、约9.0至120％的镍(Ni)、约0.3至0.5％的铌(Nb)、约0.2％至0.4％的钛(Ti)、约3.0％至5.0％的钼(Mo)、约2.0％至3.0％的铜(Cu)，约0.04-0.08％的氮(N)、余为铁(Fe)。采用电弧炉或感应炉炼钢，在900-1100℃的温度范围内进行锻造或挤压热加工成型，之后进行热处理，具体为：在1100-1200℃之间固溶处理0.5-2小时，快冷，再在800℃时效1-2小时。本发明耐晶间腐蚀不锈钢及制备方法，成分设计合理，制备工艺简便，强度高，抗腐蚀性能好，尤其是抗晶间腐蚀。

Description

耐晶间腐蚀不锈钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐晶间腐蚀不锈钢材料及其制备方法，该钢具有良好的强度和抗腐蚀和晶间腐蚀性能，可以适用于石油和化工等领域，属于材料工程技术领域。

背景技术

不锈钢材料的含Cr量在12％以上，相对于低Cr含量的钢等具有耐腐蚀性能的显著优势，广泛应用于日常生活、石油、化工、航空航天和电力等诸多领域中。不锈钢在一定条件下也会遭受腐蚀，在含酸、碱、盐的介质中就会被腐蚀，其抗腐蚀能力的大小是随着其本身化学组成、热处理、使用条件及环境介质类型而改变。

晶间腐蚀就是不锈钢中常见的一种腐蚀形式，是在晶粒边界附近发生的、选择性的一种腐蚀现象。受这种腐蚀的设备或部件，表面上虽仍呈金属光泽，但因晶粒之间已失去联系，收到敲击时已没有金属的声音，钢质变脆。在微观上晶间腐蚀表现出因在晶界处出现析出相而贫格和杂质聚集等现象，使得晶界很容易遭受腐蚀，以致于晶粒间失去结合力，金属强度完全丧失，导致设备突发性破坏。

石油石化生产中应用着大量的各种酸、碱、盐等腐蚀性介质接触的化工机械与设备的压力容器、管道、阀门、接头及其它设备使用了不同种类的不锈钢材料，特别是处于高温、高压、高流速工况下，这些设备的腐蚀问题尤为突出，腐蚀破坏一般形式为不锈钢化工设备的局部腐蚀破坏，最常见的就是晶间腐蚀。如奥氏体不锈钢回火过程中(400-800℃)过饱和碳部分或全部以Cr23C6形式在晶界析出，造成碳化物附近的碳与铬的浓度急剧下降，在晶界上形成贫铬区，贫铬区作为阳极而遭受腐蚀。对于低碳和超低碳不锈钢来说，不存在碳化物在晶界析出引起贫铬的条件。但一些实验表明，低碳，甚至超低碳不锈钢，特别是高铬、钼钢，在650-850℃受热时，在强氧化介质中，或其电位处于过钝化区时，也发生晶间腐蚀。铁素体不锈钢在900℃以上高温区快冷(淬火或空冷)易产生晶间腐蚀。即使极低碳、氮含量的超纯铁素体不锈钢也难免产生晶间腐蚀。但在700-800℃重新加热可消除晶间腐蚀。由此可见，铁素体不锈钢焊后在焊缝金属和熔合线处易产生晶间腐蚀。18Cr-9Ni钢在温度高于750℃时，不产生晶间腐蚀，而在600-700℃区间，晶间腐蚀倾向最严重。当温度低于600℃时，需长时间才能产生晶间腐蚀倾向，温度低于450℃时基本不产生晶间腐蚀倾向。

本发明涉及一种新型的耐晶间腐蚀奥氏体不锈钢，在酸、碱和盐等环境中具有高温强度、高抗晶间腐蚀性等特点，具有在石油和化工以及等领域用用的广阔前景。

发明内容

本发明提供一种耐晶间腐蚀不锈钢及其制备方法，其含有(以质量分数计)：不超过0.06％的碳(C)、不超过1.2％的硅(Si)、不超过1.5％的锰(Mn)、不超过0.015％的硫(S)、不超过0.020％的磷(P)、约20.0％至24.0％的铬(Cr)、约9.0至12.0％的镍(Ni)、约0.3至0.5％的铌(Nb)、约0.2％至0.4％的钛(Ti)、约3.0％至5.0％的钼(Mo)、约2.0％至3.0％的铜(Cu)，约0.04-0.08％的氮(N)、余为铁(Fe)。

本发明所提出的耐晶间腐蚀不锈钢，是针对现今石化行业中的酸、碱和一些盐类环境中应用的不锈钢的抗晶间腐蚀性能不足而提出的。通过钢中元素有效组合和平衡，达到控制因高温条件下在晶界析出Cr23C6而造成晶界两侧Cr元素的贫化，使得晶界上的抗腐蚀性能弱化，从而造成晶间腐蚀。所提出的抗晶间腐蚀不锈钢，在于调整成分中的一些关键元素，如Nb、Ti、C和N等，以及控制最终的热处理方法，达到不产生晶间腐蚀的目的。

该钢中主要成分的作用和控制原则为：

碳：在奥氏体不锈钢中碳含量越高，晶间腐蚀倾向越严重，但碳是奥氏体稳定元素，且会形成细小的碳化物强化相，控制在不超过0.06％。

铬：能提高不锈钢耐晶间腐蚀的稳定性，也是高温下表面保护膜形成的关键，在20.0-24.0％之间。

镍：是稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，镍含量的增加会降低碳在奥氏体不锈钢中的溶解度，从而使碳化物析出倾向增强，在9.0-12.0％之间。

钼：含量分别控制在小于3.0-5.0％之间，对抗酸性腐蚀等有利。

铜：含量在2.0-3.0％之间，对钢的抗腐蚀有利。

铌：含量在0.3-0.5％之间，是本发明合金中重要的元素。铌与碳反应形成碳化物，减少晶界碳化物的形成。

钛：在0.2-04％之间，与碳形成碳化物，减少了碳化物的回火析出，从而防止晶界铬的贫化。

本发明钢采用电弧炉或感应炉炼钢，在900-1100℃的温度范围内进行锻造或挤压热加工成型，之后进行热处理，具体的热处理方法为：在1100-1200℃之间固溶处理0.5-2小时，快冷，再在800℃时效1-2小时。进行最终热处理的作用在于，使晶界的碳化物形成趋于稳定，并通过扩散使得晶界和晶内的铬元素趋于平衡分布，消除或降低晶界两侧的铬贫化。

有益效果

采用本发明耐晶间腐蚀不锈钢，成分设计合理，制备工艺简便，强度高，抗腐蚀性能好，尤其是具有优异的抗晶间腐蚀性能，产品不产生或有效的消除了晶间腐蚀现象。

实施方案

依据本发明所提出的耐晶间腐蚀不锈钢及制备方法，在本发明钢的成分范围内进行了三组试验。实施例不锈钢的冶炼采用感应炉冶炼，浇注钢锭后在900-1100℃的温度范围内进行挤压热加工成型，经两火挤压成直径为15mm的棒材。1150℃固溶0.5小时并进行水淬快冷，在800℃时效1小时，之后进行各种测试。

表1是本发明钢实施例的成分表，表2是本发明钢和的室温和高温拉伸性能，表3是本发明钢的耐晶间腐蚀试验结果。

从表2和表3的结果可以看出，本发明钢具有较高的室温和高温力学性能和韧塑性，三炉实施例钢在最终热处理后，则没有出现晶间腐蚀现象。

表1本发明钢实施例的化学成分表

炉号	C	Si	Mn	S	P	Ni	Cr	Mo	Nb	Ti	Cu	N	Fe
														1	0.037	0.48	0.85	0.007	0.009	10.12	22.81	3.91	0.46	0.36	2.21	0.056	余
2	0.049	0.53	0.63	0.007	0.009	10.81	22.21	3.29	0.41	0.31	2.32	0.051	余
														3	0.055	0.50	0.71	0.007	0.009	11.25	23.52	4.09	0.39	0.309	2.61	0.057	余

表2本发明钢实施例的室温和高温拉伸性能

表3本发明钢实施例的晶间腐蚀试验结果

Claims (9)

1.耐晶间腐蚀不锈钢，其特征在于，以质量百分数计，含有：不超过0.06％的碳(C)、不超过1.2％的硅(Si)、不超过1.5％的锰(Mn)、不超过0.015％的硫(S)、不超过0.020％的磷(P)、约20.0％至24.0％的铬(Cr)、约9.0至12.0％的镍(Ni)、约0.3至0.5％的铌(Nb)、约0.2％至0.4％的钛(Ti)、约3.0％至5.0％的钼(Mo)、约2.0％至3.0％的铜(Cu)、约0.04-0.08％的氮(N)，余为铁(Fe)。 

2.根据权利要求1的合金，其含有(以质量％计)不超过0.06％的碳(Cr)。 

3.根据权利要求1的合金，其含有(以质量％计)20-24％的铬(Cr)。 

4.根据权利要求1的合金，其含有(以质量％计)9-12％的镍(Ni)。 

5.根据权利要求1的合金，其含有(以质量％计)2-3％的铜(Cu)。 

6.根据权利要求1的合金，其含有(以质量％计)0.3-0.5％的铌(Nb)。 

7.根据权利要求1的合金，其含有(以质量％计)0.2-0.4％的钛(Ti)。 

8.根据权利要求1的合金，其含有(以质量％计)约0.04-0.08％的氮(N)。 

9.根据权利要求1的合金，其特征在于，该钢的制备和处理过程为：电弧炉或感应炉炼钢，在900-1100℃的温度范围内进行锻造或挤压热加工成型，之后进行热处理，具体为：在1100-1200℃之间固溶处理0.5-2小时，快冷，再在800℃时效1-2小时。 

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