CN105256254A - 一种用于co2气提法制备尿素的气提管材料的制备方法 - Google Patents

一种用于co2气提法制备尿素的气提管材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种CO2气提法制备尿素的气提管材料的制备方法，属于金属材料领域。目前气提管的材料为奥氏体不锈钢，包括00Cr17Ni14Mo2(316L)和耐腐蚀性能和强度较为优异的X2Cr25Ni22Mo2N。本发明是在现有合金成分的基础上，充分利用奥氏体的优异耐蚀性能和铁素体的高强度，设计了一种新的合金成分，通过减少Cr和Mo在铁素体中的扩散以及减少N在奥氏体中的扩散，从而减少奥氏体与铁素体界面处的晶间腐蚀，最终在提高材料强度的同时保证合金具有更优异的耐腐蚀性能。除了气提管的合金成分外，本发明也同时确定了相应的电渣、穿孔以及热处理工艺等关键制造工序。

Description

一种用于CO2气提法制备尿素的气提管材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种用于CO2气提法制备尿素的气提管材料的制备方法。
背景技术
尿素生产装置中的气提塔是尿素生产工艺过程中主要的设备之一。作为尿素生产方法之一的二氧化碳气提法，其气提塔换热管长一般为6m，其尿素装置生产能力的大小一般由气提管数量多少而定。气提管中温度较高的尿素甲铵液中含有氨基甲酸根(COONH2-)、氰酸铵等离子，其对不锈钢表面的钝化膜有破坏作用，严重影响气提管的寿命，因此为了提高气提管的寿命，除了从工艺上进行控制外，如在CO2中加入氧气以提高钢管表面的钝化效果，控制温度，控制氨碳比、水碳比等，选择耐腐蚀性能更为优异的气提管材料也是一个非常重要的措施。
针对尿素生产工艺流程的要求，对于我国全循环法、荷兰CO2气提法以及日本ACES法，确定气提管的成分为奥氏体不锈钢，较早的牌号为00Cr17Ni14Mo2(316L)，其腐蚀速率0.3-0.5mm/年，目前广泛采用耐腐蚀性能和强度更为优异的X2Cr25Ni22Mo2N，其腐蚀速率小于0.15mm/年。最近几年又出现了工业纯钛以及锆材复合管，能够进一步提高气提管的寿命，但是由于钛与锆成本太高，导致其很难大规模的推广应用。因此开发一种即具有优异耐腐蚀性能、同时具备良好力学性能的低成本气提管材料尤为重要。
发明内容
本发明是在现有00Cr17Ni14Mo2和X2Cr25Ni22Mo2N合金成分的基础上，充分利用奥氏体的优异耐蚀性能和铁素体的高强度，并通过控制合金元素的类型、含量以及热处理工艺来控制二者的比例，同时提高奥氏体相、铁素体相自身的耐腐蚀性能，另外，通过减少Cr和Mo在铁素体中的扩散以及减少N在奥氏体中的扩散，减少奥氏体与铁素体界面处的晶间腐蚀，从而提高该材料的整体耐腐蚀性能。
一种用于CO2气提法制备尿素的气提管材料的制备方法，具体内容为：
1)合金成分(wt％)：C：0.015-0.03；Si：0.4-0.8；Mn:2-3；P≤0.03；S≤0.001；Cr：30-33；Ni：7-8；Mo：2-4；W:1.2-1.7；V:0.10-0.3；Nb：0.06-0.10；Al：0.03-0.05；N：0.4-0.8；Cu：0.5-1.5，其余为Fe，其中Nb：Al＝2：1。
2)采用真空感应熔炼母合金和电渣重熔相结合的工艺进行原材料的制备，感应熔炼过程中氮元素采用氮化铬铁的方式加入，氮化铬铁应最后添加，添加前应保证炉内真空低于10-1Pa，添加氮化铬铁的同时充入氮气进行保护，氮气压力控制在0.5MPa，最后出钢浇注成电渣锭；浇注温度应控制在1550-1600℃；电渣渣系成分Al2O3为25-30％；CaO为35-40％；氮化铬铁(FeNCr10-B)为2.5-5％；氮化锰铁2.5-5％；CaF2为20-35％。
3)将电渣锭进行锻造制坯，然后进行热轧成管坯棒材，再进行热轧穿孔最后冷轧，冷轧后将管坯于1100℃-1150℃进行固溶退火，最后进行校直得到最终尺寸规格的成品气提管。
采用上述材料成分和制造工艺，可以制造各种尺寸规格的气提管，并且具有优异的综合性能，包括力学和耐腐蚀性能，因此可以在采用其他材质的厚度规格基础上进一步缩减厚度，达到节约原材料的目的。具体的性能如下表所示:
具体实施方式:
(1)制备长度750mm×外径28mm×壁厚2.5mm气提管
首先按照合金成分配比称取原材料，其中氮元素通过氮化铬铁合金添加，合金成分取中线值，即C：0.02％；Si:0.6％；Mn:2.5％；Cr：32％；Ni：7.5％；Mo：3％；W:1.45％；V:0.2％；Nb：0.08％；Al：0.04％；N：0.6％；Cu：1％，其余为Fe。将原材料采用真空感应炉进行合金冶炼，熔炼加料过程中，应先将除氮化铬铁和铝以外的原材料一起加入炉内进行熔炼，氮化铬铁最后添加，添加前应保证炉内真空低于10-1Pa，添加氮化铬铁的同时充入氮气进行保护，氮气压力应控制为0.5MPa，浇注温度应控制在1550-1600℃。将熔炼合金锭进行电渣重熔，电渣渣系成分仍然取中线值，即Al2O3为27.5％；CaO为37.5％；氮化铬铁(FeNCr10-B)为3.5％；氮化锰铁为4％；CaF2为27.5％。然后将电渣锭进行锻造，锻造温度为1150℃-1180℃，锻造规格按照下一步热轧工序的热轧机规格确定。锻造完成后，将锻造坯体热轧成管坯棒材，热轧温度1150℃-1180℃，再进行热轧穿孔最后冷轧，冷轧后将管坯于1100℃-1150℃进行固溶退火，最后进行校直得到最终尺寸规格的成品气提管。
表1为采用上述合金成分和工艺所制备气提管的性能。
(2)制备长度600mm×外径50mm×壁厚10mm气提管
首先按照合金成分配比称取原材料，其中氮元素通过氮化铬铁合金添加，合金成分取下限值：C：0.015％；Si:0.4％；Mn:2％；Cr：30％；Ni：7％；Mo：2％；W:1.2％；V:0.1％；Nb：0.06％；Al：0.03％；N：0.4％；Cu：0.5％，其余为Fe。将原材料采用真空感应炉进行合金冶炼，熔炼加料过程中，应先将除氮化铬铁以外的原材料一起加入炉内进行熔炼，氮化铬铁最后添加，添加前应保证炉内真空低于10-1Pa，添加氮化铬铁的同时充入氮气进行保护，氮气压力控制在0.5MPa，浇注温度应控制在1550-1600℃。将熔炼合金锭进行电渣重熔，电渣渣系成分Al2O3为30％；CaO为40％；氮化铬铁(FeNCr10-B)为2.5％；氮化锰铁2.5％；CaF2为25％。然后将电渣锭进行锻造，锻造温度为1150℃-1180℃，锻造规格按照下一步热轧工序的热轧机规格确定。锻造完成后，将锻造坯体热轧成管坯棒材，热轧温度1150℃-1180℃，再进行热轧穿孔最后冷轧，冷轧后将管坯于1100℃-1150℃进行固溶退火，最后进行校直得到最终尺寸规格的成品气提管。
表2为采用上述合金成分和工艺所制备气提管的性能。
(3)制备长度300mm×外径100mm×壁厚15mm气提管
首先按照合金成分配比称取原材料，其中氮元素通过氮化铬铁合金添加，合金成分取上限值：C：0.03％；Si:0.8％；Mn:3％；Cr：33％；Ni：8％；Mo：4％；W:1.7％；V:0.3％；Nb：0.1％；Al：0.05％；N：0.8％；Cu：1.5％，其余为Fe。将原材料采用真空感应炉进行合金冶炼，熔炼加料过程中，应先将除氮化铬铁以外的原材料一起加入炉内进行熔炼，氮化铬铁最后添加，添加前应保证炉内真空低于10-1Pa，添加氮化铬铁的同时充入氮气进行保护，氮气压力控制在0.5MPa，浇注温度应控制在1550-1600℃。将熔炼合金锭进行电渣重熔，电渣渣系成分Al2O3为25％；CaO为35％；氮化铬铁(FeNCr10-B)为5％；氮化锰铁5％；CaF2为30％。然后将电渣锭进行锻造，锻造温度为1150℃-1180℃，锻造规格按照下一步热轧工序的热轧机规格确定。锻造完成后，将锻造坯体热轧成管坯棒材，热轧温度1150℃-1180℃，再进行热轧穿孔最后冷轧，冷轧后将管坯于1100℃-1150℃进行固溶退火，最后进行校直得到最终尺寸规格的成品气提管。
表3为采用上述合金成分和工艺所制备气提管的性能。

Claims (2)

1.一种用于CO2气提法制备尿素的气提管材料的制备方法，其特征在于在已有奥氏体不锈钢的基础上，设计了一种新的合金成分，并对相应的冶炼、电渣、锻造、制管、热处理关键工序进行了设计和要求，内容包括：
1)合金成分(wt％)：C：0.015-0.03；Si：0.4-0.8；Mn:2-3；P≤0.03；S≤0.001；Cr：30-33；Ni：7-8；Mo：2-4；W:1.2-1.7；V:0.10-0.3；Nb：0.06-0.10；Al：0.03-0.05；N：0.4-0.8；Cu：0.5-1.5，其余为Fe，其中Nb：Al＝2：1；
2)采用真空感应熔炼母合金和电渣重熔相结合的工艺进行原材料的制备，感应熔炼过程中氮元素采用氮化铬铁的方式加入，氮化铬铁要最后添加，添加前应保证炉内真空低于10-1Pa，添加氮化铬铁的同时充入氮气进行保护，氮气压力控制在0.5MPa，最后出钢浇注成电渣锭；
3)将电渣锭进行锻造制坯，然后进行热轧成管坯棒材，再进行热轧穿孔最后冷轧，冷轧后将管坯于1100℃-1150℃进行固溶退火，最后进行校直得到最终尺寸规格的成品气提管。
2.一种用于CO2气提法制备尿素的气提管材料的制备方法，其特征在于步骤2)所述浇注温度控制在1550-1600℃；熔炼过程中电渣渣系成分Al2O3为25-30％；CaO为35-40％；氮化铬铁FeNCr10-B为2.5-5％；氮化锰铁2.5-5％；CaF2为20-35％。
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