CN105970117A

CN105970117A - 一种低Ni抗硫化腐蚀不锈钢及其制造方法

Info

Publication number: CN105970117A
Application number: CN201610353581.6A
Authority: CN
Inventors: 杜晓东; 梁剑; 费积强; 张真; 闫键; 张勇; 罗来马
Original assignee: ZHEJIANG DADA STAINLESS STEEL CO Ltd
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2016-09-28

Abstract

一种低Ni抗硫化腐蚀不锈钢，按重量百分比为：C：0.01‑0.10％、Cr：14.00～16.00％、Si：0～1.00%、Mn：1.60～3.50％、Ni：2.60～3.50％、RE（稀土元素）：0.01～0.40％、P：≤0.045％、S：≤0.045％；除Fe以外的其他金属和非金属元素杂质，总量不超过2％；余量为Fe。本发明通过合金配比以及相配套的制备方法，使制备的抗硫化腐蚀不锈钢在有硫化腐蚀的工作环境下具有很好的耐高温性能和耐腐蚀性，此环境下其寿命是316不锈钢的2倍，成本低20%。

Description

一种低Ni抗硫化腐蚀不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及抗腐蚀不锈钢及其制造方法，更具体地说，尤其是设计一种在硫化腐蚀的工作环境下进行应用的低Ni抗硫化腐蚀不锈钢及其制造方法。

背景技术

在硫化腐蚀的工作环境下服役的不锈钢管等装置最高会承受500～600℃的高温气体、液体的作用和其中所含硫化氢等腐蚀气体的侵蚀，对材质要求非常高，既要有耐高温性能，又要有抗硫化腐蚀性能。国内在硫化腐蚀的工作环境下服役的不锈钢材料大都选用铬镍合金钢304等，国外的材质也基本都是在304的基础上进行延伸，产品耐硫化腐蚀性能一直没有较大突破，加上铬镍合金成本高、使用周期短，频繁更换造成了用户的成本二次增加。

发明内容

本发明是为了避免现有的304等不锈钢成本高，耐硫化腐蚀性能较差、使用寿命较短的不足，提供一种低Ni抗硫化腐蚀不锈钢及其制造方法，该钢不仅具有良好的耐高温性、抗硫化腐蚀性能，而且成本较低。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种低Ni抗硫化腐蚀不锈钢，其各组成元素的重量百分比为：

C：0.01-0.10％、Cr：14.00～16.00％、Si：0～1.00％、Mn：1.60～3.50％、RE(稀土元素)：0.01～0.40％、Ni：2.60～3.50％、P：≤0.045％、S：≤0.045％；

除Fe以外的其他金属和非金属元素总量不超过2％；余量为Fe。

一种低Ni抗硫化腐蚀不锈钢的制造方法，包括以下步骤：配料、共同熔炼、连铸连轧成型；

所述共同熔炼的熔炼温度为1550～1600℃；

所述浇铸成型的浇铸温度为1450～1550℃，浇铸前铸型在200～500℃之间预热，铸锭首先在900～950℃温度下保温2-10小时进行均匀化退火。

浇筑成型采用漏斗型结晶器，浇铸断面宽度:900-1500mm，厚度:70-50mm，浇铸速度：4-5m/min，上引锭杆速度：4m/min，结晶器振幅:±5mm，振频：250次/分钟。

轧前加热出口温度1140±10℃，终轧温度：890±25℃，轧机压下率：40％～50％。轧后采用空冷。

所述热处理包括淬火和回火处理；

所述的淬火和回火处理工艺为：在450～650℃的温度下预热0.5～2小时，再加热到950～1050℃后，淬火处理，随后以500～650℃的温度，回火1～3小时，即可。

本发明方法的设计依据是：

C:C是钢中的组元之一。本发低Ni抗硫化腐蚀不锈钢中C量的控制是为了保证合金得到好的耐蚀性，防止钢中C与Cr形成化合物过多的消耗Cr而降低耐蚀性，含碳量过低，材料的耐蚀性将得以提高，但强度和硬度会不够；含碳量过高，材料的耐蚀性会下降。

Cr：铬是提高钢的耐蚀性的重要元素。以往的304不锈钢中，含铬量在18％左右。本发明低Ni抗硫化腐蚀不锈钢选择铬含量为14－16％之间。Cr有强烈钝化作用，在材料表面形成致密钝化膜，保证钢的耐蚀性和耐热性。因为过低的含铬量对材料的耐腐蚀性不利；而偏高的铬含量会提高成本。另外含铬量的选择还要兼顾铬量与碳量的合理匹配。

Si：有固溶强化、提高耐热性、耐蚀性作用，但Si易使合金脆化，量不宜太多，应不超过1.0％。

Mn：加入Mn元素可取代部分Ni，在明显降低成本的同时，可使合金在室温、空冷态保持为单相奥氏体组织，使合金具有高的耐蚀性。但Mn易使合金脆化，量不宜太多，应不超过3.5％。

Ni：奥氏体不锈钢的基本组成元素，强烈的奥氏体形成元素。量过少则降低耐蚀性，过多则增加成本。

RE(稀土元素)：加入少量稀土可以净化、细化组织，提高耐蚀性。促进Cr的优先氧化，促进完整均匀的Cr₂O₃膜的快速形成，降低生成保护性氧化膜所要求的最低铬量。但因价格昂贵且量多时会对性能有有害作用，故量不能高，应控制在0.4％以下。

P、S及其他金属与非金属元素：P会引起热脆，S易引起冷脆。其他金属与非金属元素在本发明中均作为杂质，其量需严格控制。

本发明合金由于以Mn代Ni保持了合金的耐蚀性，加入的稀土促进表面Cr的优先氧化，促进完整致密均匀的Cr₂O₃膜的快速形成，可明显提升合金的耐硫化腐蚀性能。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明低Ni抗硫化腐蚀不锈钢通过合金设计，使低Ni抗硫化腐蚀不锈钢经熔炼、铸轧和热处理后，获得细小奥氏体组织，硬度为HRB 77～85，屈服强度为230～250MPa，抗拉强度为550～570MPa，延伸率为45～50％。由于Mn代Ni保持了合金的耐蚀性，稀土促进Cr的优先氧化，促进完整均匀的Cr₂O₃膜的快速形成，合金在20～350℃含硫化氢80000PPM石油中均匀腐蚀速率低于0.0001～0.0005g·m^-2·h^-1，在含硫化氢的工作环境下具有很好的耐蚀性，其寿命是含硫化氢的工作环境下使用的304不锈钢的2倍。

2、本发明硫化腐蚀不锈钢按照新的合金设计思路，采用低Ni的合金设计，以低碳(0.01-0.10％)、中铬(14.00-16.00％)、低Ni(2.60-3.50％)为基础，加入适量的Mn、Si及稀土。与304不锈钢相比，由于含Ni量为2.60-3.50％，在不牺牲耐蚀性的前提下，成本明显降低。

以下通过具体实施方式对本发明作进一步描述：

具体实施方式：

其特征是所述低Ni抗硫化腐蚀不锈钢按重量百分比的材料成分为：

C：0.01-0.10％、Cr：14.00～16.00％、Si：0～1.00％、Mn：1.60～3.50％、RE：0.01～0.40％、Ni：2.60～3.50％、P：≤0.045％、S：≤0.045％、余量为Fe；

除以上以外的其他金属和非金属元素为杂质，总量不超过2％；

杂质包括N、H、O、Al、Cu、Nb、Zr、V、W、Co、B、Ta、Mg、Ca、Zn、K、Y、Sn、Pb以及Ba。

本实施例低Ni抗硫化腐蚀不锈钢按重量百分比的材料成分举例如下表：

	C	Cr	Ni	Si	Mn	RE	Fe
								1	0.01	14.0	3.5	0	1.6	0.01	余量
2	0.01	14.0	2.6	0	3.0	0.01	余量
								3	0.01	16.0	2.6	0	3.0	0.01	余量
4	0.01	16.0	2.6	0.5	3.0	0.1	余量
								5	0.05	16.0	2.6	0.5	3.0	0.1	余量
6	0.05	16.0	2.6	0.5	3.0	0.2	余量
								7	0.10	16.0	3.5	1.0	3.5	0.4	余量

上表中的第一组，含碳量为0.01，保证了合金中Cr不被C过多消耗形成碳化物，合金在室温为单相组织，有较好的耐蚀性；Cr、Ni、Mn多元合金化可保证合金的耐蚀性。该合金具有优良的抗硫化腐蚀的能力。

上表中的第二组，较之第一组，Mn量增加1.4％，部分取代Ni,Ni量降低至2.6％,Mn量增加可保证在低Ni的情况下合金室温为单相组织,可降低合金成本。

上表中的第三组，较之第二组，Cr量增加,可提高合金的耐蚀性。

上表中的第四组，较之第三组，Si量增加，可提高合金强度和耐蚀性。RE量增加，促进Cr的优先氧化，促进完整均匀的Cr₂O₃膜的快速形成，降低生成保护性氧化膜所要求的最低铬量,可提高合金耐蚀性。

上表中的第五组，较之第四组,碳含量有所增加,可提高合金强硬度,但对耐蚀性不利。

上表中的第六组，较之第五组，RE量增加，促进Cr的优先氧化，促进完整均匀的Cr₂O₃膜的快速形成，降低生成保护性氧化膜所要求的最低铬量,可提高合金耐蚀性。

上表中的第七组，较之第六组，Si量增加，可提高合金强度和耐蚀性。Ni量增加，可提高合金耐蚀性。RE量增加，促进Cr的优先氧化，促进完整均匀的Cr₂O₃膜的快速形成，降低生成保护性氧化膜所要求的最低铬量,可提高合金耐蚀性。Mn量增加可保证在低Ni的情况下合金室温为单相组织,可降低合金成本。碳含量有所增加,可提高合金强硬度,但对耐蚀性不利。

实施例1：

按重量百分比的合金成分为：0.01％C、14.0％Cr、3.5％Ni、1.6％Mn、0.01％RE、≤0.035％P、≤0.035％S，余量为Fe及杂质。熔炼温度为1580℃，浇铸温度为1480～1520℃。熔炼时加入AL作为脱氧剂(加入的量按重量百分比为0.2％)。采用漏斗型结晶器,浇铸速度:4-5m/min，上引锭杆速度:4m/min,结晶器振幅:±5mm,振频:250次/分钟。轧前加热出口温度1140±10℃，终轧温度：890±25℃，轧机压下率：40％～50％。轧后采用空冷，得到最终型材。

实施例2：

按重量百分比的合金成分为：0.01％C、14.0％Cr、2.6％Ni、0.5％Si、1.6％Mn、0.01％RE、≤0.035％P、≤0.035％S，余量为Fe及杂质。熔炼温度为1580℃，浇铸温度为1480～1520℃。熔炼时加入AL作为脱氧剂(加入的量按重量百分比为0.2％)。采用漏斗型结晶器,浇铸速度:4-5m/min，上引锭杆速度:4m/min,结晶器振幅:±5mm,振频:250次/分钟。轧前加热出口温度1140±10℃，终轧温度：890±25℃，轧机压下率：40％～50％。轧后采用空冷，得到最终型材。

实施例3：

按重量百分比的合金成分为：0.05％C、16.0％Cr、2.6％Ni、0.5％Si、1.6％Mn、0.2％RE、≤0.035％P、≤0.035％S，余量为Fe及杂质。熔炼温度为1580℃，浇铸温度为1480～1520℃。熔炼时加入AL作为脱氧剂(加入的量按重量百分比为0.2％)。采用漏斗型结晶器,浇铸速度:4-5m/min，上引锭杆速度:4m/min,结晶器振幅:±5mm,振频:250次/分钟。轧前加热出口温度1140±10℃，终轧温度：890±25℃，轧机压下率：40％～50％。轧后采用空冷，得到最终型材。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低Ni抗硫化腐蚀不锈钢，其特征在于，所述的不锈钢的各组成元素的重量百分比为：

C：0.01-0.10％、Cr：14.00～16.00％、Si：0～1.00%、Mn：1.60～3.50％、RE：0.01～0.40％、Ni：2.60～3.50％、P：≤0.045％、S：≤0.045％、余量为铁；

所述的不锈钢，按重量百分比计，除以上元素以外的其他金属和非金属元素总量不超过2％。

2.一种低Ni抗硫化腐蚀不锈钢的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：配料、共同熔炼、浇铸成型以及热处理。

3.如权利要求2所述的低Ni抗硫化腐蚀不锈钢的制造方法，其特征在于，所述共同熔炼的温度为1550～1600℃。

4.如权利要求2所述的低Ni抗硫化腐蚀不锈钢的制造方法，其特征在于，所述浇铸成型的浇铸温度为1450～1550℃，浇铸前铸型在200～500℃之间预热，铸锭首先在900～950℃温度下保温2-10小时进行均匀化退火。

5.如权利要求2所述的低Ni抗硫化腐蚀不锈钢的制造方法，其特征在于，所述热处理包括淬火和回火处理。

6.如权利要求5所述的低Ni抗硫化腐蚀不锈钢的制造方法，其特征在于，所述的淬火和回火处理工艺为：在450～650℃的温度下预热0.5～2小时，再加热到950～1050℃后，淬火处理，随后以500～650℃的温度，回火1～3小时，即可。