CN108642409A - 一种耐腐蚀超级奥氏体不锈钢及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种耐腐蚀超级奥氏体不锈钢及其制造工艺,该不锈钢包括以下重量百分比组分:C≤0.03%、S≤0.02%、P≤0.03%、Si≤1.0%、Mn 8.0‑10.0%、Cr 19.0‑23.0%、Ni 13.0‑15.0%、Mo 3.0‑5.0%、Cu 1.0‑2.5%、W≤0.5%、V≤0.3%、Nb≤0.3%、B≤0.1%、N 0.3‑0.5%、稀土0.001‑0.1%,余量为Fe。该超级奥氏体不锈钢成本低、耐蚀性优良,可以更好地适应耐硫酸、海水等高腐蚀环境苛刻条件下的装备发展。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢合金材料技术领域,具体涉及一种耐腐蚀超级奥氏体不锈钢及其制造工艺。
背景技术
不锈钢通俗地说就是不易生锈的钢,实际上一部分不锈钢既有不锈性又有耐蚀性。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面富铬氧化膜的形成,这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明,不锈钢在大气、水等弱介质和硝酸等氧化性介质中,其耐蚀性随钢中铬含量的增加而提高,当铬含量达到一定的百分比时,钢的耐蚀性发生突变,即从易生锈到不易生锈,从不耐蚀到耐腐蚀。
近年来,随着原子能工业及海洋石油开采等产业部门的发展,金属材料的使用环境越来越多样化和苛刻化。在这些苛刻的腐蚀环境中,以不锈钢为代表的耐蚀材料被大量采用,但在使用过程中却经常发生点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂及晶间腐蚀等多种腐蚀事故,给国民经济造成了不可估量的经济损失。
奥氏体铬镍不锈钢是在包括常用的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加铬和镍并加入钼、铜、铌和钛等元素发展起来的高Cr-Ni系列不锈钢。奥氏体不锈钢无磁性且有高韧性和塑性,但强度较低。除耐氧化性酸腐蚀外,此类钢如果含有钼和铜等元素还能耐硫酸、磷酸、甲酸、醋酸及尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或钛和镍含量高,就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。由于此类钢具有全面的和良好的综合性能,在汽车工业、家电行业、建筑行业和能源环保等领域有着广阔的应用前景。
发明内容
本发明主要提供了一种耐腐蚀超级奥氏体不锈钢及其制造工艺,该超级奥氏体不锈钢成本低、耐蚀性优良,可以更好地适应耐硫酸、海水等高腐蚀环境苛刻条件下的装备发展。其技术方案如下:
一种耐腐蚀超级奥氏体不锈钢合金,其包括以下重量百分比组分:C≤0.03%、S≤0.02%、P≤0.03%、Si≤1.0%、Mn 8.0-10.0%、Cr19.0-23.0%、Ni 13.0-15.0%、Mo 3.0-5.0%、Cu 1.0-2.5%、W≤0.5%、V≤0.3%、Nb≤0.3%、B≤0.1%、N 0.3-0.5%、稀土0.001-0.1%,余量为Fe。
优选的,所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种。
优选的,所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种与镨、钕、钷、钐中的一种或几种组合而成。
优选的,镧、铈和钇元素中任意一种或多种元素的质量占稀土元素总量大于等于99.5%。
上述耐腐蚀超级奥氏体不锈钢合金的制造工艺,所述工艺包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、轧后退火酸洗步骤。
优选的,所述冶炼具体的为,采用真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种工艺冶炼除稀土元素以外的其他组分,出钢浇铸前加入稀土元素,浇铸温度控制在1500-1650℃。
优选的,所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧,加热温度为1100-1250℃,开坯始锻温度为1050-1150℃,终锻温度为950-1050℃。
优选的,进行热轧时,坯料加热温度为1100-1250℃,开轧温度为1050-1150℃,终轧温度为950-1050℃。
优选的,所述热轧后退火酸洗的固溶退火温度为1000-1100℃,保温5-60分钟,取出水冷并酸洗。
超级奥氏体不锈钢是一种含钼量较高、耐蚀性优良的不锈钢。在具有较好的成型性的前提下(延伸率可达到40%以上),其耐蚀性与316L相比大大提高。尤其是在耐硫酸、海水等苛刻环境下,其耐蚀性更为突出。可广泛用作化工造纸、污水处理、海水环境、高浓度氯离子环境等领域用钢。
本发明各主要合金元素成分及其机理如下:
Cr是不锈钢不可或缺的合金元素,主要通过使不锈钢表面形成Cr2O3钝化膜,降低不锈钢的表面溶解速度以提高其耐蚀性能,高铬能显著提高奥氏体不锈钢在氧化性介质中的耐蚀性能。但铬是主要的铁素体形成元素,过高的铬将导致奥氏体不锈钢合金中出现铁素体相,不能保证室温状态下获得完全无磁的奥氏体组织,因此需要相应更高的镍和锰元素等与之配合,以保证获得室温奥氏体组织。
Mo是超级奥氏体不锈钢中重要的合金元素,能显著提高钢的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能。Mo的耐点蚀和耐缝隙腐蚀的能力相当于Cr的3倍以上,但含量过高时会导致合金成本增加、热加工性能变差及塑性和韧性降低。
Mn在不锈钢中是强烈的形成并稳定奥氏体组织的元素且能提高氮在钢中的溶解度。在节镍型奥氏体不锈钢中,锰与钢中的碳、氮等复合作用,可取代部分贵重的镍元素,确保奥氏体不锈钢在室温下为奥氏体组织。
W在奥氏体不锈钢中能显著提高钢的耐蚀性能。另外,W和Mo共同作用还能降低二次析出相的形成速度,使钢的塑性和耐蚀性均得到一定提高。
Cu在不锈钢中是较弱的奥氏体形成元素,铜的加入可有效提高不锈钢的耐蚀性,尤其是耐硫酸腐蚀性能,另外铜还能提高不锈钢的成型性及抗菌性能。
N在奥氏体不锈钢中是强烈地形成、稳定并扩大奥氏体区的元素。除了可以代替贵重金属镍外,氮还可以在不明显降低奥氏体不锈钢合金塑、韧性的前提下而提高合金的强度。此外,氮还能提高不锈钢合金的耐点蚀性能及延缓碳化物析出等作用。
Nb和V在不锈钢中能起到细化晶粒作用,它们和钢中的C、N有很强的亲和力,能与C、N结合生成稳定的Nb和V的碳氮化物,起到细晶强化作用。同时V对C的固定作用,还能改善不锈钢的耐晶间腐蚀性能。
此外,本发明奥氏体不锈钢中加入稀土元素,不仅能起到净化钢液、细化凝固组织、变质夹杂物的作用,还能起到固溶强化作用;此外,固溶在钢中的稀土能富集在晶界并净化晶界杂质元素,提高本发明合金的强度和耐腐蚀性能。
采用上述方案,本发明具有以下优点:
本发明的超级奥氏体不锈钢合金,在高温浓硫酸中具有优良的耐蚀性能,耐蚀性远远大于SUS316L不锈钢,且室温力学性能良好。其合金成本远低于904L奥氏体不锈钢,本发明不锈钢的点蚀电位最高可达1325mv,点蚀指数最高可达46.5,抗拉强度最高可达926MPa,延伸率在43%以上,可用于制造海水环境、高浓度氯离子环境等领域的管道、泵及阀等设备。因此,如果以其取代SUS316L和904L等奥氏体不锈钢,可大幅降提高合金寿命,对发展资源节约型社会有非常重要的意义。
附图说明
图1为实施例10-12制备的奥氏体不锈钢和对比例1-3钢号在65%H2SO4腐蚀溶液中的腐蚀速率随温度变化的曲线图。
具体实施方式
以下实施例中的实验方法如无特殊规定,均为常规方法,所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。
实施例1-14
实施例1-14中超级奥氏体不锈钢的成分见表1所示。不锈钢的具体加工工艺如下:
(1)冶炼:采用真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种工艺冶炼除稀土元素以外的其他组分,出钢浇铸前加入稀土元素,浇铸温度控制在1500-1650℃;
(2)铸锭或铸锭开坯:采用锻造开坯或连铸连轧,加热温度为1100-1250℃,开坯始锻温度控制在1050-1150℃,终锻温度控制在950-1050℃;
(3)热轧:坯料加热温度1100-1250℃,开轧温度控制在1050-1150℃,终轧温度控制在950-1050℃;
(4)轧后退火酸洗:固溶退火温度为1000-1100℃,保温5-60分钟,取出水冷并酸洗。
本发明奥氏体不锈钢的力学性能和耐腐蚀性能等试样均直接从热轧退火酸洗后的板材上横向取样,经1050℃×30min水冷固溶处理后测试性能。
对比例1-3
冶炼SUS316L、OCr18Ni12Mo2Ti和904L奥氏体不锈钢三种不同钢号,并依次标注为对比例1、2、3。对比试验均在与实施例相同的冶炼、锻造、热处理和抗腐蚀等试验条件下进行。对比例1-3成分见表1所示。
表1实施例1-14制得的不锈钢和对比例1-3钢号的化学成分(wt%)
性能测定
分别对实施例1-14所述的不锈钢和对比例1-3钢号耐腐蚀性能和室温力学性能等进行对比试验,具体结果见下表2-6。
表2实施例1-14制备的奥氏体不锈钢和对比例1-3钢号在30℃
3.5%(wt.%)NaCl溶液中的点蚀指数及点蚀电位
表3实施例1-14制备的奥氏体不锈钢和对比例1-3钢号在50℃
6%(wt.%)FeCl3溶液中的点蚀性能测试
表4实施例1-14制备的奥氏体不锈钢和对比例1-3钢号在50℃
6%(wt.%)FeCl3溶液中的缝隙腐蚀性能测试
表5实施例1-14制得的奥氏体不锈钢与对比例1-3钢号在72h不同温度下不同腐蚀溶液中的均匀腐蚀速率(mm/a)
实施例10-12制得的超级奥氏体不锈钢合金和对比例1-3钢号的腐蚀速率在65%H2SO4腐蚀溶液中随温度变化的曲线,见图1。
表6实施例1-14制得的奥氏体不锈钢和对比例1-3钢号的室温力学性能
对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种耐腐蚀超级奥氏体不锈钢合金,其包括以下重量百分比组分:C≤0.03%、S≤0.02%、P≤0.03%、Si≤1.0%、Mn 8.0-10.0%、Cr 19.0-23.0%、Ni 13.0-15.0%、Mo3.0-5.0%、Cu 1.0-2.5%、W≤0.5%、V≤0.3%、Nb≤0.3%、B≤0.1%、N 0.3-0.5%、稀土0.001-0.1%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀超级奥氏体不锈钢合金,其特征在于:所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀超级奥氏体不锈钢合金,其特征在于:所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种与镨、钕、钷、钐中的一种或几种组合而成。
4.根据权利要求3所述的耐腐蚀超级奥氏体不锈钢合金,其特征在于:镧、铈和钇元素中任意一种或多种元素的质量占稀土元素总量大于等于99.5%。
5.一种权利要求1所述的耐腐蚀超级奥氏体不锈钢合金的制造工艺,其特征在于:所述工艺包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、轧后退火酸洗步骤。
6.根据权利要求5所述的耐腐蚀超级奥氏体不锈钢合金的制造工艺,其特征在于:所述冶炼具体的为,采用真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种工艺冶炼除稀土元素以外的其他组分,出钢浇铸前加入稀土元素,浇铸温度控制在1500-1650℃。
7.根据权利要求5所述的耐腐蚀超级奥氏体不锈钢合金的制造工艺,其特征在于:所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧,加热温度为1100-1250℃,开坯始锻温度为1050-1150℃,终锻温度为950-1050℃。
8.根据权利要求5所述的耐腐蚀超级奥氏体不锈钢合金的制造工艺,其特征在于:进行热轧时,坯料加热温度为1100-1250℃,开轧温度为1050-1150℃,终轧温度为950-1050℃。
9.根据权利要求5所述的耐腐蚀超级奥氏体不锈钢合金的制造工艺,其特征在于:所述热轧后退火酸洗的固溶退火温度为1000-1100℃,保温5-60分钟,取出水冷并酸洗。
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