CN109487169A - 一种耐高温耐腐蚀钢材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐高温耐腐蚀钢材及其制备方法，该耐高温耐腐蚀钢材的原料钢各组分的重量百分比分别为：C：0.01‑0.02%，Si：0.4‑0.7%，S：0.001‑0.009%，P：0.01‑0.04%，Mn：1.2‑1.8%，Cr：16.0‑17.0%，Ni：10.0‑12.0%，Mo：2.0‑2.5%，余量为Fe和不可避免的杂质；本发明还提供一种用于制备上述耐高温耐腐蚀钢材的制备方法。采用本发明制备的钢材具有优异的高温强度和耐腐蚀性能，既可以用于制造高温环境中的设备，也可以用于制造海洋环境中的设备或零件，能够有效延长设备的使用寿命。

Description

一种耐高温耐腐蚀钢材及其制备方法

技术领域

本发明涉及不锈钢材料领域，尤其涉及一种耐高温耐腐蚀钢材及其制备方法。

背景技术

石油、化工、冶金、电力、煤炭和国防工业等领域，大量使用工业泵、阀门、管道、糖散器、混合器、解裂器、辐射管等产品，这些产品往往在恶劣的工况条件下运行，有的接触酸性介质，有的处于高温高腐环境中，因此，这些设备中应用的钢材需要具有较好的耐高温、耐腐蚀性能，以满足其工作条件的要求。目前用于高温及高腐环境中的钢材虽然具有一定的耐高温、耐腐蚀性能，但是仍存在高温强度不足、耐腐蚀性能不够高的缺点，容易导致设备的寿命缩短，进而增加维护成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温耐腐蚀钢材及其制备方法，将钢材的成分合理配比，将其制备方法合理设计，增强钢材的高温强度及耐腐蚀性能，延长设备的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种耐高温耐腐蚀钢材，其原料钢各组分的重量百分比分别为：C：0.01-0.02%，Si：0.4-0.7%，S：0.001-0.009%，P：0.01-0.04%，Mn：1.2-1.8%，Cr：16.0-17.0%，Ni：10.0-12.0%，Mo：2.0-2.5%，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，各组分的重量百分比分别为：C：0.02%，Si：0.5%，S：0.009%，P：0.04%，Mn：1.5%，Cr：16.2%，Ni：10.0%，Mo：2.1%，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，各组分的重量百分比分别为：C：0.015%，Si：0.45%，S：0.007%，P：0.03%，Mn：1.4%，Cr：16.0%，Ni：10.2%，Mo：2.0%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提供一种制备上述耐高温耐腐蚀钢材的制备方法，包括以下步骤：

S1：按照C元素0.01-0.02%、Si元素0.4-0.7%、S元素0.001-0.009%、P元素0.01-0.04%、Mn元素1.2-1.8%、Cr元素16.0-17.0%、Ni元素10.0-12.0%、Mo元素2.0-2.5%、余量为Fe元素的重量百分比配比准备原材料；

S2：将含有Fe元素的原材料投入冶炼炉中加热融化，冶炼2小时后加入所述步骤S1中配比好的含有Mn、Cr、Ni、Mo元素的原材料，并脱氧搅拌均匀；

S3：将冶炼后的钢水倒入精炼炉中进行精炼，精炼温度为1700-1750℃，除去钢水中的渣滓；

S4：调整精炼炉温度为1600-1620℃，之后将精炼好的钢水浇注到模具中，浇注后大于12小时成型钢出模，清理打磨成型钢的表面；

S5：炉温低于700℃时成型钢进锻造加热炉，之后加热至1150-1180℃，保温2.5小时；开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃；

S6：将锻造后的钢材放入煤炭炉中回火，回火时间大于60分钟；

S7：切除钢材上的不平整部分，检验钢材生产质量，确保钢材表面无裂纹。

与现有技术相比，本发明提供一种制备上述耐高温耐腐蚀钢材的制备方法，将钢材的成分合理配比，将其制备方法合理设计，增强钢材的高温强度及耐腐蚀性能。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

本发明的一种耐高温耐腐蚀钢材，其原料钢各组分的重量百分比分别为：C：0.01-0.02%，Si：0.4-0.7%，S：0.001-0.009%，P：0.01-0.04%，Mn：1.2-1.8%，Cr：16.0-17.0%，Ni：10.0-12.0%，Mo：2.0-2.5%，余量为Fe和不可避免的杂质。

C（碳）元素是强奥氏体形成元素，是对不锈钢的强度贡献最大的元素，C溶解在钢中形成间隙固溶体，起到固溶强化的作用，另外，C与其他强碳化物形成元素形成碳化物析出时，起到沉淀强化的作用，可显著提高钢的强度、硬度、塑性和韧性。

Si（硅）元素作为还原剂和脱氧剂，能够提高不锈钢的抗拉强度，Si与Mo或Cr等结合，有提高耐腐蚀性能和抗氧化的作用。

一般情况下，S（硫）元素、P（磷）元素是不锈钢中的有害元素，因此需要控制其含量，避免其对不锈钢的强度、韧性、延展性以及耐腐蚀性造成影响。

Mn（锰）是良好的脱氧剂和脱硫剂，有助于提高不锈钢的韧性、强度和硬度。

Cr（铬）元素是主要铁素体形成元素，铬与氧结合能生成耐腐蚀的Cr₂O₃钝化膜，是钢保持耐蚀性的基本元素之一，铬含量增加可提高钢的钝化膜修复能力，改善钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力；较高含量的Cr使得不锈钢具有高的耐点蚀、耐缝隙腐蚀及耐应力腐蚀性能；能增加钢的淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，还能在渗碳钢中形成含Cr的碳化物，从而提高钢的硬度和耐磨性；当钢中Cr含量超过12%时，会使得钢具有良好的高温抗氧化性能和耐氧化性腐蚀的作用，同时能增加钢的热强性。

Ni（镍）元素是主要奥氏体形成元素，能够减缓不锈钢的腐蚀现象；Ni在提高钢的强度的同时对钢的韧性、塑性及其他工艺性能的损害较小，提高钢在高温下的抗氧化和耐热能力。

Mo（钼）元素是碳化物形成元素，在不锈钢中加入Mo后形成的碳化物极其稳定，能够耐氧化性酸介质腐蚀，耐点蚀及耐晶间腐蚀性能好。

因此，采用本发明的成分配比制备的钢材具有优异的强度、韧性、耐磨性、耐高温性能以及耐腐蚀性能。

本发明还提供一种制备上述耐高温耐腐蚀钢材的制备方法，包括以下步骤：

S1：按照C元素0.01-0.02%、Si元素0.4-0.7%、S元素0.001-0.009%、P元素0.01-0.04%、Mn元素1.2-1.8%、Cr元素16.0-17.0%、Ni元素10.0-12.0%、Mo元素2.0-2.5%、余量为Fe元素的重量百分比配比准备原材料，确保原材料中无油、无危险杂质；

S2：将含有Fe元素的原材料投入冶炼炉中加热融化，冶炼2小时后加入步骤S1中配比好的含有Mn、Cr、Ni、Mo元素的原材料，并脱氧搅拌均匀；

S3：将冶炼后的钢水倒入精炼炉中进行精炼，精炼温度为1700-1750℃，除去钢水中的渣滓；这一步骤采用AOD精炼法进行精炼除渣，即向钢水中吹氧的同时，吹入氩气，以降低钢水中的碳、硫含量，使制备的钢材具备较高的耐高温性能和耐腐蚀性能；

S4：调整精炼炉温度为1600-1620℃，之后将精炼好的钢水浇注到模具中，浇注后大于12小时成型钢出模，清理打磨成型钢的表面；

S5：炉温低于700℃时成型钢进锻造加热炉，之后加热至1150-1180℃，保温2.5小时；开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃；这一步骤中，开锻前需要对成型钢进行轻拉，待成型钢具有一定变形量后再对其进行锻造；

S6：将锻造后的钢材放入煤炭炉中回火，回火时间大于60分钟；

S7：切除钢材上的不平整部分，检验钢材生产质量，确保钢材表面无裂纹。

采用本发明的原料配比及制备方法制得的钢材，具有优异的耐高温、耐腐蚀性能，高温抗拉强度高，可用于纸浆和造纸用设备热交换器、染色设备、胶片冲洗设备、管道、沿海区域建筑物外部用材料，还可以用于海洋用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备中，照像、食品工业、沿海地区设施中，可以有效延长设备或零件的使用寿命，降低维护成本。

本发明的实施例1的耐高温耐腐蚀钢材的原料钢各组分的重量百分比分别为：C：0.02%，Si：0.5%，S：0.009%，P：0.04%，Mn：1.5%，Cr：16.2%，Ni：10.0%，Mo：2.1%，余量为Fe和不可避免的杂质。

其制备方法包括以下步骤：

S1：按照C元素0.02%、Si元素0.5%、S元素0.009%、P元素0.04%、Mn元素1.5%、Cr元素16.2%、Ni元素10.0%、Mo元素2.1%、余量为Fe元素的重量百分比配比准备原材料，确保原材料中无油、无危险杂质；

S2：将含有Fe元素的原材料投入冶炼炉中加热融化，冶炼2小时后加入步骤S1中配比好的含有Mn、Cr、Ni、Mo元素的原材料，并脱氧搅拌均匀；

S3：将冶炼后的钢水倒入精炼炉中进行精炼，精炼温度为1700-1750℃，除去钢水中的渣滓；这一步骤采用AOD精炼法进行精炼除渣，即向钢水中吹氧的同时，吹入氩气，以降低钢水中的碳、硫含量，使制备的钢材具备较高的耐高温性能和耐腐蚀性能；

S4：调整精炼炉温度为1600-1620℃，之后将精炼好的钢水浇注到模具中，浇注后大于12小时成型钢出模，清理打磨成型钢的表面；

S5：炉温低于700℃时成型钢进锻造加热炉，之后加热至1150-1180℃，保温2.5小时；开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃；开锻前需要对成型钢进行轻拉，待成型钢具有一定变形量后再对其进行锻造；

S6：将锻造后的钢材放入煤炭炉中回火，回火时间大于60分钟；

S7：切除钢材上的不平整部分，检验钢材生产质量，确保钢材表面无裂纹。

本发明的实施例2的耐高温耐腐蚀钢材的原料钢各组分的重量百分比分别为：C：0.015%，Si：0.45%，S：0.007%，P：0.03%，Mn：1.4%，Cr：16.0%，Ni：10.2%，Mo：2.0%，余量为Fe和不可避免的杂质。

其制备方法包括以下步骤：

S1：按照C元素0.015%、Si元素0.45%、S元素0.007%、P元素0.03%、Mn元素1.4%、Cr元素16.0%、Ni元素10.2%、Mo元素2.0%、余量为Fe元素的重量百分比配比准备原材料，确保原材料中无油、无危险杂质；

S2：将含有Fe元素的原材料投入冶炼炉中加热融化，冶炼2小时后加入步骤S1中配比好的含有Mn、Cr、Ni、Mo元素的原材料，并脱氧搅拌均匀；

S3：将冶炼后的钢水倒入精炼炉中进行精炼，精炼温度为1700-1750℃，除去钢水中的渣滓；这一步骤采用AOD精炼法进行精炼除渣，即向钢水中吹氧的同时，吹入氩气，以降低钢水中的碳、硫含量，使制备的钢材具备较高的耐高温性能和耐腐蚀性能；

S4：调整精炼炉温度为1600-1620℃，之后将精炼好的钢水浇注到模具中，浇注后大于12小时成型钢出模，清理打磨成型钢的表面；

S5：炉温低于700℃时成型钢进锻造加热炉，之后加热至1150-1180℃，保温2.5小时；开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃；开锻前需要对成型钢进行轻拉，待成型钢具有一定变形量后再对其进行锻造；

S6：将锻造后的钢材放入煤炭炉中回火，回火时间大于60分钟；

S7：切除钢材上的不平整部分，检验钢材生产质量，确保钢材表面无裂纹。

综上所述，本发明提供一种耐高温耐腐蚀钢材及其制备方法，将各组分的重量分数合理配比，将制备方法中的温度参数等合理设计，有效提高了钢材的高温强度和耐腐蚀性能，既可以用于制造高温环境中的设备，也可以用于制造海洋环境中的设备或零件，能够有效延长设备的使用寿命。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种耐高温耐腐蚀钢材，其特征在于：其原料钢各组分的重量百分比分别为：C：0.01-0.02%，Si：0.4-0.7%，S：0.001-0.009%，P：0.01-0.04%，Mn：1.2-1.8%，Cr：16.0-17.0%，Ni：10.0-12.0%，Mo：2.0-2.5%，余量为Fe和不可避免的杂质；

如权利要求1所述的耐高温耐腐蚀钢材，其特征在于：各组分的重量百分比分别为：C：0.02%，Si：0.5%，S：0.009%，P：0.04%，Mn：1.5%，Cr：16.2%，Ni：10.0%，Mo：2.1%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的耐高温耐腐蚀钢材，其特征在于：各组分的重量百分比分别为：C：0.015%，Si：0.45%，S：0.007%，P：0.03%，Mn：1.4%，Cr：16.0%，Ni：10.2%，Mo：2.0%，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.一种制备如权利要求1所述的耐高温耐腐蚀钢材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：按照C元素0.01-0.02%、Si元素0.4-0.7%、S元素0.001-0.009%、P元素0.01-0.04%、Mn元素1.2-1.8%、Cr元素16.0-17.0%、Ni元素10.0-12.0%、Mo元素2.0-2.5%、余量为Fe元素的重量百分比配比准备原材料；

S2：将含有Fe元素的原材料投入冶炼炉中加热融化，冶炼2小时后加入所述步骤S1中配比好的含有Mn、Cr、Ni、Mo元素的原材料，并脱氧搅拌均匀；

S3：将冶炼后的钢水倒入精炼炉中进行精炼，精炼温度为1700-1750℃，除去钢水中的渣滓；

S4：调整精炼炉温度为1600-1620℃，之后将精炼好的钢水浇注到模具中，浇注后大于12小时成型钢出模，清理打磨成型钢的表面；

S5：炉温低于700℃时成型钢进锻造加热炉，之后加热至1150-1180℃，保温2.5小时；开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃；

S6：将锻造后的钢材放入煤炭炉中回火，回火时间大于60分钟；

S7：切除钢材上的不平整部分，检验钢材生产质量，确保钢材表面无裂纹。