CN109487171B

CN109487171B - 一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢及其制备方法

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Publication number: CN109487171B
Application number: CN201811567982.7A
Authority: CN
Inventors: 姜锋; 叶鹏程; 陈基良; 汪冰峰; 洪霞
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: CN109487171A

Abstract

本发明一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢，包括下述组分按重量百分比组成：Cr 12.00～15.00，Mo 2.00～4.00，Sn 0.25～0.65，Cu 0.30～0.50，Sb 0.10～0.40，Nb 0.15～0.25，Ti 0.05～0.15，C≤0.15，Fe余量。熔炼后得到是铸件，在1％HCl溶液中，15天的失重比≤0.05％。本发明通过适当调节合金元素含量，加入有助于提高在盐酸中耐蚀性的元素Mo、Sb、Cu等，通过砂模铸造及热处理，从而获得了一种适用于在含Cl^‑、SO₄ ^2‑、NH₄ ⁺等离子的酸雾腐蚀条件工作的耐蚀钢，该钢种在低浓度盐酸中具有较好的耐蚀性，同时在NaCl、NH₄Cl、NaSO₄ ^2‑中具有优良的耐蚀性，可用于解决罗茨鼓风机墙板、侧板受Cl^‑、SO₄ ^2‑、NH₄ ⁺等离子的酸雾腐蚀问题，同时也可用于其他海洋耐蚀工件上。

Description

一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属合金技术领域，尤其涉及一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢及其制备方法。

背景技术

近年来，伴随着国家大力发展石油、化工、医药、清洁能源等行业，材料设备所处的介质环境愈来愈复杂，对工程材料的耐腐蚀性能提出了越来越高的要求。而在工程设计中，经常能遇到以盐酸为反应介质的工况。在盐酸介质中，大多数常用的金属和合金都难以抵挡他的侵蚀。当盐酸介质中同时存在空气和氧化剂时，则腐蚀条件变得极为恶劣，腐蚀现象更为严重。特别是含有一定量FeCl₃(或氯化铜等氧化性盐类)的热浓盐酸，其腐蚀性很强，已成为工业金属和合金以及许多非金属材料不能填补的选材空白。盐酸是一种典型的非氧化性强酸，能完全离解为H⁺和Cl^－，大多数常见的金属材料在盐酸体系下会发生严重的活化腐蚀现象，且随着盐酸浓度与环境温度的增加，其腐蚀速率显著增加。在盐酸介质中，存在着大量的活性很强的氯离子，他能够破坏金属材料表面的钝化膜，引起材料的全面腐蚀、点蚀及奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂等腐蚀。316不锈钢也只在浓度极低的低温下可使用。

在国内与盐酸接触的金属、材料设备管线一般都使用碳钢辅以其他防腐措施，如添加缓蚀剂来延长寿命。但有些环境不能施加这些措施，或总有缓蚀剂等波及不到的部位。在石油、化工行业的设备设计中，关键设备的选材直接关系到设备的使用性能、服役寿命、安全性和经济性。一般情况下，应根据设备所处的工况条件(温度、压力、应力、磨损情况、特殊材质、寿命等)和周围环境条件(温度、湿度、污染、酸碱度等)选择合适的材料。譬如：在变压吸附制氧行业所要求配套的罗茨真空泵，以及化工、化肥行业输送水煤气和半水煤气的罗茨鼓风机，机器在整个运行过程中都面临大量水汽的冲刷以及水份在相变过程中对机器零部件形成的汽蚀现象，造成零部件的寿命大幅度缩短，以致必须对转子或整机予以频繁更换。目前采用进口材料的铸件，导致铸件成本很高(约5万元/吨)，且进口材料铸件的耐蚀性能仍不是十分理想。这样大大增加了罗茨水蒸气压缩机和湿式罗茨真空泵的生产成本。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题在于提供一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢及其制备方法，该耐蚀钢在含Cl^-、SO₄ ^2-、NH₄ ⁺等离子的酸雾环境中具有较好的耐蚀性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢，包括下述组分按重量百分比组成：

Cr 12.00～15.00，Mo 2.00～4.00，Sn 0.25～0.65，Cu 0.30～0.50，Sb 0.10～0.40，Nb 0.15～0.25，Ti 0.05～0.15，C≤0.15，Fe余量。

Cr 12.50～14.50，Mo 2.00～4.00，Sn 0.25～0.65，Cu 0.30～0.50，Sb 0.10～0.40，Nb 0.15～0.25，Ti 0.05～0.15，C≤0.15，Fe余量。

Cr13％，Mo3％，Sn0.3％，Sb0.3％，Cu 0.4％，Nb0.2％，Ti0.1％，C≤0.1％，余量为Fe。

本发明一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢的制备方法，包括以下步骤：

第一步：按设计的合金组分配取各组分，其中：组分钼、铬、铌以钼铁、铬铁、铌铁中间合金的形式加入，其余组分以纯金属的形式加入；

第二步：熔铸，将配取的钼铁、铬铁、铌铁、金属铌、纯铜、纯铁组分加入炉中熔化成钢水后，控制钢水温度至浇注温度1520～1550℃，扒渣，将纯锡、纯锑和纯钛加入钢水中，均温熔化后，加入纯铝脱氧，然后浇铸。

本发明一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢的制备方法，制备的耐蚀钢包括下述组分按质量百分比组成：

本发明一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢的制备方法，纯铜中铜的质量百分含量≥99％、纯铁中铁的质量百分含量≥99％、纯锡中锡的质量百分含量≥99.99％、纯锑中锑的质量百分含量≥99.99％、纯钛中钛的质量百分含量≥99.99％。

本发明一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢的制备方法，熔铸过程中，加入除渣剂进行除渣。所述除渣剂为湘潭市湘豫环保材料有限公司生产的湘豫牌除渣剂。

本发明一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢的制备方法，脱氧剂铝的加入量为钢水质量的0.05-0.15％。

本发明一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢的制备方法，钢水脱氧后，扒渣3～4次，浇铸至金属模具中。

本发明一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢的制备方法，制备得到的耐蚀钢铸件在1％HCl溶液中，15天的失重比≤0.05％；在3.5％氯化钠溶液中，15天的失重比≤0.003％。

有益效果

本发明所设计和制备的耐蚀铸钢，其铸态在3.5％氯化钠溶液中，15天的失重比为0.003％；同等条件下，304L不锈钢在3.5％氯化钠溶液中15天的失重比为0.13％。

本发明所设计和制备的耐蚀铸钢，其铸态在1％稀盐酸溶液中，15天的失重比为0.05％；同等条件下，304L不锈钢在1％稀盐酸溶液中15天的失重比为0.4％。同时延长腐蚀时间，发现铸钢没有较大的重量变化，这证明本发明铸钢在1％稀盐酸溶液中生成致密的氧化膜；相比较304L不锈钢而言速度更快，这在罗茨鼓风机的工况环境中是非常有利的。

本发明所设计和制备的耐蚀铸钢，在Na⁺、H⁺、Cl^-环境中表现出优良的耐蚀性。通过加入Nb、Ti这两种强碳化物结合元素，使其与铸钢中的碳形成Nb、Ti的碳化物，一方面，降低碳与其他金属元素形成碳化物的概率，另一方面，可作为铸钢凝固时的形核质点，提高铸件的力学性能；通过加入Cr、Mo、Cu、Sb、Sn元素并合理配比从而获得良好的耐腐蚀性能，当Cr的含量大于11.7％时，M₂₃C₆生成使得铸钢的电化学腐蚀电势差降低，耐腐蚀性能提高，搭配适量的Mo、Cu、Sb、Sn元素能极大的提高电极电位，降低阴极活性，加速金属表面氧化膜的形成。这为短时间内得到致密氧化膜提供了必要条件，同时快速生成的致密氧化膜对于罗茨鼓风机及类似的使用环境而言是极为有利的。

本发明通过控制Cr与Mo、Cu、Sb、Cu的含量及比例，配合其他适量组分，在适当工艺条件下得到的产品在耐NaCl及稀HCl腐蚀上取得良好效果。

本发明通过适当调节合金元素含量，加入有助于提高在盐酸中耐蚀性的元素Mo、Sb、Cu等，获得了一种适用于在含Cl^-、SO₄ ^2-、NH₄ ⁺等离子的酸雾腐蚀条件工作的耐蚀钢，该钢种在低浓度盐酸中具有较好的耐蚀性，同时在NaCl、NH₄Cl、NaSO₄ ^2-中具有优良的耐蚀性，可用于解决罗茨鼓风机墙板、侧板受Cl^-、SO₄ ^2-、NH₄ ⁺等离子的酸雾腐蚀问题，同时也可用于其他海洋耐蚀工件上。

附图说明

附图1为本发明实施例1制备的合金铸件的阳极极化曲线。

附图2为本发明实施例2制备的合金铸件的阳极极化曲线。

从附图1和附图2可以看出，在曲线到达最低点之前，电流密度随电势增加迅速减小，发明人判断此时在合金表面产生了一层电阻高、耐腐蚀的钝化膜。到达最低点后，随着电势增加电流密度增大，合金发生了阳极氧化。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细说明：

本发明中失重比的计算公式为：

失重比＝(M1—M2)/M1*100％，M1为初始重量，M2为腐蚀之后的重量。

对比例1

304L不锈钢，其组分为：C≤0.03，Cr17～19％，Ni8～11％，Mn≤2％，Si≤1％，P≤0.035％，S≤0.03％。

304L不锈钢在1％HCl中15d失重比为0.4％。

实施例1

本实施例耐蚀铸钢由以下成分组成：C≤0.1％，Cr13％，Mo3％，Sn0.3％，Sb0.3％，Cu 0.4％，Nb≤0.2，Ti≤0.1％，余量为Fe。

测试铸件性能：

所得铸件在1％HCl溶液中，15d失重比为0.05％；延长在1％HCl中腐蚀时间，发现失重比基本不变，说明铸件在1％HCl中生成了致密的氧化膜，这在耐蚀性的提高是有利的。同等条件下304不锈钢在1％HCl失重比为0.4％。

铸件的屈服强度322MPa，抗拉强度334MPa，硬度164～169HBW。

实施例2

本实施例耐蚀铸钢由以下成分组成：C≤0.1％，Cr13％，Mo3％，Sn0.6％，Cu0.4％，Nb≤0.2，Ti≤0.1％，Si≤0.4％，Mn≤0.2％，余量为Fe。

测试铸件性能：

所得铸件在1％HCl溶液中，15d失重比为0.02％。

实施例3

测试铸件性能：

所得铸件在1％NaCl溶液中，15d失重比为0.003％。

Claims

1.一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢，包括下述组分按重量百分比组成：

Cr 12.00~15.00，Mo 2.00~4.00，Sn 0.25~0.65，Cu 0.30~0.50，Sb 0.10~0.40，Nb0.15~0.25，Ti 0.05~0.15，C≤0.15， Fe 余量；

其制备方法，包括以下步骤：

第二步：熔铸，将配取的钼铁、铬铁、铌铁、纯铜、纯铁组分加入炉中熔化成钢水后，控制钢水温度至浇注温度1520~1550°C，扒渣，将纯锡、纯锑和纯钛加入钢水中，均温熔化后，加入纯铝脱氧，然后浇铸。

2.根据权利要求1所述的一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢，包括下述组分按重量百分比组成：

Cr 12.50~14.50，Mo 2.00~4.00，Sn 0.25~0.65，Cu 0.30~0.50，Sb 0.10~0.40，Nb0.15~0.25，Ti 0.05~0.15，C≤0.15，Fe 余量。

3.根据权利要求1所述的一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢，包括下述组分按重量百分比组成：

Cr13%，Mo3%， Sn0.3%，Sb0.3%，Cu 0.4%，Nb0.2%，Ti0.1%，C≤0.1%，余量为 Fe。

4.根据权利要求1所述的一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢，其特征在于：纯铜中铜的质量百分含量≥99%、纯铁中铁的质量百分含量≥99%、纯锡中锡的质量百分含量≥99.99%、纯锑中锑的质量百分含量≥99.99%、纯钛中钛的质量百分含量≥99.99%。

5.根据权利要求1所述的一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢，其特征在于：熔铸过程中，加入除渣剂进行除渣。

6.根据权利要求1所述的一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢，其特征在于：脱氧剂铝的加入量为钢水质量的0.05-0.15%。

7.根据权利要求6所述的一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢，其特征在于：钢水脱氧后，扒渣3~4次进行浇铸。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种耐盐酸腐蚀的耐蚀钢，其特征在于：制备得到的耐蚀钢铸件在1%HCl溶液中，15天的失重比≤0.05%；在3.5%氯化钠溶液中，15天的失重比≤0.003%。