CN110331327A - 一种耐腐蚀的不锈钢材料和使用该材料的加热管及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种耐腐蚀的不锈钢材料和使用该材料的加热管及其应用。本发明包括以下元素：C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤1.50％，Ni25.00‑33.00％，Cr18.00‑25.00％，Mo1.50‑4.00％，Al0.05‑0.65％，Ti0.02‑0.65％，Cu≤0.75％，P≤0.030％，S≤0.015％，Fe余量。本发明的不锈钢材料中铬和镍含量适宜，还含有钼元素，极大地提高了耐腐蚀性能，由其制备的电热水器加热管即使在水质很差的条件下使用时，也具有很好的耐腐蚀性能，极大的降低了加热管的不良率，避免了电热水器出现因腐蚀而造成的漏电现象，提高了电热水器的安全性能和使用性能。

Description

一种耐腐蚀的不锈钢材料和使用该材料的加热管及其应用
技术领域
本发明属于不锈钢材料的技术领域，特别是指一种适用于加热管的不锈钢材料。
背景技术
在日常生活中，人们通常还采用比较传统的方式进行加热，比如：燃烧石油或者煤炭，这种加热方式污染环境。随着科技的进步，开始出现了一些采用不锈钢加热管进行加热的方式，例如：电热水器。电热水器就是利用加热管进行加热的，这种加热管就是在耐高温不锈钢无缝加热管内装入电热丝并空隙部分填满有良好导热性和绝缘性的氧化镁粉后缩管而成，电热丝加热加热管并将热量传递到给水，从而达到加热的目的。
目前，不锈钢加热管主要包括304不锈钢加热管、316L不锈钢加热管、310S 不锈钢加热管、840不锈钢加热管和800不锈钢加热管等，现有的这些不锈钢加热管所用的不锈钢材料的耐腐蚀性较差；通常情况下，其在水质较好的情况下，具有一定的耐腐蚀性能，可以正常使用；但是，在水质较差的情况下使用时，其耐腐蚀性不足的问题就暴露出来了，很容易被腐蚀，从而导致漏电等一系列问题，影响电热水器的使用性能和安全性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀的不锈钢材料，旨在解决现有技术中用于加热管的不锈钢材料中铬和镍元素含量较高而导致其耐腐蚀能力差从而引起电热水器出现漏电现象的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：
在一个方面，本发明的一种耐腐蚀的不锈钢材料，C≤0.03％，Si≤1.00％， Mn≤1.50％，Ni 25.00-33.00％，Cr 18.00-25.00％，Mo 1.50-4.00％，Al 0.05-0.65％， Ti0.02-0.65％，Cu≤0.75％，P≤0.030％，S≤0.015％，Fe余量。
本发明的耐腐蚀的不锈钢材料中铬(Cr)元素含量为18.00-25.00％，镍 (Ni)元素含量为25.00-33.00％，铬元素和镍元素含量适宜，极大地提高了不锈钢材料的耐腐蚀性能；该不锈钢材料还含有1.50-4.00％的钼(Mo)元素，其铝(Al)元素、钛(Ti)元素、铜(Cu)元素和锰(Mn)元素含量适宜，碳(C) 元素、硅(Si)元素、磷(P)元素、硫(S)元素和铁(Fe)元素含量恰当，由其制备的电热水器加热管即使在水质很差的条件下使用时，也具有很好的耐腐蚀性能，极大的降低了加热管的不良率，避免了电热水器出现因腐蚀而造成的漏电现象，提高了电热水器的安全性能和使用性能。
可选地，本发明的一种耐腐蚀的不锈钢材料，包括以下重量百分含量的元素：C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤1.50％，Ni 25.00-32.00％，Cr 19.00-24.00％， Mo 1.50-3.00％，Al 0.05-0.60％，Ti 0.05-0.60％，Cu≤0.75％，P≤0.030％，S ≤0.015％，Fe余量。
在再一个方面，本发明的一种耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：取碳钢、金属镍、金属铬、金属钼、金属铝和金属钛，电炉冶炼，得钢水；在真空或惰性气氛下，将所述钢水进行二次精炼，得钢坯，调整钢坯的成分达到上面任意一项所述的耐腐蚀的不锈钢材料中各元素的含量；连铸或模铸钢坯，制成宽度为1200-1300mm且厚度为200-240mm的粗钢板；粗钢板两次热轧成钢卷，钢卷厚度为3-5mm；钢卷切割，两次冷轧及热处理，制成厚度为 0.25-1mm且宽度400mm以内的钢板，即耐腐蚀的不锈钢材料。
本发明以碳钢、金属镍、金属铬、金属钼、金属铝和金属钛为原料，经过电炉冶炼之后，钢水中各元素含量基本达到要求，在二次精炼的过程中，对各元素含量进行微调，从而得到符合要求的钢坯；钢坯经过连铸或模铸之后，控制宽度和厚度，得到粗钢板，粗钢板经过两次热轧成钢卷，钢卷切割之后经过两次冷轧及热处理，得不锈钢材料；本发明的不锈钢材料的制备方法简单，控制方便，工艺流程短，易于实现产业化。
可选地，所述粗钢板两次热轧成钢卷步骤中，热轧的开轧温度为 1050-1150℃，终轧温度为≥950℃，保轧温度为1100-1200℃。本发明中粗钢板经过两次热轧制成钢卷，控制热轧的开轧、终轧和保轧温度，充分保证了金属的金相结构稳定，保证了金属的性能；本发明的粗钢板热轧容易，操作方便，便于控制。
进一步地，所述钢卷切割，两次冷轧及热处理步骤中，冷轧是在常温下进行。本发明中钢卷经过切割之后进行两次冷轧，冷轧通常是在常温下进行即可，优选在15-25℃下进行，控制冷轧温度，使冷轧后的钢板，热处理容易。
可选地，所述钢卷切割，两次冷轧及热处理步骤中，热处理是在 1000-1100℃下进行，使用惰性气体或氮气和氢气组成的混合气气体作为保护气体。本发明的热处理温度低，并在惰性气体或或者氮气和氢气组成的混合气体的保护作用下进行，通过热处理进一步固化了金属的金相结构，使其结构更加稳定，充分保证了金属的性能，热处理后的钢板具有很好延展性，便于加工制作。
具体地，所述粗钢板两次热轧成钢卷步骤中，钢卷厚度为4mm。本发明进一步控制钢卷的厚度，热轧到4mm厚度，降低了热轧工艺的难度，控制了延伸率，保证了金属的金相稳定，保证了金属性能，降低了后面冷轧工艺的难度。
在另一个方面，本发明的一种加热管，所述加热管是根据上述任意一项所述的耐腐蚀的不锈钢材料制作而成的。本发明的耐腐蚀的不锈钢材料作为外壳制成的加热管，与目前在用的材料制成的加热管相比，在成本不变的条件下，耐腐蚀能力可以提升至少30％，极大的降低了加热管的不良率。
在再一个方面，本发明的上述加热管的制作方法，包括以下步骤：取上面所述的一种耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法所得的耐腐蚀的不锈钢材料，开平，切割；采用氩弧焊焊接成管，焊接过程在密闭空间进行，使用高频退火和超声检漏设备进行检漏；加粉，缩管，退火，弯管成型，退火，焊接，封口，得加热管。
本发明的耐腐蚀的不锈钢材料经过开平、切割和焊接得到加热管的空管，这种空管再经过加粉、缩管、退火、弯管成型、退火、焊接、封口等制作工艺，制成加热管，这种加热管的制作方法简单，便于操作，易于实现产业化，所得的加热管耐腐蚀性能好，特别适用于腐蚀环境恶劣的区域。
在还一个方面，本发明的一种加热管的应用，所述加热管用于电热水器。本发明的加热管用于加热领域，特别是电热水器中，具有耐干烧、耐腐蚀等特点，通过不锈钢材料中元素比例的调整以及钼元素的添加，在成本不增加的情况下，大幅提升了电加热管的耐腐蚀性能。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的不锈钢材料中铬元素和镍元素含量适宜，极大地提高了不锈钢材料的耐腐蚀性能；还含有钼元素，铝元素、钛元素、铜元素和锰元素含量适宜，碳元素、硅元素、磷元素、硫元素和铁元素含量恰当，由其制备的电热水器加热管即使在水质很差的条件下使用时，也具有很好的耐腐蚀性能，极大的降低了加热管的不良率，避免了电热水器出现因腐蚀而造成的漏电现象，提高了电热水器的安全性能和使用性能。其制作方法简单，控制方便，工艺流程短，易于实现产业化。本发明的加热管用于加热领域，特别是电热水器中，具有耐干烧、耐腐蚀等特点，通过不锈钢材料中元素比例的调整以及钼元素的添加，在成本不增加的情况下，大幅提升了电加热管的耐腐蚀性能。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种耐腐蚀的不锈钢材料，包括以下重量百分含量的元素：C≤ 0.03％，Si≤1.00％，Mn≤1.50％，Ni 25.00-33.00％，Cr 18.00-25.00％，Mo 1.50-4.00％，Al0.05-0.65％，Ti 0.02-0.65％，Cu≤0.75％，P≤0.030％，S≤0.015％， Fe余量。
可选地，包括以下重量百分含量的元素：C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤1.50％， Ni25.00-32.00％，Cr 19.00-24.00％，Mo 1.50-3.00％，Al 0.05-0.60％，Ti 0.05-0.60％，Cu≤0.75％，P≤0.030％，S≤0.015％，Fe余量。
本发明的一种耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：取碳钢、金属镍、金属铬、金属钼、金属铝和金属钛，电炉冶炼，得钢水；在真空或惰性气氛下，将所述钢水进行二次精炼，得钢坯，调整钢坯的成分达到上面任意一项所述的耐腐蚀的不锈钢材料中各元素的含量；连铸或模铸钢坯，制成宽度为1200-1300mm且厚度为200-240mm的粗钢板；粗钢板两次热轧成钢卷，钢卷厚度为3-5mm；钢卷切割，两次冷轧及热处理，制成厚度为0.25-1mm且宽度400mm 以内的钢板，即耐腐蚀的不锈钢材料。
可选地，所述粗钢板两次热轧成钢卷步骤中，热轧的开轧温度为 1050-1150℃，终轧温度为≥950℃，保轧温度为1100-1200℃。
进一步地，所述钢卷切割，两次冷轧及热处理步骤中，冷轧是在常温下进行。
可选地，所述钢卷切割，两次冷轧及热处理步骤中，热处理是在 1000-1100℃下进行，使用惰性气体或氢气作为保护气体。
具体地，所述粗钢板两次热轧成钢卷步骤中，钢卷厚度为4mm。
本发明的一种加热管，所述加热管是根据上述任意一项所述的耐腐蚀的不锈钢材料制作而成的。
本发明的一种加热管的制作方法，包括以下步骤：取上面所述的一种耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法所得的耐腐蚀的不锈钢材料，开平及切割；采用氩弧焊焊接成管，焊接过程在密闭空间进行，使用高频退火和超声检漏设备进行检漏；加粉，缩管，退火，弯管成型，退火，焊接，封口，得加热管。
本发明的一种加热管的应用，所述加热管用于电热水器。
实施例一
本发明的一种耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取碳钢、金属镍、金属铬、金属钼、金属铝和金属钛，电炉冶炼，得钢水；
2)在真空气氛下，将上述钢水进行二次精炼，得钢坯，调整钢坯的成分为：
C 0.03％，Si 1.00％，Mn 1.50％，Ni 25.00％，Cr 18.00％，Mo 1.50％，Al0.05％， Ti 0.02％，Cu 0.75％，P 0.030％，S 0.015％，Fe余量；
3)连铸钢坯，制成宽度为1200mm且厚度为200mm的粗钢板；
4)粗钢板两次热轧成钢卷，钢卷厚度为3mm；
5)钢卷切割，两次冷轧及热处理，制成厚度为0.25mm且宽度400mm的钢板，即耐腐蚀的不锈钢材料。
实施例二
本发明的一种耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取碳钢、金属镍、金属铬、金属钼、金属铝和金属钛，电炉冶炼，得钢水；
2)在氮气气氛下，将上述钢水进行二次精炼，得钢坯，调整钢坯的成分为：
C 0.01％，Si 0.50％，Mn 1.0％，Ni 33.00％，Cr 25.00％，Mo 4.00％，Al0.65％， Ti 0.65％，Cu 0.05％，P 0.01％，S 0.005％，Fe余量；
3)模铸钢坯，制成宽度为1300mm且厚度为240mm的粗钢板；
4)粗钢板两次热轧成钢卷，钢卷厚度为5mm，热轧的开轧温度为1050℃，终轧温度为950℃，保轧温度为1100℃；
5)钢卷切割，两次冷轧及热处理，冷轧是在常温下进行，热处理是在1000℃下进行并使用氮气和氢气组成的混合气体作为保护气体，制成厚度为1.0mm且宽度200mm的钢板，即耐腐蚀的不锈钢材料。
实施例三
本发明的一种耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取碳钢、金属镍、金属铬、金属钼、金属铝和金属钛，电炉冶炼，得钢水；
2)在氦气气氛下，将上述钢水进行二次精炼，得钢坯，调整钢坯的成分为：
C 0.02％，Si 0.05％，Mn 0.50％，Ni 28.00％，Cr 20.00％，Mo 2.50％，Al0.30％， Ti 0.20％，Cu 0.30％，P 0.005％，S 0.010％，Fe余量；
3)模铸钢坯，制成宽度为1250mm且厚度为220mm的粗钢板；
4)粗钢板两次热轧成钢卷，钢卷厚度为4mm，热轧的开轧温度为1150℃，终轧温度为1000℃，保轧温度为1200℃；
5)钢卷切割，两次冷轧及热处理，冷轧是在25℃下进行，热处理是在1100℃下进行并使用氩气作为保护气体，制成厚度为0.5mm且宽度300mm的钢板，即耐腐蚀的不锈钢材料。
将实施例一至实施例三所得的三份耐腐蚀的不锈钢材料分别开平、切割，采用氩弧焊焊接成管，焊接过程在密闭空间进行，并使用高频退火和超声检漏设备进行检漏；加粉，缩管，退火，弯管成型，退火，焊接，封口，得加热管制成加热管；将本发明所得的加热管与市售的现有的不锈钢材料制成的加热管 (即对照样，这是一种高镍不锈钢材料制成的加热管)分别进行拉伸、硬度和耐腐蚀性能测试试验，其中，拉伸测试试验根据GB/T 228.1-2010中规定的方法进行测定，硬度测试试验根据GB/T 4340.1-2009中规定的方法进行测定，耐腐蚀性能测试试验实验条件是在3％的三氯化铁溶液中，于20℃下，浸泡24h，测定其腐蚀速率。测试试验如表1所示。
表1不同加热管的性能测试实验结果
由表1可以看出，本发明的方法制备的加热管的拉伸强度Rm、规定非比例延伸强度Rp0.2和断裂伸长率A50mm满足了GB/T 228.1-2010的要求，这与市售的现有的不锈钢材料制成的加热管(即对照样)性能一致；本发明的方法制备的加热管的金属维氏硬度也满足了GB/T 4340.1-2009的要求，这与市售的现有的不锈钢材料制成的加热管(即对照样)性能也一致；但是，本发明的方法制备的加热管的腐蚀速率为0.005g·m-2·h-1，然而，市售的现有的不锈钢材料制成的加热管(即对照样)的腐蚀速率为1.278g·m-2·h-1，因此，本发明的方法制备的加热管的腐蚀速率得到了大大降低。
因此，与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的不锈钢材料中铬元素和镍元素含量适宜，极大地提高了不锈钢材料的耐腐蚀性能；还含有钼元素，铝元素、钛元素、铜元素和锰元素含量适宜，碳元素、硅元素、磷元素、硫元素和铁元素含量恰当，由其制备的电热水器加热管即使在水质很差的条件下使用时，也具有很好的耐腐蚀性能，极大的降低了加热管的不良率，避免了电热水器出现因腐蚀而造成的漏电现象，提高了电热水器的安全性能和使用性能。其制作方法简单，控制方便，工艺流程短，易于实现产业化。本发明的加热管用于加热领域，特别是电热水器中，具有耐干烧、耐腐蚀等特点，通过不锈钢材料中元素比例的调整以及钼元素的添加，在成本不增加的情况下，大幅提升了电加热管的耐腐蚀性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀的不锈钢材料，其特征在于，包括以下重量百分含量的元素：
C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤1.50％，Ni 25.00-33.00％，Cr 18.00-25.00％，Mo1.50-4.00％，Al 0.05-0.65％，Ti 0.02-0.65％，Cu≤0.75％，P≤0.030％，S≤0.015％，Fe余量。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀的不锈钢材料，其特征在于，包括以下重量百分含量的元素：
C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤1.50％，Ni 25.00-32.00％，Cr 19.00-24.00％，Mo1.50-3.00％，Al 0.05-0.60％，Ti 0.05-0.60％，Cu≤0.75％，P≤0.030％，S≤0.015％，Fe余量。
3.一种耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取碳钢、金属镍、金属铬、金属钼、金属铝和金属钛，电炉冶炼，得钢水；
在真空或惰性气氛下，将所述钢水进行二次精炼，得钢坯，调整钢坯的成分达到权利要求1或2所述的耐腐蚀的不锈钢材料中各元素的含量；
连铸或模铸钢坯，制成宽度为1200-1300mm且厚度为200-240mm的粗钢板；
粗钢板两次热轧成钢卷，钢卷厚度为3-5mm；
钢卷切割，两次冷轧及热处理，制成厚度为0.25-1mm且宽度400mm以内的钢板，即耐腐蚀的不锈钢材料。
4.根据权利要求3所述的耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法，其特征在于，
所述粗钢板两次热轧成钢卷步骤中，热轧的开轧温度为1050-1150℃，终轧温度为≥950℃，保轧温度为1100-1200℃。
5.根据权利要求3所述的耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法，其特征在于，
所述钢卷切割，两次冷轧及热处理步骤中，冷轧是在常温下进行。
6.根据权利要求3所述的耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法，其特征在于，
所述钢卷切割，两次冷轧及热处理步骤中，热处理是在1000-1100℃下进行，使用惰性气体或氮气和氢气组成的混合气体作为保护气体。
7.根据权利要求3所述的耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法，其特征在于，
所述粗钢板两次热轧成钢卷步骤中，钢卷厚度为4mm。
8.一种加热管，其特征在于，
所述加热管是根据权利要求1或2所述的耐腐蚀的不锈钢材料制作而成的。
9.根据权利要求8所述的加热管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
取权利要求3所述的一种耐腐蚀的不锈钢材料的制备方法所得的耐腐蚀的不锈钢材料，开平，切割；
采用氩弧焊焊接成管，焊接过程在密闭空间进行，使用高频退火和超声检漏设备进行检漏；
加粉，缩管，退火，弯管成型，退火，焊接，封口，得加热管。
10.根据权利要求8所述的加热管的应用，其特征在于，
所述加热管用于电热水器。
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