CN116083817A - 双相不锈钢及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于尿素生产的装置中的耐腐蚀性双相不锈钢(铁素奥氏体合金)；及其用途。本公开还涉及由所述双相不锈钢制成的对象。此外，本公开还涉及一种用于尿素生产的方法以及一种用于尿素生产的装置，该装置包括由所述双相不锈钢制成的一个或多个部件，并且涉及一种改造用于尿素生产的现有装置的方法。

Description

双相不锈钢及其用途
本申请是申请日为2016年7月20日、申请号为201680042538.6、发明名称为“双相不锈钢及其用途”的专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及一种适用于尿素生产的装置中的耐腐蚀性双相不锈钢(铁素奥氏体合金)。本公开还涉及由所述双相不锈钢制成的对象以及该双相不锈钢的用途。此外，本公开还涉及一种用于尿素生产的方法以及一种用于尿素生产的装置，该装置包括由所述双相不锈钢制成的一个或多个部件，并且涉及一种改造用于尿素生产的现有装置的方法。
背景技术
双相不锈钢是指铁素奥氏体合金。此类合金具有微观结构，该微观结构包括铁氧体相和奥氏体相。这方面的背景参考文献包括WO 95/00674和US 7,347,903。其中所描述的双相不锈钢为高耐腐蚀性的并且因此可例如用于尿素制造装置的高腐蚀性环境中。
尿素及其生产
尿素(NH2CONH2)可在高温(通常介于150℃和250℃之间)和压力(通常介于12MPa和40MPa之间)下在尿素装置的尿素合成区段中由氨和二氧化碳制得。在该合成过程中，可考虑进行两个连续的反应步骤。在第一步骤中，形成氨基甲酸铵，并且在下个步骤中，将该氨基甲酸铵脱水以便提供尿素。该第一步骤(i)为放热，该第二步骤可被表示为吸热平衡反应(ii)：
(i)2NH3+CO2→H2N-CO-ONH4
Figure BDA0004100097590000011
在典型的尿素生产装置中，前述反应在尿素合成区段中执行，以便得到含有尿素的水性溶液。在一个或多个后续浓缩区段中，将该溶液浓缩以最终得到熔体而非溶液形式的尿素。该熔体进一步经受一个或多个整理步骤，诸如造粒、制粒、成粒、或压实。
一种根据汽提过程制备尿素的经常使用的过程为二氧化碳汽提过程，如例如在Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,Vol.A27,1996,pp.333-350(乌尔曼工业化学百科全书，第A27卷，1996年，第333-350页)中所描述的。在这种过程中，合成区段后接一个或多个回收区段。该合成区段包括反应器、汽提器、冷凝器和优选地但非必要的涤气器，其中操作压力在12MPa至18MPa的范围内，诸如从13MPa至16MPa。
在合成区段中，将离开尿素反应器的尿素溶液进料至汽提器，其中大量的未转化的氨和二氧化碳与尿素水溶液分离。
此类汽提器可为其中尿素溶液在管侧处进料至顶部并且用于尿素合成的二氧化碳进料被添加至汽提器的底部的壳管式热交换器。在壳侧处，添加蒸汽以加热溶液。尿素溶液在底部处离开热交换器，而蒸气相在顶部处离开汽提器。离开所述汽提器的蒸气含有氨、二氧化碳、惰性气体、和少量的水。
所述蒸气通常在降膜型热交换器或者可为水平型或垂直型的浸没型冷凝器中被冷凝。水平型浸没式热交换器描述于Ullmann's Encyclopedia of IndustrialChemistry,Vol.A27,1996,pp 333-350(乌尔曼工业化学百科全书，第A27卷，1996年，第333-350页)中。所形成的含有冷凝氨、二氧化碳、水和尿素以及非冷凝的氨、二氧化碳、和惰性蒸气的溶液一起被再循环。
该处理条件为高腐蚀性，尤其是因为热的和浓缩的氨基甲酸盐溶液。为了尝试防止腐蚀，通常为被动空气形式的氧气已被添加至尿素工艺作为被动剂，即氧气的一部分将与钢中的铬一起在设备的不锈钢表面上形成保护性氧化铬层。
在过去，腐蚀呈现的问题是即使尿素制造设备是由不锈钢制成并且即使添加了被动空气，也会非常快地腐蚀并且易于过早置换，并且也因为氧气的存在而造成了内在的不安全状况。这一问题通过使设备即其经受所述腐蚀条件的相关部件由双相不锈钢制成并且更具体地由如WO 95/00674中所述的所谓的超级双相不锈钢制成(该超级双相不锈钢以商标
Figure BDA0004100097590000021
出售)而已得到解决。该超级双相不锈钢增大了铬的含量，氧气和双相钢的组合已允许粗被动所需的氧气量的明显减少以及较低水平的被动腐蚀。因此，用于氨基甲酸盐环境中(例如，用于尿素生产装置中)的超级双相不锈钢非常有效，但是在高温下，即温度高于200℃时例如达到205℃，被动腐蚀的水平可能高于所期望的水平。因此，仍然需要更具耐腐蚀性的双相不锈钢，该双相不锈钢将增加在更高温度下操作的用于尿素生产的装置的特定设备诸如例如HP(高压)汽提器的寿命。
如技术人员将理解的那样，一般地说，双相钢在氨基甲酸盐环境中的用途包括将所述双相钢暴露于所述氨基甲酸盐。此类用途意味着让双相钢接触包含氨基甲酸盐的流体，诸如氨基甲酸盐溶液。这具体地属于浓缩的氨基甲酸盐溶液，诸如浓度为15重量％至95重量％的氨基甲酸铵的氨基甲酸铵溶液，诸如浓度为45重量％至95重量％。更具体地，包含氨基甲酸盐的流体具有高温，诸如高于180℃，诸如高于200℃。
此外，双相不锈钢的用途的另一个问题在于初始微观结构(即在钢制造商制造双相不锈钢时其具有的微观结构)可能在双相不锈钢被进一步处理时改变，例如被焊接。双相不锈钢的微观结构稳定性取决于组成，并且在制造复杂部件时，重要的是具有在工作期间稳定的微观结构的材料，以确保适当的耐腐蚀性以及充分的机械属性。因此，也存在对于具有稳定微观结构的双相不锈钢的需求。
因此，仍然存在对于进一步改进用于尿素生产的装置中所用使用的双相不锈钢材料的需求，尤其是对于暴露于高温和腐蚀性流体的那些部件诸如汽提器管(汽提器的管)。
因此，需要提供具有改善的被动腐蚀速率的耐腐蚀性材料(尤其是在高温下暴露于包含氨基甲酸盐的流体时例如在汽提器管中)，由此延长汽提器的寿命并同时具有汽提器的材料的足够良好的结构稳定性，并且更具体地为将热交换器连接至管板的焊接点的受热影响的区域中的结构稳定性。
发明内容
为了解决前述期望中的一个或多个期望，本公开在一个方面提供了双相不锈钢，该双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.030；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于4.0；
W小于4.0；
N 0.25-0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.02；
P最多0.03；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于4.0。
在本公开中，术语“氨基甲酸盐”和“氨基甲酸铵”可互换地使用。氨基甲酸铵优选地为氨基甲酸盐。
另外，本公开涉及双相不锈钢在氨基甲酸盐环境中的用途，该双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.030；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于5.0；
W小于5.0；
N 0.25至0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.02；
P最多0.03；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于4.0。
此外，本公开涉及上文或下文限定的双相不锈钢的成型对象，并涉及如上文或下文所限定的不锈钢在用于尿素生产的装置中的用途。
本公开还涉及一种用于生产尿素的方法，其中设备的至少一个部件由如上文或下文所限定的双相不锈钢制成，并且用于尿素生产的装置包括一个或多个部件，该一个或多个部件包含如上文或下文所限定的双相不锈钢。
另外，本公开也提供了一种改造用于尿素生产的现有装置的方法，以及通过使用如上文或下文所限定的双相不锈钢来减小尿素装置的被动腐蚀速率的方法。
具体实施方式
本公开涉及双相不锈钢，该双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.030；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于4.0；
W小于4.0；
N 0.25-0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.02；
P最多0.03；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于4.0。
因此，例如本公开涉及双相不锈钢，该双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.020；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于4.0；
W小于4.0；
N 0.25至0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.01；
P最多0.02；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于4.0。
广义地讲，本公开基于审慎的见解，即通过如上文或下文所限定的双相不锈钢对于在高压和高温下暴露于氨基甲酸盐的那些区域来获得更好的耐腐蚀性。因此，所述双相不锈钢专门用于制造在高温下(高于约180℃)暴露于浓缩氨基甲酸铵的部件，诸如热交换器管的部件或例如汽提器中的管。如技术人员了解的那样，具体地对于尿素装置中的设备的氨基甲酸盐暴露，典型的浓缩氨基甲酸盐溶液具有浓度从15重量％至95重量％的氨基甲酸铵，优选地从45重量％至95重量％，并且更优选地从47重量％至92重量％。在一个实施方案中，此类氨基甲酸铵料流包含从85重量％至92重量％的氨基甲酸铵，诸如存在于例如尿素生产装置的高压氨基甲酸盐冷凝器中。在另一个实施方案中，此类氨基甲酸铵料流包含从45重量％至65重量％的氨基甲酸铵，诸如存在于例如尿素生产装置的池式冷凝器中和/或汽提器的入口中，诸如尿素生产装置中的高压汽提器，具体地为CO2汽提型装置。
即使WO 95/00674中所述的超级双相不锈钢在达到高于180℃的温度下在氨基甲酸盐溶液中具有出色的耐腐蚀性(甚至是在氧气为零时)，双相不锈钢的被动腐蚀速率仍然有改进空间，尤其是在温度高于约180℃时(一般是在汽提器管中)。如上文或下文所限定的双相不锈钢在这些极端温度下表现出明显更低的被动腐蚀率。双相不锈钢的优点中的一个优点是为汽提器提供改善的寿命预期，具体地为热交换器管的寿命。
本公开也涉及如上文或下文所限定的双相不锈钢在氨基甲酸盐环境(诸如氨基甲酸铵环境)中的用途，其中双相不锈钢优选地以重量％(wt％)计包含：
C最多0.030；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于5.0；
W小于5.0；
N 0.25至0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.02；
P最多0.03；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于4.0。
因此，例如本公开涉及如上文或下文所限定的双相不锈钢在氨基甲酸盐环境(诸如氨基甲酸铵环境)下的用途，其中双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.020；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于5.0；
W小于5.0；
N 0.25至0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.01；
P最多0.02；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于5.0。
本发明令人惊奇地发现，通过由如上文或下文所限定的双相不锈钢制造汽提器管，工艺中的氧气的添加可被减少至几乎为零并在汽提器管中仍然具有在尿素装置的所有部件中均为较低的被动腐蚀速率。此外，发明人还发现用于评估不锈钢腐蚀的常规使用的测试(诸如在127℃下执行的使用硫酸铁-硫酸测试溶液的Streicher测试)，该不锈钢用于形成双相不锈钢(如WO 95/00674中所述的)，这与在尿素装置中的特定设备(汽提器管)中的实际观察到的腐蚀不相关。因此，进一步改善双相不锈钢的被动腐蚀速率只可能通过在高压的高压釜中的腐蚀测试来实现，该高压釜模拟特定设备诸如汽提器管中常见的实际工艺条件。
双相不锈钢的元素组分大致如上文或下文所限定，并且在下文进一步描述了每个合金元件的功能。
在本公开中碳(C)将被视为杂质元素并在铁氧体和奥氏体相中具有有限的溶解度。该有限的溶解度意味着存在过高百分比的碳化物沉淀风险，其中降低了耐腐蚀性。因此，C元素应当被限制为最多0.030重量％，诸如最多0.020重量％，诸如最多0.017重量％，诸如最多0.015重量％，诸如最多0.010重量％。
硅(Si)在钢材制造时被用作还原添加剂。然而，过高的Si含量增大金属间相的沉淀趋势并降低N的溶解度。因此，Si含量应当被限制为最多0.8重量％，诸如最多0.5重量％，诸如在0.05重量％至0.50重量％的范围内，诸如0.1重量％至0.5重量％。
添加锰(Mn)以增大N的溶解度并用于作为合金元素来替代Ni，因为Mn被视为奥氏体稳定的。然而，Mn可对结构稳定性具有负面影响，并且因此含量为最多2.0重量％，诸如最多1.5％重量％，诸如在0.5重量％至1.5重量％的范围内。
铬(Cr)为用于针对大多数类型的腐蚀获得耐受性的最活跃的元素。在尿素合成时，Cr含量对于耐腐蚀性特别重要，并且因此应当尽可能高。然而，存在高铬含量和良好的结构稳定性之间的平衡。因此，在本公开中，为了实现足够的耐腐蚀性并同时确保结构稳定性，Cr含量应当在29.0重量％至31.0重量％的范围内。因此，Cr的含量从29.0重量％至31.0重量％，诸如从29.00重量％至30.00重量％。
镍(Ni)主要用作奥氏体稳定元素。Ni的优点在于对于结构稳定性没有负面效应。需要至少5.0重量％的Ni含量以确保稳定性，因为如果Ni含量低于5重量％可能会在热处理期间形成氮化铬。然而，Ni可与铵形成强络合物，因此应当确保Ni含量尽可能低。因此，Ni含量在从5.0重量％至9.0重量％的范围内，诸如从5.5重量％至8.5重量％，诸如从5.5重量％至7.5重量％。
钼(Mo)用于改善双相不锈钢的被动性。然而，Mo含量过高导致金属间相的沉淀的风险。因此，Mo小于5.0重量％，例如小于4.0重量％。钨(W)增大对于点状腐蚀和缝隙腐蚀的抗性。然而，过高的W的含量增大金属间相沉淀的风险，尤其是在与高含量的Cr和Mo结合时。因此，W小于5.0重量％，例如小于4.0重量％。为了获得尽可能良好的腐蚀属性，Mo+W的含量应当尽可能高，而对于σ相不具有不合理的高的敏感性。如果Mo+W的含量高于5.0重量％，则σ相的驱动力将非常高，使得难以制备没有σ相的组分。然而，根据本公开，已示出如果W+Mo高于3.0重量％，则双相不锈钢将在汽提器管中具有更少的腐蚀。因此，Mo+W含量高于3.0重量％，但小于5.0重量％，例如小于4.0重量％。此外，如果W+Mo的含量高于3.0重量％但小于4.0重量％，则如上文或下文所限定的双相不锈钢包含低含量的σ相，例如基本上没有σ相，诸如最多0.5重量％，诸如最多0.05重量％。应当更好地避免σ相，因为其可导致双相不锈钢中的脆化，并由此降低耐腐蚀性。
氮(N)为强效奥氏体形成元素并增强奥氏体的重构。另外，N影响Cr和Mo以及Ni在奥氏体相以及铁氧体相中的分布。因此，更高含量的N增大Cr和Mo在奥氏体相中的相对份额。这意味着奥氏体变得更加耐腐蚀，也意味着可在双相不锈钢中加入更高含量的Cr和Mo，同时保持结构稳定性。因此，N含量应当为至少0.25重量％。然而，氮的溶解度有限并且过高含量的氮将增大形成氮化铬的风险，该物质继而影响耐腐蚀性。因此，N应当不超过0.45重量％。因此，N的含量从0.25重量％至0.45重量％，诸如从0.28重量％至0.40重量％。
铜(Cu)在本公开中为任选的元素，并且如果将其加入，将改善在诸如硫酸的酸环境下的一般耐腐蚀性。然而，高含量的Cu将降低点状腐蚀和缝隙腐蚀的抗性。因此Cu的含量应当限制为最多2.0重量％，诸如最多1.0重量％，诸如最多0.8重量％。
硫(S)通过形成易于溶解的硫化物而不利地影响耐腐蚀性。因此S的含量应当限制为最多0.02重量％，诸如最多0.01重量％。
磷(P)为常见的杂质元素。如果存在的量大于约0.03重量％，则其可导致对于例如热延展性、焊接性和耐腐蚀性的不利影响。合金中P的含量应当限制为最多0.03重量％，诸如最多0.02重量％。
当使用术语“最多”时，除非特别说明了另外的数字，技术人员知道范围的下限为0重量％。因此对于C、Si、Mn、Cu、S和P，下限为0重量％，因为它们为任选的组分。
另外，在制造过程中可任选地将其他成分添加至如上文或下文所限定的双相不锈钢以改善可加工性，例如热加工性、机械加工性等。此类元素的示例包括但不限于Ti、Nb、Hf、Ca、Al、Ba、V、Ce和B。如果添加，这些元素将以总计最多0.5重量％的量被添加。任选地，例如对于如上文或下文所限定的合金(包含指定量的限定元素C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、N、Cu、S和P、以及剩余的Fe和不可避免的杂质)，可由所述量的所述限定元素加上最多0.5重量％的所添加的任选元素组成，诸如针对可加工性而被添加，诸如Ti、Nb、Hf、Ca、Al、Ba、V、Ce和B，以及剩余的Fe、以及不可避免的杂质。
在如上文或下文所限定的双相不锈钢中的剩余物质为Fe、以及不可避免的杂质。不可避免的杂质的示例为非特意添加但是无法完全避免的元素和化合物，因为它们通常作为杂质出现在例如用于制造双相不锈钢的材料中。
根据本公开的双相不锈钢的铁氧体的含量对于耐腐蚀很重要。因此，铁氧体含量优选地按体积计在30％至70％的范围内，诸如在30至60体积％的范围内，诸如在30至55体积％的范围内，诸如在40至60体积％的范围内。
可根据传统方法来制备如上文或下文所限定的双相不锈钢，即铸造之后进行热加工和/或冷加工、以及任选的附加热处理。也可例如通过热等静压工艺(HIP)以粉末产品的形式来制备如上文或下文所限定的双相不锈钢。
如上文或下文所限定的双相不锈钢可用于其他应用，其中设备需要良好的耐腐蚀性。双相不锈钢的一些可能的用途的一些示例包括用作过程化学组件的构造材料，这些过程化学组件旨在用于硝酸环境、三聚氰胺生产，用于纸张和纸浆行业(诸如白液环境)，并且用作焊丝材料。钢可用于例如制造无缝管、焊接管、法兰、耦接件、以及金属片。
本公开也涉及一种包括双相不锈钢的成型对象，根据一个实施方案所述对象为管，诸如例如用于尿素生产装置的汽提器管，或用于尿素生产装置中的汽提器的液体分配器。本公开也涉及如上文或下文所限定的双相不锈钢在尿素合成工艺中在上文和下文所述的实施方案中的任一者中的用途。如上文或下文所限定的双相不锈钢的该用途是为了减少用于所述工艺中的设备的一个或多个部件的腐蚀，诸如高压尿素合成区段的一个或多个部件，诸如接触氨基甲酸盐溶液的部件。
本公开的另一方面为提供一种用于生产尿素的方法，其中设备部件中的至少一个设备部件诸如接触氨基甲酸盐溶液的部件由如上文或下文所限定的双相不锈钢制成。氨基甲酸盐溶液可具有小于0.1ppm的氧含量，诸如小于0.04ppm(以重量计)。
本公开的另一方面为提供一种用于尿素生产的装置，其中所述装置包括一个或多个部件，该一个或多个部件包含如上文或下文所限定的双相不锈钢。根据一个实施方案，汽提器管中的一个或多个汽提器管包含如上文或下文所限定的双相不锈钢或者由其制成。根据另一个实施方案，该装置包括高压尿素合成区段，该高压尿素合成区段包括汽提器，其中该汽提器包括至少一个液体分配器，所述液体分配器包含如上文或下文所限定的双相不锈钢。所述双相不锈钢可用于改造用于尿素生产的现有装置的方法，所述装置包括一个或多个组件，该一个或多个组件选自由液体分配器、雷达罩、(控制)阀、和喷射器构成的组，其中所述方法的特征在于一个或多个汽提器管由包含如上文或下文所限定的双相不锈钢的汽提器管来替代。该方法还可在用于通过利用包含如上文或下文所限定的双相不锈钢的汽提器管替代至少一个汽提器管来降低尿素装置的腐蚀速率的方法中使用。
本公开还涉及以下被编号的非限制性实施方案：
实施方案1.0。双相不锈钢在氨基甲酸盐环境中的用途，该双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.030；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于4.0；
W小于4.0；
N 0.25-0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.02；
P最多0.03；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于4.0。
实施方案1.1。双相不锈钢在氨基甲酸盐环境中的用途，该双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.020；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于5.0；
W小于5.0；
N 0.25至0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.01；
P最多0.02；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于5.0。
实施方案1.2。根据实施方案1.0或1.1所述的双相不锈钢的用途，其中Mn为0.5重量％至1.5重量％。
实施方案1.3。根据实施方案1.0、1.1或1.2所述的双相不锈钢的用途，其中Si为0.010重量％至0.50重量％。
实施方案1.4。根据实施方案1.0至1.3中任一项所述的双相不锈钢的用途，其中Ni为5.5重量％至8.5重量％，诸如从5.5重量％至7.5重量％。
实施方案1.5。根据实施方案1.0至1.4中任一项所述的双相不锈钢的用途，其中N为0.28重量％至0.40重量％。
实施方案1.6。根据实施方案1.0至1.5中任一项所述的双相不锈钢，其中该双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.030；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于4.0；
W小于4.0；
N 0.25-0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.02；
P最多0.03；
实施方案1.7。根据实施方案1.6所述的双相不锈钢的用途，其中双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.020；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于4.0；
W小于4.0；
N 0.25至0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.01；
P最多0.02；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于4.0。
实施方案1.8。根据实施方案1.0至1.7中任一项所述的双相不锈钢在尿素合成工艺中的用途，该双相不锈钢用于减少对与氨基甲酸铵溶液接触的高压尿素合成区段的一个或多个部件的腐蚀。
实施方案1.9。一种包含如实施方案1.0至1.7中任一项中所限定的双相不锈钢的成型对象，其中该成型对象为管、用于尿素生产的装置的汽提器管、或用于尿素生产的装置的汽提器的液体分配器。
实施方案1.10。一种用于生产尿素的方法，其中设备的至少一个部件由如在实施方案1.0至1.7中任一项中所限定的双相不锈钢制成，该方法优选地包括形成氨基甲酸铵并将氨基甲酸铵脱水以提供尿素。
实施方案1.11。一种用于尿素生产的装置，其中所述装置包括一个或多个部件，该一个或多个部件包含如在实施方案1.0至1.7中任一项中所限定的双相不锈钢。
实施方案1.12。根据实施方案1.11所述的装置，其中所述一个或多个部件为一个或多个汽提器管。
实施方案1.13。根据实施方案1.11或1.12所述的装置，该装置包括高压尿素合成区段，该高压尿素合成区段包括汽提器，其中该汽提器包括至少一个液体分配器，该至少一个液体分配器包含如在实施方案1.0至1.7中任一项中所限定的双相不锈钢。
实施方案1.14。一种改造用于尿素生产的现有装置的方法，所述装置包括一个或多个组件，该一个或多个组件选自由液体分配器、雷达罩、(控制)阀和喷射器构成的组，其中所述方法的特征在于一个或多个汽提器管由包含如在实施方案1.0至1.7中任一项中所限定的双相不锈钢的汽提器管来替代。
实施方案1.15。一种方法，所述方法用于通过利用包含如在实施方案1.0至1.7中任一项中所限定的双相不锈钢的汽提器管汽提器替代至少一个汽提器管来降低尿素装置的被动腐蚀速率。
实施方案2.0。一种双相不锈钢，该双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.030；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于4.0；
W小于4.0；
N 0.25至0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.02；
P最多0.03；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于4.0。
实施方案2.1。一种双相不锈钢，该双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.020；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于4.0；
W小于4.0；
N 0.25至0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.01；
P最多0.02；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于4.0。
实施方案2.2。根据实施方案2.0或2.1所述的双相不锈钢，其中Mn为0.5重量％-1.5重量％。
实施方案2.3。根据实施方案2.0、2.1或2.2所述的双相不锈钢，其中Si为0.010重量％至0.50重量％。
实施方案2.4。根据实施方案2.0至2.3中任一项所述的双相不锈钢，其中Ni为5.5重量％至8.5重量％，诸如从5.5重量％至7.5重量％。
实施方案2.5。根据实施方案2.0至2.4中任一项所述的双相不锈钢，其中N为0.28重量％至0.40重量％。
实施方案2.6。根据实施方案2.0或2.1所述的双相不锈钢，其中Mn为0.5重量％至1.5重量％，其中Si为0.010重量％至0.50重量％，其中Ni为5.5重量％至8.5重量％，并且其中N为0.28重量％至0.40重量％。
实施方案2.7。一种成型对象，该成型对象包含根据实施方案2.0至2.6中任一项所述的双相不锈钢。
本公开通过下列非限制性实施例而被进一步例示。
实施例
表1示出了在实施例中使用的双相不锈钢的组分。用于测试的对象由270kg钢坯制造而成，该钢坯被热锻造、热轧、冷轧、并且然后经过热处理。
使用高压釜的腐蚀测试
从5mm的条切割样本，这些条的制备方法为：热加温至约1200℃并且在中间阶段(约1100℃)冷轧(室温)，并且最后在1070℃退火。用于测试的样本为试样块的形式，其尺寸为约20×10×3mm。所有表面均通过湿磨法加工和修整。
评估了双相不锈钢在无氧氨基甲酸盐溶液中的耐腐蚀性。选择氨基甲酸盐溶液的组分以模拟比尿素装置中汽提器热交换器管中常见条件更恶劣的条件。测试期间的温度为210℃。在无氧氨基甲酸盐溶液中暴露14天之后计算腐蚀速率。结果示于表3中。可在表中看到，与以较低的腐蚀速率指示的比较性装填物3-5相比，装填物1和2具有更好的耐腐蚀性。
以下程序用于暴露。利用超纯水和乙醇来仔细清洁高压釜。在丙酮和乙醇中清洁试样块(条)并称重，并且测量试样块的尺寸。然后将这些安装在特氟隆样本夹持器上。
将水和尿素添加至高压釜。然后利用氮气来吹扫高压釜，以去除氧气和其他气体。然后将氨添加至高压釜。
次日根据表2中所示的温度特征图而开始加热。该顺序旨在避免过度加热。标本在210℃下暴露14天。
表1。实施例的装填物的组分
装填物 C Si Mn P S Cr Ni Mo W Mo+W N Cu
1 0.012 0.08 1 0.008 0.008 29.07 5.76 0.48 2.55 3.03 0.35 0.01
2 0.012 0.23 1.05 0.005 0.005 29.92 7.17 3.01 - 3.01 0.3 -
3 0.011 0.48 1.06 0.004 0.006 28.74 6.84 2.24 - 2.24 0.34 <0.010
4 0.010 0.11 1.09 0.005 0.006 33.31 6.5 0.48 - 0.48 0.41 <0.010
5 0.010 0.48 4.07 0.004 0.007 30.77 5.08 0.33 - 0.33 0.33 <0.010
表2。高压釜的加热顺序。
Figure BDA0004100097590000171
表3
Figure BDA0004100097590000172
力学测试
通过拉伸测试、冲击测试和硬度测量来评估机械性能。将5mm冷轧和退火处理的条用于拉伸测试和硬度测量。将11mm热轧条用于冲击测试。如上所述来制备条。
在室温下根据ISO6892-1:2009来执行拉伸测试。
冲击测试标本为标准的V字形切口测试件(SSV1)。根据ISO 14556来执行测试。测试在两个温度下执行，室温以及-35℃。
在截取自5mm条的纵向样本的横切表面上执行硬度测量。在条的中心处进行该测量。以10kg(HV10)的负载来执行维氏硬度测量。
在与用于硬度测量的标本相同的标本上执行奥氏体间距测量。根据建议的实践DNV-RP-F112第7节(2008年10月)来执行测量。
力学测试的结果呗显示在下表中：
表4A来自拉伸测试的结果
装填物 Rp0.2(MPa) Rp0.1(MPa) Rm(MPa) A(％)
1 626 717 865 30
2 648 744 878 27
3 566 669 831 31
4 669 755 883 28
5 617 703 817 28
表4B来自冲击测试的结果
装填物 RT-1 RT-2 RT-3
1 146 169 153
2 194 188 178
3 202 208 213
4 172 178 178
5 143 135 150
表4C来自-35℃冲击测试的结果
装填物 测试1(J) 测试2(J) 测试3(J) 平均值(J)
1 107 146 130 128
2 145 141 137 141
3 165 179 186 177
4 37 40 39 39
5 24 23 20 22
表4D硬度测试的结果
Figure BDA0004100097590000181
表4E奥氏体间距的结果
奥氏体间距(μm)
9,7
12,1
4,5
9
12,2

Claims (16)

1.双相不锈钢在氨基甲酸盐环境中的用途，所述用途包括将所述钢暴露于包含氨基甲酸盐的流体，所述双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：C最多0.030；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于4.0；
W小于4.0；
N 0.25-0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.02；
P最多0.03；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于5.0。
2.根据权利要求1所述的双相不锈钢的用途，其中所述双相不锈钢以重量％(wt％)计包含：
C最多0.020；
Si最多0.8；
Mn最多2.0；
Cr 29.0至31.0；
Ni 5.0至9.0；
Mo小于5.0；
W小于5.0；
N 0.25-0.45；
Cu最多2.0；
S最多0.01；
P最多0.02；
剩余的Fe以及不可避免出现的杂质；并且
其中Mo+W的含量大于3.0但小于5.0。
3.根据权利要求1所述的双相不锈钢的用途，其中以重量％(wt.％)计，
Mo小于4.0；
W小于4.0；
并且其中Mo+W的含量大于3.0但小于4.0。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的双相不锈钢的用途，其中Mn为0.5重量％-1.5重量％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的双相不锈钢的用途，其中Si为0.010重量％至0.50重量％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的双相不锈钢的用途，其中Ni为5.5重量％至8.5重量％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的双相不锈钢的用途，其中N为0.28重量％至0.40重量％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的双相不锈钢的用途，其中Mn为0.5重量％-1.5重量％，其中Si为0.010重量％至0.50重量％，其中Ni为5.5重量％至8.5重量％，并且其中N为0.28重量％至0.40重量％。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的双相不锈钢在尿素合成工艺中的用途，所述双相不锈钢用于减少对与氨基甲酸铵溶液接触的高压尿素合成区段的一个或多个部件的腐蚀。
10.一种包含如在权利要求1至7中任一项中所限定的所述双相不锈钢的成型对象，其中所述成型对象为用于尿素生产的装置的汽提器管或用于尿素生产的装置的汽提器的液体分配器。
11.一种用于生产尿素的方法，所述方法包括在尿素生产装置中在尿素形成条件下使氨与二氧化碳反应，其中所述尿素生产装置的所述设备的至少一个部件由如在权利要求1至8中任一项中所限定的双相不锈钢制成，所述方法优选地包括形成氨基甲酸铵并将所述氨基甲酸铵脱水以提供尿素。
12.一种用于尿素生产的装置，其中所述装置包括一个或多个部件，所述一个或多个部件包含如在权利要求1至8中任一项中所限定的双相不锈钢。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述一个或多个部件为一个或多个汽提器管。
14.根据权利要求12或13所述的装置，包括高压尿素合成区段，所述高压尿素合成区段包括汽提器，其中所述汽提器包括至少一个液体分配器，所述至少一个液体分配器包含如在权利要求1至8中任一项中所限定的双相不锈钢。
15.一种改造用于尿素生产的现有装置的方法，所述装置包括一个或多个组件，所述一个或多个组件选自由液体分配器、雷达罩、(控制)阀和喷射器构成的组，其中所述方法包括由包含如在权利要求1至8中任一项中所限定的双相不锈钢的汽提器管来替代一个或多个汽提器管的步骤。
16.一种方法，所述方法用于通过利用包含如在权利要求1至8中任一项中所限定的双相不锈钢的汽提器管汽提器替代至少一个汽提器管来降低尿素装置的被动腐蚀速率。
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