CN1570183A - 一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢，该不锈钢含有铁元素、碳元素，硅元素，锰元素，硫元素，磷元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素以及适量的微量元素。本发明公开的不锈钢材料不仅耐蚀性好，而且具有良好的刚性强度以及冷热加工性能。本发明的不锈钢材料适用于高温氧化性浓硫酸介质，是一种新型廉价的应用材料，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢材料领域，进一步的，本发明涉及一种耐高温耐腐蚀的浓硫酸用不锈钢材料。
背景技术
浓硫酸(H2SO4)具有很强的侵蚀能力，用于浓硫酸的不锈钢必须是耐高温、耐腐蚀性的。目前，现有的国内外产品大部分存在合金含量高，成本高，热加工性能较差，使用领域受限制等问题。
上海钢铁研究所于80年代研制出用于中等温度(50-70℃)浓硫酸介质用的不锈钢，其牌号为RS-2，该钢种耐硫酸腐蚀原理为在铬(Cr)-镍(Ni)-铁(Fe)基不锈钢中添加适量钼(Mo)、铜(Cu)、铌(Nb)等元素使表面钝化膜快速生成，钝化膜的特征要求是比较致密、结合牢固以及较高的力学性能，并阻止硫酸对材料表面进行腐蚀。但RS-2在硫酸温度升高到70℃以上时，表面膜不再稳定，难以抵抗浓硫酸侵蚀。
在国外，牌号包括Carpenter 20cb-3、904L、sanicro28的这些材料均通过调整Cr、Ni、Mo、Cu的成分范围，来达到耐腐蚀的目的，但是这些材料的应用领域为稀硫酸介质，在高温浓硫酸介质中不能使用。
美国Hastelloy公司研制开发的系列产品应用于中高温浓硫酸领域。典型牌号有HC-2000、HC-276、HD-205等，其原理是通过大比例提高Ni含量，Mo含量或Si含量来提高表面膜的生成稳定性，进而达到耐高温浓硫酸腐蚀的目的，这就使产品的合金含量大大提高了。
日本牌号特公昭59-2737的产品，其特点是提高Cr、Ni、Mo、硅(Si)含量，使合金含量高达80％，影响了材料拓展的性价比。
瑞典牌号Sandvic SX和德国KRUPP公司Nicrofer 2509Si7等产品，在硫酸介质中都有较好的表现，但均使用Ni基为主打成分，故价格较为昂贵。
由此可见，本技术领域迫切需要一种耐蚀性好且造价低廉的不锈钢，以提高材料刚性强度，减少材料的用量，并且具有良好的冷热加工性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢，所述的不锈钢含有铁及适量的微量元素，在所述的不锈钢中，还含有碳元素，硅元素，锰元素，硫元素，磷元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素，其中各化学成分根据重量百分比为：碳0.001-0.03％；硅5-9％；锰0.001-0.6％；硫0.001-0.03％；磷0.001-0.03％；铬9-13％；镍14.5-18％；钼1-2％；铜0.5-1.5％，微量元素：0.04-0.07％，余量为所述的铁，进一步的，本发明所述的微量元素为氮和稀土等元素。
作为本发明的优选实施方式之一，本发明的不锈钢包含的所述的碳元素，硅元素，锰元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素的重量百分比为：碳0.03％；硅6.59％；锰0.63％；铬9.42％；镍14.98％；钼1.78％；铜0.88％。
本发明的不锈钢可使用非真空感应炉加电渣重熔炉进行冶炼，也可使用真空感应炉、中频感应炉加电渣重熔炉进行冶炼。
本发明的不锈钢的热加工可采用锻造或轧制的形式，其中开锻温度为1060-1080℃，终锻温度大于850℃，开轧温度为1120-1140℃，终轧温度大于900℃。
本发明的不锈钢的固溶温度控制在1050-1150℃范围内。
本发明的不锈钢的冷却方式可以是水冷或风冷。
本发明通过一种全新配方，采用铬(Cr)，镍(Ni)，硅(Si)，金属钼(Mo)，铜(Cu)配以适当比例合金化，又加入氮(N)和稀土(RE)等元素进行微合金化改性，籍此达到提高其耐高温浓硫酸侵蚀能力的目的。
由于新配方使材料的组织析出大量强化相，本发明的不锈钢的刚性强度指标比国内外相关产品相比提高比例在30-50％，因此本发明耐蚀性好且造价低廉。
金属Cr是不锈钢获得耐蚀性能的最基本的合金元素，Cr热力学不稳定但容易钝化，Cr与Fe基合成固溶体，能把钝化耐蚀的特点发挥极致。在氧化性介质中，Cr能使钢的表面很快生成Cr2O3保护膜，所以，适度的Cr含量既有利于合金钝化，又提高合金耐蚀性。
Ni是热力学不稳定元素，其钝化能力大于Fe，小于Cr。对Fe-Ni基合金而言，腐蚀电位随Ni含量的增加向正的方向移动，且耐蚀性随Ni当量的增加而提高。说明Ni在铁基体中是提高合金的热力学稳定性，这种作用对氧化性介质十分有效。从腐蚀角度看，Fe中加入适量的Ni，其腐蚀速率明显降低，另一方面Ni又是形成奥氏体的元素，可改善合金的工艺和机械性能。
金属Si是提高钢在高温浓硫酸中耐蚀性和钝化膜稳定性最重要的元素，且Si含量应随着浓硫酸温度的提高而增加。
金属Mo是不锈钢和各种耐蚀合金常用的合金化元素。Mo能促进合金的钝化，使钢的表面形成富铬的氧化膜，这种含有Cr，Mo的氧化膜具有很高的稳定性，而且能有效地抑制氯离子引起的点蚀。本发明合金中加入Mo使其在硫酸中的腐蚀电位正移，钝化临界电流锐减。
金属Cu亦是不锈耐蚀钢常用合金化元素。Cu可提高耐硫酸腐蚀性能，Cu的电极电位比氢高，可抑制氢的析出反应。Cu和Mo配合使用能抑制钝化膜的还原溶解。
元素N是强烈的奥氏体形成元素，在体心立方铁中(铁素体)溶解度只有0.05，在面心立方铁(奥氏体)可达0.4，N又是廉价而有效的镍的代用元素(0.1可代2.3-3.0Ni)，N能提高不锈钢的耐蚀性，尤其是耐点蚀和缝隙腐蚀腐蚀性能。不锈钢加N可改善拉伸，疲劳和蠕变性能。
稀土元素主要控制硫化物的形态以及脱氧脱硫，改善钢的力学性能并起到微合金化作用。由于稀土原子在晶界偏聚与其它元素交互作用，引起晶界结构化学成分和能量变化，影响其它元素的扩散和新相的成核长大，导致钢的组织和性能变化。
根据上述理由提出了本发明的新型廉价的耐高温浓硫酸用钢，本发明除了具有优异的抗高温浓硫酸腐蚀性能外，还具有良好的冷热加工性能，可生产出板，棒，丝，带等制品，同时，力学性能颇佳。
本发明在1050-1100℃温度下，保温8-15分钟进行水冷热处理后，其室温力学性能见表1。
表1本发明实例的室温力学性能
| 温度(℃) | 保温时间(分) | Rm(Mpa) | Rp0.2(MPa) | A(％) | 杯突(mm) | Hv5 |
| 1050 | 5 | 915，875 | 390，390 | 83.5，80.0 | 11.7 | 208，212，223 |
| 8 | 885，885 | 400，405 | 80.0，81.0 | 11.7 | 212，212，210 | |
| 10 | 900，905 | 450，445 | 74.5，78.0 | 11.0 | 241，241，241 | |
| 12 | 905，900 | 440，450 | 78.5，77.0 | 11.8 | 241，237，241 | |
| 15 | 910，900 | 450，435 | 75.5，77.5 | 12.3 | 237，241，241 | |
| 60 | 895，890 | 415，415 | 74.5，78.5 | / | 223，219，221 | |
| 1080 | 5 | 885，885 | 400，390 | 77.5，75.0 | 11.0 | 221，221，219 |
| 8 | 865，865 | 375，375 | 73.5，83.5 | 11.0 | 206，214，216 | |
| 10 | 865，875 | 375，380 | 82.5，82.5 | 13.2 | 210，208，208 | |
| 12 | 875，875 | 385，385 | 80.5，78.5 | 11.8 | 206，208，206 | |
| 15 | 870，885 | 375，385 | 80.5，80.0 | 11.7 | 210，204，204 |
| 1100 | 5 | 885，875 | 400，395 | 83.5，80.0 | 12.5 | 206，208，212 |
| 8 | 875，880 | 385，400 | 79.5，78.0 | 12.0 | 227，227，223 | |
| 10 | 880，880 | 395，395 | 82.0，81.5 | 12.2 | 216，219，221 | |
| 12 | 880，890 | 395，395 | 79.5，76.0 | 14.0 | 212，212，214 | |
| 15 | 875，875 | 390，380 | 77.5，79.5 | 12.0 | 214，212，212 |
本发明与美国目前最好的抗氧化性硫酸介质材料HD-205相比，Cr、Mo、Cu含量为其1/2，Ni含量仅为其1/4，而Si含量则显著提高，尽管本发明合金元素的总量大大低于美专利产品，但耐腐蚀性能基本等同，而优于美国HC系列钢种。可见本发明适用于高温氧化性浓硫酸介质中，是一种新型廉价的应用材料，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明：
实施例1
本发明一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢，所述的不锈钢含有铁及适量的微量元素，在所述的不锈钢中，还含有碳元素，硅元素，锰元素，硫元素，磷元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素，其中各化学成分根据重量百分比为：碳0.03％；硅6.59％；锰0.63％；硫0.03％；磷0.03％铬9.42％；镍14.98％；钼1.78％；铜0.88％，微量元素：0.04-0.07％，余量为所述的铁，本发明所述的微量元素为氮和稀土等元素。本发明的不锈钢使用非真空感应炉加电渣重熔炉进行冶炼，本发明的不锈钢的热加工可采用锻造或轧制的形式，其中开锻温度为1060-1080℃，终锻温度大于850℃，开轧温度为1120-1140℃，终轧温度大于900℃，本发明的不锈钢的固溶温度控制在1050-1150℃范围内，本发明的不锈钢的冷却方式是水冷。
实施例2
根据本发明所设计的化学成分范围，在非真空感应炉加电渣重熔炉上冶炼了一炉钢，其具体化学成分见表2。为了使各项性能有所对比，本试验还选用了日本、美国和国内的同类对比钢号逐一进行比较。
表2本发明与对比钢的化学成分
| 序号 | 国别 | 牌号 | 化学成分(％) | |||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Cu | Fe | |||
| 1 | 中国 | 本发明 | 0.030 | 6.59 | 0.63 | 9.42 | 14.98 | 1.78 | 0.88 | 余量 |
| 2 | RS-2 | 0.025 | 0.60 | 0.83 | 19.81 | 25.06 | 2.81 | 2.63 | 余量 | |
| 3 | CN87102390A | 0.025 | 5.56 | 0.68 | 9.5 | 17 | 2.03 | 1.06 | 余量 | |
| 4 | 日本 | 特公昭59-2737 | 0.04 | 4.01 | 0.72 | 23 | 39.10 | 6.98 | 3.02 | 余量 |
| 5 | 美国 | INCO825 | 0.04 | 0.9 | 0.8 | 21 | 42 | 3.0 | 2.0 | 余量 |
| 6 | HC-276 | 0.01 | 0.08 | 1.0 | 16 | 57 | 16 | / | 余量 | |
| 7 | HD-205 | 0.07 | 5.0 | 1.0 | 20 | 65 | 2.5 | 2.0 | 余量 | |
注：HC-276合金另含有4％Mo、0.35％V、2.5％Co。
上述所述的本发明中，微量元素：0.04-0.07％，本发明所述的微量元素为氮和稀土等元素。
将该炉钢浇注成500Kg电渣锭后锻轧成φ40mm的棒材、0.65×1000×2000mm的冷板、以及0.9×200mm的带材(按产品要求)。锻造温度为1060℃，轧制温度为1080℃的板、带经1080℃温度下固溶处理(前者为常化炉，后者为氨分解炉)，棒在1050℃温度下固溶45分钟，并水冷，制成标准腐蚀试样，在98％H2SO4和93％H2SO4中进行腐蚀试验，试验温度选择在90℃、100℃、120℃、130℃、162℃下进行。试验结果见表3和表4。
表3本发明与对比钢在98％H2SO4中的耐蚀性
| 序号 | 国别 | 牌号 | 腐蚀率(g/m2·h) | ||||
| 90℃ | 100℃ | 120℃ | 130℃ | 162℃ | |||
| 1 | 中国 | 本发明 | 0.0075 | 0.003 | 0.007 | 0.0155 | 0.076 |
| 2 | RS-2 | / | 0.42 | / | / | / | |
| 3 | CN87102390A | 0.002 | 0.0248 | 0.0477 | / | / | |
| 4 | 日本 | 特公昭59-2737 | 0.0342 | 0.1061 | 0.2629 | / | / |
| 5 | 美国 | INCO825 | / | 0.46 | / | / | / |
| 6 | HC-276 | 0.075 | 0.23 | / | / | / | |
| 7 | HD-205 | / | / | 0.02 | 0.055 | / | |
表4本发明与对比钢在93％H2SO4中的耐蚀性
| 序号 | 国别 | 牌号 | 腐蚀率(g/m2·h) | |||
| 90℃ | 100℃ | 120℃ | 130℃ | |||
| 1 | 中国 | 本发明 | 0.004 | 0.002 | 0.012 | 0.0165 |
| 2 | RS-2 | / | / | / | / | |
| 3 | CN87102390A | 0.0068 | 0.0306 | 0.0594 | 0.1180 | |
| 4 | 日本 | 特公昭59-2737 | 0.0502 | 0.1060 | 0.3134 | / |
| 5 | 美国 | INCO825 | / | / | / | / |
| 6 | HC-276 | / | / | / | / | |
| 7 | HD-205 | / | / | / | / | |
Claims (10)
1，一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢，所述的不锈钢中含有铁元素及适量的微量元素，其特征在于：在所述的不锈钢中还含有碳元素，硅元素，锰元素，硫元素，磷元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素，其中，各成分的重量百分比如下：
碳：0.001——0.03％；
硅：5——9％；
锰：0.001——0.6％；
硫：0.001——0.03％；
磷：0.001——0.03％；
铬：9——13％；
镍：14.5——18％；
钼：1——2％；
铜：0.5——1.5％；
微量元素：0.04-0.07％，余量为所述的铁。
2，根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于：所述的微量元素为氮和稀土元素。
3，根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于：在所述的不锈钢中，所述的碳元素，硅元素，锰元素，铬元素，镍元素，钼元素，铜元素的重量百分比配比为：碳0.03％；硅6.59％；锰0.63％；铬9.42％；镍14.98％；钼1.78％；铜0.88％。
4，根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于：所述的不锈钢的冶炼使用非真空感应炉加电渣重熔炉。
5，根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于：所述的不锈钢的冶炼使用真空感应炉，中频感应炉+电渣重熔炉冶炼。
6，根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于：所述的不锈钢的热加工采用锻造，开锻温度为1060-1080℃，终锻温度大于850℃。
7，根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于：所述的不锈钢的热加工采用轧制，开轧温度为1120-1140℃，终轧温度大于900℃。
8，根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于：所述的不锈钢的固溶温度控制在1050-1150℃范围内。
9，根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于：所述的不锈钢的冷却方式为水冷。
10，根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于：所述的不锈钢的冷却方式为风冷。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 03141708 CN1570183A (zh) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | 一种耐高温耐腐蚀浓硫酸用不锈钢 |
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| CN1570183A true CN1570183A (zh) | 2005-01-26 |
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|---|---|---|---|---|
| CN102337465A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-02-01 | 宣达实业集团有限公司 | 一种耐高温浓硫酸的铁素体不锈钢 |
| CN107523760A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-12-29 | 张家港浦项不锈钢有限公司 | 一种抗印染液腐蚀的不锈钢及其制造方法与应用 |
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2003
- 2003-07-18 CN CN 03141708 patent/CN1570183A/zh active Pending
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