專利名稱:耐濃硫酸不銹鋼的制作方法
本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，是一種鐵基Ni-Cr-Si-Mo-Cu奧氏體不銹鋼。主要適用于高溫高濃度硫酸等苛刻的腐蝕環(huán)境。
硫酸是一種腐蝕性很強(qiáng)的極為復(fù)雜的工藝酸，是工業(yè)上重要的基礎(chǔ)原料。
在硫酸生產(chǎn)中，長(zhǎng)期以來(lái)存在著設(shè)備的材料問(wèn)題，特別是近來(lái)要求高溫高壓，材料問(wèn)題更為突出。早期曾使用過(guò)炭素鋼、鑄鐵和高級(jí)不銹鋼等，這些材料雖在低溫度下的濃硫酸中具有一定的耐蝕性。但在高溫下的高濃度硫酸中，則遭到嚴(yán)重的腐蝕，以致不能使用。針對(duì)高溫高濃度硫酸苛刻的腐蝕條件，世界各國(guó)先后研究和應(yīng)用了雙相合金〔如日本的Cr25Ni5Mo2、Cr17Ni7Si4MoCu(特公昭56-29657)〕、奧氏體不銹鋼(如瑞典的Cr18Ni25Mo5，美國(guó)的Carpenter20和Wortaite，西德的306L，日本的Cr23Ni52Si4Mo4Cu4)等。這些材料，甚至高鎳耐蝕合金(如成分為Ni50～60%，Cr20～25%，Mo4～6%，Cu3～6%的合金)，在100℃以上的濃度大于93%的濃硫酸中，也具有較高的腐蝕率，仍不能滿足使用要求。因此，耐高溫高濃度硫酸用鋼已成為近十幾年來(lái)硫酸生產(chǎn)中急待解決的材料問(wèn)題。
1984年，日本曾發(fā)表了耐高溫硫酸不銹鋼(特公昭59-2737)，其化學(xué)成分(重量百分比)為C≦0.10%，Si3.5～5.0%，Cr18.0～29.0%，Ni20.0～45.0%，Mo4.0～9.0%，Cu0.5～3.0%，Mn≦2.0%。該鋼的顯微組織為奧氏體，具有良好的機(jī)械性能和較好的耐蝕性，但仍存在以下幾個(gè)問(wèn)題(1)由于Si≦5%，故雖有高M(jìn)o加Cu的復(fù)合作用，但當(dāng)濃硫酸的溫度大于100℃時(shí)，腐蝕率急劇增加，例如在溫度為100℃的98%H2SO4中，其腐蝕率＞0.1毫米/年，120℃時(shí)，腐蝕率＞0.2毫米/年。
(2)合金中含有較高的Cr、Mo、Si，因此為了獲得單相奧氏體組織，需加入大量Ni，使合金的合金元素總含量達(dá)到80%，導(dǎo)致熱加工性能較差，且成本增加。
(3)在高Cr、Mo條件下，Si含量必須≦5.0%，否則，將使熱加工性能和力學(xué)性能惡化。然而Si是提高合金在高溫濃硫酸中耐蝕性的重要元素。在該合金體系中，Si含量受到了限制。
本發(fā)明的目的在于提供一種在高溫濃硫酸中具有優(yōu)異耐蝕性，容易鑄造，冷熱加工性能好，適應(yīng)于硫酸工業(yè)發(fā)展需要，且價(jià)格低廉的耐高溫濃硫酸不銹鋼。
為了滿足上述要求，本發(fā)明考慮了Cr、Si、Mo、Cu和Ni元素在鋼中的重要作用，特別注重了Si的作用。通常認(rèn)為，在高Cr、Mo鋼中，Si含量必須≦5.0%，否則，將導(dǎo)致熱加工性能和力學(xué)性能惡化。實(shí)際上，Si是提高鋼在高溫濃硫酸中耐蝕性和鈍化膜穩(wěn)定性最重要的元素，Si含量應(yīng)隨著濃硫酸溫度的提高而增加，當(dāng)溫度大于100℃時(shí)，在相匹配的Cr、Mo、Cu含量下，鋼中Si含量應(yīng)大于5.5%，Si含量愈高，鋼在高溫濃硫酸中的耐蝕性愈好。Cr使鋼在氧化性介質(zhì)中容易氧化，但以Cr為主的鈍化膜，在高溫濃硫酸中極不穩(wěn)定，將迅速被溶解。當(dāng)鋼中Si＞5.5%，Cr≧7.8%，并加入適量Mo、Cu，就可得到穩(wěn)定的鈍化膜，保證鋼的耐蝕性。過(guò)高的Cr含量對(duì)于高溫濃硫酸的耐蝕性是毫無(wú)意義的;而且Cr高將限制Si含量的提高，如果非提高Si含量，就必須進(jìn)一步提高Ni含量。而且在Cr、Mo含量高的情況下，加入大量Si，則鋼中將出現(xiàn)脆性相，使熱加工性能和力學(xué)性能惡化。本發(fā)明通過(guò)控制較低的Cr含量，使得Si可提高到5.5%以上，以便獲取在高溫濃硫酸中的最佳耐蝕性。Ni是奧氏體形成元素，當(dāng)Cr為7.8～9.8%，Si為5.5～8.0%，Mo為1.5～2.5%的情況下，只需加入16～25%Ni，就可獲得單一奧氏體組織，過(guò)高的Ni量對(duì)耐蝕性是無(wú)益的。為了獲得良好的耐蝕性和鈍化膜的穩(wěn)定性，還應(yīng)加入適量的Mo和Cu。
根據(jù)上述理由，本發(fā)明提出了一種新型的耐高溫濃硫酸的，且較經(jīng)濟(jì)的不銹鋼，其具體化學(xué)成分(重量百分比)為C微量～0.03%，Cr7.80～9.80%，Ni16.0～25.0%，Si5.5～8.0%，Mo1.5～2.5%，Cu0.8～1.8%，Mn≦0.80%。
本發(fā)明可采用高頻或中頻感應(yīng)爐、真空感應(yīng)爐、電弧爐、爐外精煉爐(VOD、AOD法)冶煉。熱加工可采用鍛造或軋制，開(kāi)鍛(或開(kāi)軋)溫度為900～1150℃，終鍛(或終軋)溫度大于800℃。根據(jù)綜合考慮組織、耐蝕性和力學(xué)性能，該鋼的固溶溫度可控制在1080～1130℃范圍內(nèi)，冷卻方式采用空冷、水冷。該鋼可生產(chǎn)成鑄件、板材、棒材、絲、鋼帶等。
本發(fā)明與日本專利(特公昭59-2737)相比，Cr、Mo含量大為降低，僅為日本專利的1/2～1/4;Si含量顯著提高，接近日本專利的2倍;Ni明顯降低，僅為日本專利的1/2。盡管本發(fā)明合金元素的總含量大大低于日本專利，成本低廉，但耐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于它。本發(fā)明在98%H2SO4中，在100℃溫度下的腐蝕率＜0.01毫米/年，130℃溫度下腐蝕率≦0.05毫米/年，僅為日本專利的1/10，即耐蝕性提高了10倍以上，耐蝕性的具體數(shù)據(jù)可見(jiàn)表2和表3。
本發(fā)明除了具有優(yōu)異的抗高溫濃硫酸腐蝕性能外，還具有良好的冷熱加工性能，可生產(chǎn)出鑄件、板材、棒材、絲或帶等制品。同時(shí)，還具有優(yōu)良的力學(xué)性能。該鋼冷熱加工成材后，經(jīng)在1100℃溫度下，保溫30分鐘進(jìn)行水冷的熱處理后，其室溫力學(xué)性能可達(dá)到бb＞55公斤/毫米2，б0.2＞24公斤/毫米2，δ＞40%，ψ＞50%。
綜上所述，本發(fā)明是適用于高溫濃硫酸苛刻腐蝕介質(zhì)中的較理想的材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。
實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明所設(shè)定的化學(xué)成分范圍，在真空感應(yīng)爐上冶煉了5爐鋼，其具體化學(xué)成分見(jiàn)表1。5爐鋼分別澆注成10公斤重錠后鍛軋成φ20毫米的棒材和4×25毫米的條，鍛軋加熱溫度為1100℃。鍛造好的棒、條在1100℃溫度下固溶處理30分鐘。并水冷。經(jīng)處理后的試料加工成標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試樣，然后分別在98%H2SO4和93%H2SO4中進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)是在帶迴旋冷凝器的特制玻璃錐心瓶中進(jìn)行，試驗(yàn)溫度選擇了90、100、120和130℃。試驗(yàn)結(jié)果列入表2和表3。表4為力學(xué)性能的試驗(yàn)結(jié)果。
為了對(duì)比，本實(shí)施例還同時(shí)冶煉了日本、美國(guó)、西德、蘇聯(lián)和瑞典五個(gè)國(guó)家的同類對(duì)比鋼號(hào)，經(jīng)熱加工和熱處理后，與本發(fā)明的試樣一起，同時(shí)進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)。對(duì)比鋼號(hào)的冶煉、熱加工、熱處理及腐蝕試驗(yàn)等的條件，均與本發(fā)明完全一樣，且同時(shí)進(jìn)行。對(duì)比鋼號(hào)的具體化學(xué)成分列入表1。其耐蝕性列入表2和表3。
表1 本發(fā)明與對(duì)比鋼號(hào)的化學(xué)成分
表2 本發(fā)明與對(duì)比鋼號(hào)在98%H2SO4中的耐蝕性
表3 本發(fā)明與對(duì)比鋼號(hào)在93%H2SO4中的耐蝕性
權(quán)利要求
1.一種耐濃硫酸不銹鋼，其特征在于該鋼由C微量～0.03%，Cr7.80～9.80%、Ni16.0～25.0%，Si5.5～8.0%，Mo1.5～2.5%，Cu0.8～1.8%，Mn≤0.80%，余為Fe組成。
專利摘要
本發(fā)明系鐵基Ni—Cr—Si—Mo—Cu奧氏體型不銹鋼。主要適用于高溫高濃度硫酸等苛刻的腐蝕環(huán)境。該鋼在Mo、Cu復(fù)合作用的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制Cr含量，提高Si含量。獲取了在高溫高濃度硫酸中優(yōu)異的耐蝕性能。該鋼在100℃溫度下98％H
文檔編號(hào)C22C38/44GK87102390SQ87102390
公開(kāi)日1987年12月16日 申請(qǐng)日期1987年4月1日
發(fā)明者楊長(zhǎng)強(qiáng), 楊薇, 陸世英, 康喜范, 張廷凱 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan