一種鐵素體不銹鋼及其制造工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及不銹鋼制造技術領域，尤其是一種鐵素體不銹鋼及其制造工藝。
【背景技術】
[0002] 目前我國所有在運行和在建核電站的汽水分離再熱器及給水加熱器等設備所用 的TP439MSR換熱管都需從國外進口，由于國家發(fā)改委要求核電關鍵設備國產(chǎn)化比例需達 到85%以上，這對我國核電事業(yè)的自主發(fā)展是一個重大的機遇及挑戰(zhàn)。
[0003] 汽水分離再熱器、高壓加熱器、低壓加熱器、凝汽器是核電汽輪發(fā)電機組中重要的 輔機設備，這些設備的性能和運行可靠性，將直接影響發(fā)電機組整體運行的經(jīng)濟性和安全 性。隨著我國核電工業(yè)的迅速發(fā)展，高參數(shù)、大容量機組數(shù)量不斷增加。參數(shù)提高，容量增 大，也使換熱器等設備的尺寸越來越大，同時也增加了設計、制造的難度。頻繁的啟停和急 劇的負荷變化，使換熱器的運行工況越來越惡劣。換熱器投運率低的問題就成了影響機組 等效可用率的重要原因之一。換熱器的故障停用，均會使機組的經(jīng)濟性和出力受到影響。 造成換熱器投運率低和損壞的原因是多方面的，經(jīng)各種停運的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，換熱器管系泄漏 使換熱器故障停運所占比重最大，而換熱管被沖蝕和各類腐蝕是造成管系泄漏的最主要原 因。
[0004]國內電站換熱器使用的換熱管主要有碳鋼管、不銹鋼管、鈦管和黃銅管等。碳鋼管 的抗腐蝕特性較差，對沖蝕也極其敏感，同碳鋼管相比較而言，不銹鋼換熱管在耐沖蝕、耐 腐蝕性方面有著無法比擬的優(yōu)越性，可延長換熱器的運行壽命，但目前國內大量使用的奧 氏體不銹鋼管高昂的價格，又往往使電廠望而卻步，且其材質對應力腐蝕也極其敏感，制約 了以不銹鋼換熱管在高壓加熱器等傳統(tǒng)碳鋼管領域的發(fā)展。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是要解決上述缺陷，提供一種耐腐蝕、耐沖蝕且成本低的鐵素體不 銹鋼及其制備工藝，并將這種鐵素體不銹鋼制造成換熱管應用于核電設備中的換熱器中。 [0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鐵素體不銹鋼，包括Fe元素與改性化學元 素，所述改性化學元素包括：以重量百分數(shù)計的元素，
[0007] 0 ^ C ^ 0. 02 ^ Si ^ 0. 55 ^ P ^ 0. 025 ^ S ^ 0. 006%, 0 彡 Ni 彡 0? 40%，0 彡 Cu 彡 0? 06%，0 彡 A1 彡 0? 04%，0 彡 N 彡 0? 02%，還包含 Cr、Mn、Mo、 Ti元素，其中所述Mo元素的質量百分數(shù)為0彡Mo彡0. 05 %，所述Cr、所述Mn、所述Mo的 重量百分數(shù)之間具有如下關系：
[0008] Mo = 1. 063Mn-l,0 ^ Mo ^ 0. 05% (1)
[0009]
⑵
[0010] 0. 20% +4(C+N) Ti ^ 0. 50% (3)
[0011] 所述Fe元素與所述改性化學元素的重量百分數(shù)之和為100%。
[0012] 方程中Mo、Mn、Cr、C、N、Ti分別代表Mo的重量百分數(shù)、Mn的重量百分數(shù)、Cr的重 量百分數(shù)、C的重量百分數(shù)、N的重量百分數(shù)以及Ti的重量百分數(shù)。
[0013] 其中，所述Ti元素的重量百分數(shù)為0. 20% +4(C+N) %彡Ti彡0. 35%。
[0014] 其次，提供一種制備上述鐵素體不銹鋼的工藝，其步驟如下：
[0015] (1)按照各個化學元素的重量百分數(shù)稱取含有所述化學元素的原材料；
[0016] (2)將原鋼、鉻鐵混合物在電爐中熔化，熔清后加入銅板、硅鐵、錳鐵，控制碳含量 達到要求得到熔體，將所述熔體溫度升高至1560°C~1620°C，加入硅鈣合金進行預脫氧， 加入錯終脫氧，然后依序加入欽鐵和棚鐵恪化；
[0017] (3)當所述鈦鐵和所述硼鐵全部熔化后得到鋼水，將粒徑小于12mm的顆粒狀稀土 鎂合金和金屬Ce、Nb、K所組成的復合變質孕育劑用薄鐵皮包裹，經(jīng)160°C~200°C的溫度烘 烤后放在鋼水包的底部，用包內沖入法對冶煉好的所述鋼水進行包內變質孕育處理；
[0018] (4)將經(jīng)過所述包內變質孕育處理過的所述鋼水在砂型或金屬型內澆注成鑄件， 澆注溫度為1400°C~1450°C;
[0019] (5)將所述鑄件進行清理后，在700°C~750°C下保溫4~6小時進行亞臨界退火；
[0020] (6)將經(jīng)亞臨界退火處理的所述鑄件或經(jīng)機械加工后的加工件在920°C~1150°C 保溫2~4小時進行熱處理，使其硬化以形成奧氏體，然后進行空冷到室溫。
[0021] 其中，步驟（6)中所述熱處理后，將所述鑄件或所述加工件在150°C~200°C進行 回火處理，回火保溫時間2~4小時，隨爐空冷至室溫。
[0022] 再次，提供一種利用上述鐵素體不銹鋼制備的換熱管。
[0023]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明中的鐵素體不銹鋼耐腐蝕、耐沖 蝕，并且該制造工藝能夠實現(xiàn)該鐵素體不銹鋼硬度的調整，使該鐵素體不銹鋼能夠應用于 核電站的換熱器中，打破該中材料被國外壟斷的局面，降低了成本。
【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明中的鐵素體不銹鋼，包括Fe元素與改性化學元素，其所包含的改性化學元 素中Cr、Mn、Mo的重量百分數(shù)之間具有如下關系：
[0025] Mo = 1. 063Mn-l,0 ^ Mo ^ 0. 05% (1)
[0026]
(2)
[0027] 由于Mo與Mn均能增加不銹鋼的抗腐蝕性，在大量的研究中發(fā)現(xiàn)，按照上述關系式 添加元素的含量，各個元素的根據(jù)上述關系配比相對于其他配比，可使鐵素體不銹鋼的抗 腐蝕性能達到最佳。
[0028] 其包含的Ti與C、N的重量百分數(shù)之間的關系如下：
[0029] 0. 20% +4(C+N) Ti ^ 0. 50% (3)。
[0030] 方程中Mo、Mn、Cr、C、N、Ti分別代表Mo的重量百分數(shù)、Mn的重量百分數(shù)、Cr的重 量百分數(shù)、C的重量百分數(shù)、N的重量百分數(shù)以及Ti的重量百分數(shù)。
[0031] 為了能夠研制出符合核電站換熱器要求的鐵素體不銹鋼，對各個成分進行了探 索，發(fā)現(xiàn)Cr、Mn、Mo的重量百分數(shù)之間具有上述關系時，其各項性能可達到要求并且最優(yōu)。
[0032] 實施例1
[0033] -種鐵素體不銹鋼，包括Fe元素與改性化學元素，其各個化學元素的重量百分數(shù) 如表1 :
[0034]表1各化學元素及其重量百分數(shù)
[0035]
[0036] 其中Mo的重量百分數(shù)為0.02%，由公式（1)得出Mn的重量百分數(shù)為0.012%，有 公式（2)得出Cr的重量百分數(shù)為17. 02%。
[0037]根據(jù)公式（3) 0? 20 % +4 (C+N) % 彡 Ti 彡 0? 50 %，本實施例中，0? 20 % +4 (C+N) % = 0. 28%，因此本實施例中的Ti為0. 35%符合公式⑶的條件。
[0038] 本實施例含有上述化學成分的鐵素體不銹鋼的機械性能測試結果如表2.
[0039] 表2鐵素體不銹鋼的機械性能
[0040]
[0041]
[0042] 本發(fā)明中的不銹鋼導熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)小，含有少量的Mo、Ti、Nb等元素，使 不銹鋼具導熱系數(shù)大、膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優(yōu)良等特點，在鐵素體不銹鋼 中加入小于0. 06%的Cu，是由于溶解在鋼水內的銅元素的原子體積與鐵原子的體積大小 不同，使鐵的晶體發(fā)生畸變，因而使固溶體的強度和硬度有所提高，即固溶強化。與奧氏體 不銹鋼相比，本發(fā)明中的鐵素體不銹鋼換熱效率更高，具有良好的耐氯化物應力腐蝕性能。 可作為熱交換器、蒸發(fā)器等設備使用材料，并且在微量氯化物及硫化氫工業(yè)環(huán)境中都有良 好的抵抗能力，導熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)小，適合用作設備的襯里和生產(chǎn)復合板。
[0043] 利用上述鐵素體不銹鋼材料制造成換熱管，用于核電站的換熱器上，本發(fā)明中的 鐵素體不銹鋼耐腐蝕、耐沖蝕，并且該制造工藝能夠實現(xiàn)該鐵素體不銹鋼硬度的調整，使該 鐵素體不銹鋼能夠應用于核電站的換熱器中，打破該中材料被國外壟斷的局面，降低了成 本。
[0044] 實施