CN101845600A

CN101845600A - 一种耐高温耐酸腐蚀的不锈钢及其制备方法

Info

Publication number: CN101845600A
Application number: CN200910010853A
Authority: CN
Inventors: 王诗毅; 李富岭; 吕海燕; 孙洪军; 武振海
Original assignee: DALIAN TENAI PUMP Co Ltd
Current assignee: DALIAN TENAI PUMP Co Ltd
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-09-29

Abstract

本发明提供了一种耐高温耐酸腐蚀的不锈钢及其制备方法，该不锈钢成分含有铁、碳、硅、铜、硫、磷、铬、镍、钼、锰、微量元素，各成分的重量百分比为碳0.001-0.04％、硅2.0-9.0％、硫0.001-0.03％、磷0.001-0.03％、铬18.0-35.0％、镍25.0-45.0％、钼2.0-5.0％、铜1.0-4.0％、锰0.5-1.0％、微量元素0.2-0.5％、铁为余量；该不锈钢的制备方法：使用非真空中频感应电炉冶炼，用砂型或金属型铸造，浇铸后铸件在型腔内保温；本发明的不锈钢材料在高温不同浓度硫酸介质中不但具有抗氧化性和还原性作用，而且还具有良好的刚性强度以及冷热加工性能。

Description

一种耐高温耐酸腐蚀的不锈钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐酸腐蚀的不锈钢，特别提供了一种耐高温耐酸腐蚀的不锈钢及其制备方法。

背景技术

众所周知，硫酸具有很强的腐蚀性，而且对金属的腐蚀过程及影响因素十分复杂。硫酸工业及其相关产业的发展对不锈钢提出越来越高的要求。

硅(Si)是主要的耐蚀合金元素之一，在不锈钢、低合金钢、镍基合金乃至铸铁中均有应用。硅作为合金化元素有以下优点：可提高不锈钢耐氯化物应力腐蚀开裂性能、耐点蚀和缝隙腐蚀性能以及耐海水腐蚀性能；可提高不锈钢耐强氧化性介质(如硝酸、高温浓硫酸)的腐蚀性能，并能提高不锈钢的抗高温氧化性能。

同时硅又是最便宜易得的合金化元素之一，所以高硅不锈钢堪称为物美价廉的新钢种，一直引起广大材料研究人员和使用部门的关注。由于综合性能以及制造工艺等种种原因，传统高硅不锈钢中的硅含量多限制在3％～4％Si。如我国借鉴原苏联钢种而开发研制的GH-2(1Cr19Ni11Si4AlTi)，该不锈钢可用于强氧化性介质。此外尚有所谓的C4钢(00Cr14Ni14Si4)，这是我国经典的硝酸用不锈钢。

80年代国外一些公司突破了硅含量≤4％Si的局限，最具代表性的有加拿大Chemetics公司开发的Saramet和瑞典Sandvik公司开发的SandvSX。Saramet在浓硫酸中的耐蚀性能小于0.1g/m²h，Sandvik SX在浓硫酸中的耐蚀性能小于0.1g/m²h。

SandvikSX是极优良的高温浓硫酸用不锈钢，在浓度＞80％的硫酸中，耐蚀性能高于所有其他不锈钢，在98％浓硫酸中耐蚀性能甚至高于传统的镍基耐蚀合金HastelloyC和Lewmet，使用温度可高达150℃。Sandvik SX不仅耐蚀性能优良，而且具有良好的机械性能。

为适应我国硫酸工业的发展，中国科学院金属腐蚀与防护研究所于90年代初开发研究了新型高硅不锈钢FS-1。该不锈钢为奥氏体型沉淀硬化不锈钢，主要用来代替价格昂贵的Lewmet合金制造高温浓硫酸泵。近几年该所还研制出DS-1高硅奥氏体不锈钢和FS-1耐硫酸不锈钢应用于高温高浓度硫酸介质中。

从相关文献可以看出以上钢型适合在高温下浓硫酸条件下使用，但是在工作条件为50％-70％硫酸、温度为80-120℃条件下腐蚀率不能满足耐腐蚀要求。

由此可见本技术领域迫切需要一种耐高温耐酸腐蚀耐磨的不锈钢。

发明内容

本发明的目的是提供了一种耐高温耐酸腐蚀的不锈钢及其制备方法，该不锈钢含有固体颗粒结晶物，在各种酸性介质中具有极好的耐酸腐蚀和耐磨能力。

本发明提供了一种耐高温耐酸腐蚀的不锈钢，该不锈钢成分含有铁、碳、硅、铜、硫、磷、铬、镍、钼、锰、微量元素；各成分的重量百分比为：碳0.001-0.04％、硅2.0-9.0％、硫0.001-0.03％、磷0.001-0.03％、铬18.0-35.0％、镍25.0-45.0％、钼2.0-5.0％、铜1.0-4.0％、锰0.5-1.0％、微量元素0.2-0.5％、铁为余量。

本发明提供的耐高温耐酸腐蚀的不锈钢，所述微量元素优选为稀土元素。

本发明提供的耐高温耐酸腐蚀的不锈钢，所述不锈钢中碳铬镍硅钼铜锰成分的重量百分比优选为：碳0.03％，硅5.0％，锰0.8％，铬25.0％，镍36.0％，钼3.6％，铜1.5％。

本发明还提供了该不锈钢的制备方法，使用非真空中频感应电炉冶炼，用砂型或金属型铸造，冶炼过程中逐步升温到至少1600℃，时间为2.5-3.0小时，浇铸后铸件在型腔内保温至少2天。

本发明通过一种全新配方，采用铬镍硅钼铜锰配以适当比例合金化，又加入稀土元素进行微合金改性，从而达到耐高温耐酸腐蚀耐磨的要求。

Cr是不锈钢获得耐腐蚀性能的最基本的合金元素，Cr热力学性质不稳定，但容易钝化。在低合金范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，提高钢的耐热性；在高合金范围内，使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力。

Ni是热力学不稳定元素，其钝化能力大于铁小于铬。它具有提高钢的强度，改善钢的低温韧性而不降低其塑性；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性；扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素。

Si是提高钢在高温硫酸中的耐蚀性和钝化膜稳定性最重要的元素之一，它可以强化铁素体，提高钢的强度和硬度，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，提高钢在氧化性腐蚀介质中的耐蚀性和耐热性。

Mo是不锈钢和各种耐蚀合金常用的合金化元素，具有强化铁素体，提高钢的强度和硬度，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，提高钢的耐热性和高温强度的作用；而且能有效抑制氯离子引起的点蚀。

Cu也是不锈钢常用的合金元素之一，它可以提高耐硫酸腐蚀，它的电极电位比H高，可抑制氢的析出反应。Cu和Mo配合使用能一直钝化膜的还原溶解。

Mn是作为镍的代用元素加入不锈钢中的。很早就有人进行了以N、Mn取代镍，获得单相奥氏体不锈钢的研究，并取得了成功，降低了不锈钢的成本。锰的作用不在于形成奥氏体，而是它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下的奥氏体保持到常温。

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他元素交互作用，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耐高温耐酸腐蚀耐磨的不锈钢，该不锈钢材料在高温不同浓度硫酸介质中不但具有抗氧化性和还原性作用，而且还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下各种硫酸浓度条件下使用，尤其在温度80-120℃的50-70％硫酸介质中使用效果明显优于其它型号不锈钢。

本发明与国内和美国目前抗氧化性硫酸介质材料相比的组成如表1：

表1相关不锈钢主要组分对比分析

具体实施方式

下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

实施例1

使用非真空中频感应电炉冶炼不锈钢，用砂型或金属型铸造，冶炼过程中逐步升温至1600℃左右，时间为2.5小时，浇铸后铸件需在型腔内保温2天，取样片进行测试。不锈钢各元素组分如表2。在98％浓硫酸和93％浓硫酸中其耐酸腐蚀性能如表3和表4。

表2本发明不锈钢中各元素的组成

表3不同类型的不锈钢在98％浓硫酸中的耐蚀能力

表4不同类型的不锈钢在93％浓硫酸中的耐蚀能力

从表中可以看出：本发明的耐腐蚀能力优于国内外相关产品水平，可以应用在90％以上浓硫酸介质当中。

实施例2

使用非真空中频感应电炉冶炼不锈钢，用砂型或金属型铸造，冶炼过程中逐步升温至1650℃左右，时间为3小时，浇铸后铸件需在型腔内保温3天，取样片进行测试。不锈钢各元素组分如表5。在60％浓硫酸中其耐酸腐蚀性能如表6。

表5本发明不锈钢中各元素的组成

表6不同类型的不锈钢在60％浓硫酸中的耐蚀能力

从表中可以看出：本发明的耐腐蚀能力优于国内外相关产品水平，可以应用在60％浓硫酸介质当中。

实施例3

使用非真空中频感应电炉冶炼不锈钢，用砂型或金属型铸造，冶炼过程中逐步升温至1700℃左右，时间为2.8小时，浇铸后铸件需在型腔内保温4天，取样片进行测试。不锈钢各元素组分如表7。在60％浓硫酸中其耐酸腐蚀性能如表8。

表7本发明不锈钢中各元素的组成

表8不同类型的不锈钢在60％浓硫酸中的耐蚀能力

实施例4

使用非真空中频感应电炉冶炼不锈钢，用砂型或金属型铸造，冶炼过程中逐步升温至1680℃左右，时间为2.9小时，浇铸后铸件需在型腔内保温5天，取样片进行测试。不锈钢各元素组分如表9。在60％浓硫酸中其耐酸腐蚀性能如表10。

表9本发明不锈钢中各元素的组成

表10不同类型的不锈钢在60％浓硫酸中的耐蚀能力

Claims

1.一种耐高温耐酸腐蚀的不锈钢，其特征在于：该不锈钢成分含有铁、碳、硅、铜、硫、磷、铬、镍、钼、锰、微量元素；

各成分的重量百分比为：碳0.001-0.04％、硅2.0-9.0％、硫0.001-0.03％、磷0.001-0.03％、铬18.0-35.0％、镍25.0-45.0％、钼2.0-5.0％、铜1.0-4.0％、锰0.5-1.0％、微量元素0.2-0.5％、铁为余量。

2.按照权利要求1所述耐高温耐酸腐蚀的不锈钢，其特征在于：所述不锈钢中碳铬镍硅钼铜锰钒成分的重量百分比为碳0.03％，硅5.0％，锰0.8％，铬25.0％，镍36.0％，钼3.6％，铜1.5％，钒0.3％。

3.权利要求1所述耐高温耐酸腐蚀的不锈钢的制备方法，其特征在于：使用非真空中频感应电炉冶炼，用砂型或金属型铸造，浇铸后铸件在型腔内保温。

4.按照权利要求3所述耐高温耐酸腐蚀的不锈钢的制备方法，其特征在于：所述冶炼过程中逐步升温到至少1600℃，时间为2.5-3.0小时。

5.按照权利要求3所述耐高温耐酸腐蚀的不锈钢的制备方法，其特征在于：所述浇铸后铸件在型腔内保温至少2天。