CN112771181A - 具有优越耐腐蚀性的奥氏体不锈钢合金 - Google Patents

具有优越耐腐蚀性的奥氏体不锈钢合金 Download PDF

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Abstract

在与具有密切相关组成的常规合金所展现的相比时，已经发现了特别是对硫酸溶液展现出出乎意料的优越的耐腐蚀性的奥氏体不锈钢合金。这些合金有利地对于相对宽范围的硫酸浓度和温度是耐腐蚀性的，并且因此特别适合用于硫酸的工业生产。

Description

具有优越耐腐蚀性的奥氏体不锈钢合金
技术领域
本发明涉及用于要求高耐腐蚀性的应用中的奥氏体不锈钢合金及其制造方法。这些不锈钢合金特别适合于涉及暴露于高温浓硫酸下的应用，如工业硫酸生产。
背景技术
不锈钢是钢和大量铬(例如，大于10重量％的Cr)的合金。在通常遇到的腐蚀环境中，它们典型地比其他类型的钢提供实质上优越的耐腐蚀性。因此，不锈钢合金经常被应用于其中耐腐蚀性是重要的应用中。本领域中已经开发了大量不同的合金，对于具体特定的应用，它们都有某些优点和缺点。这些合金可以包含除了铬以外且以无数组合的许多合金元素。不锈钢合金通常基于其晶体结构被分为若干组之一。这些组包括不锈钢的奥氏体、铁素体、马氏体和双相类型。奥氏体不锈钢的结构是面心立方的。
硫酸是世界上生产最多的商品化学品之一并且被广泛用于化工和商业产品中。通常，生产方法包括首先将二氧化硫转化为三氧化硫，然后将三氧化硫随后转化为硫酸。在1831年，P.Phillips开发了用于生产大多数现今的硫酸供给的接触法。虽然是高效且经济的，但是由于所涉及的高度腐蚀性条件，构建合适的工业生产设备仍然存在挑战。
接触法的基础包括获得二氧化硫的供给(例如通常通过燃烧硫或含硫化合物，或通过收集冶金废气获得)，并且然后在催化剂(典型地是氧化钒)的作用下用氧气氧化该二氧化硫以加快反应以便生产三氧化硫。该反应是可逆且放热的，并且重要的是适当地控制催化剂上的气体温度，以便在不损坏包含催化剂的接触装置的情况下实现所需的转化率。
然后，将产生的三氧化硫吸收到浓硫酸溶液中以形成更强的硫酸(或发烟硫酸)，然后将其稀释以产生另一种浓硫酸溶液。这避免了直接将三氧化硫溶解到水中(这是高度放热反应)的后果。
虽然接触法的基本原理相对简单，但是希望最大化的将二氧化硫转化为硫酸。因此，生产硫酸的现代设备经常包括多于一个吸收阶段以提高转化率和吸收。通常，采用双重吸收方法，在该方法中使工艺气体连续经历两个接触和吸收阶段(即第一催化转化和随后的吸收步骤，接着是第二催化转化和吸收步骤)。关于用于硫酸生产和接触法的可用的和优选的常规选择的细节是众所周知的，并且例如可以在由加拿大安大略省的DKL工程公司发表的“Handbook of Sulfuric Acid Manufacturing[硫酸制造手册]”,Douglas Louie,ISBN 0-9738992-0-4,2005中找到。
为了处理硫酸的典型生产中所涉及的高浓度和高温，工艺设备中必须使用特殊的耐腐蚀合金。尽管这些特殊的合金具有优越的耐腐蚀性，但在某些情况下它们也可能是不够的。这是因为在这些恶劣的条件下，即使看似相对很小的浓度和温度变化也会显著增加腐蚀速率。具体地，在正常需要的操作条件之外，硫酸浓度的小幅下降和/或硫酸温度的小幅增加可能导致本质上更大的腐蚀速率。这些是非常严厉的操作范围(例如分别为99.2％-99.6％的浓度范围和210℃-225℃的温度范围)并且其可能难以一致地控制。过去，当发生失控时(称为设备故障)许多设备已经被损坏。此外，由于故障、误操作，或简单地将这些设备置于安全操作条件之外，设备也已经被严重损坏和/或腐蚀。因此，抵抗此类浓度和温度波动是非常有益的。
还希望在硫酸工业生产中将能源需求最小化。在所涉及的众多方法中，有大量的热源和热需求。可以通过使用复杂的热交换器装置以最大化能源回收而令人希望地提高能源效率。然而，这样做的要求导致了对更高的操作温度的要求和相应的对耐腐蚀材料的更大的需求。
例如，在US 4576813中，披露了一种用于显著提高使用双重吸收方法的设备的效率的方法和装置。披露了一种升高温度的热回收***，在该温度下三氧化硫在中间体吸附阶段发生吸收。通过在这些更高的温度下操作，吸收和稀释的热可以用于产生有用的蒸汽而不是将热排放到冷却塔。因此，总效率可以大大提高。然而，在这些更高的温度下，现有技术的构建材料经受本质上更大的腐蚀速率。为了使该方法能够商业化，必须使用更大的硫酸浓度和不同的具体特定的合金二者以便装置在这些更高的温度下是适当耐腐蚀性的。
合金310S不锈钢是高铬、高镍、奥氏体不锈钢，与304或316级不锈钢相比，其在此类条件下对于硫酸具有优越的耐腐蚀性。它在工业酸生产中有很大的商业用途。然而，当硫酸浓度低于99％时，则不是如此的耐腐蚀性的。由于设备故障和失控，许多基于310S合金的设备已经被损坏。
将某些具有高硅含量的不锈钢用于工业硫酸生产中被认为是令人希望的。一些此类不锈钢合金已经披露于例如US 4543244和US 5028396中。
Figure BDA0002953481990000031
合金是高含硅的奥氏体不锈钢，其是在1982年被商业引入用于热硫酸中。高硅含量为合金提供了对高流速下的浓硫酸的良好的耐受性。然而，与310S不锈钢相比，此类合金在发烟硫酸中的耐腐蚀性通常较差。
US 6036917中披露了特别适用于酸环境(例如浓硫酸)的其他高硅耐腐蚀性奥氏体不锈钢合金。其中的合金具有按重量计的以下组成：约0.025％或更少的碳、约0.5％至约4.1％锰、约5.5％至约6.2％硅、约11％至约15％铬、约9.0％至约15.5％镍、约0.8％至约1.2％钼以及约0.8％至约2％铜并且剩余物基本上是铁和附带杂质。这种组成导致用于浓硫酸服务的高硅奥氏体不锈钢中合金含量低，同时保持与用于此种服务的现有合金类似并具有竞争力的腐蚀速率。当在约2100°F至约2200°F的范围内进行热加工时，发现了可接受的特征。在约1925°F至约2025°F的范围内退火是优选的，退火后快速水淬火。
在US 5695716中，披露了用于提供改善的耐腐蚀性的大范围的不同的高铬奥氏体不锈钢合金。虽然这些合金具有高的铬含量，但它们被披露为是易于可加工的。它们仅具有低的钼含量或不含钼，并且在热氧化酸中出乎意料地具有高的耐腐蚀性。此外，具有0.5至2wt％的Mo和0.3至1wt％的Cu的合金被披露为是优选的。还优选的是其Ni含量为或低于32.0wt％且其Mn含量为或低于1.0wt％的各种奥氏体合金。
可以考虑用于工业硫酸生产中的可商购的特种合金是
Figure BDA0002953481990000041
3033-合金33。这是高铬、高镍、含钼和铜的奥氏体合金，并且在高氧化介质中提供了高的耐腐蚀性。
可以考虑用于工业酸生产、并且特别是具有改善的效率、热回收子***的那些的还另一种可商购的特种合金是
Figure BDA0002953481990000042
100(UNS S32760)。这是促进用于在高达200℃的高温下的硫酸制造应用的超双相不锈钢合金。
已知的不锈钢合金和不锈钢合金的清单是相当多样化和先进的。而硫酸商业化生产的要求也早已为人所知。为了能够扩大操作范围和制造更坚固的加工设备，仍然需要具有更强耐腐蚀性的材料。
发明内容
本发明通过提供不锈钢组合物及其制造方法来解决这些需要，这些不锈钢组合物出乎意料地比密切相关的组合物更耐腐蚀。在某些窄的组成范围内的奥氏体不锈钢合金已经出乎意料地表现出优越的耐腐蚀性，特别是对热的浓硫酸溶液。因此，此类合金在硫酸的工业生产中是特别有用的。
具体地，改进的奥氏体不锈钢合金，其特征在于以重量％计的以下组成：
36％-40％铬
32.5％-36％镍
1.5％-2.0％锰
0.35％-0.6％氮
<0.3％硅
<0.02％碳
<0.02％磷
<0.04％钼
<0.02％铜
<0.005％硫
剩余物基本上由铁组成。
具体地，不锈钢合金特征在于在以下范围内的组成：36％-37％铬、32.5％-34％镍、1.65％-1.75％锰和0.37％-0.47％氮，这些组成与以下实例中的实施例大约相同，该实施例对于非常苛刻的硫酸条件展现出出乎意料的优越的耐腐蚀性。此外，不锈钢合金特征在于在以下范围内的组成：38％-40％铬、34.5％-36％镍、1.55％-1.65％锰和0.38％-0.48％氮，这些组成与以下实例中的另一个实施例大约相同，该实施例对于非常苛刻的硫酸条件展现出相似的优越的耐腐蚀性。也就是说，这些实施例中其组成在Cr和Ni含量在加或减1％以内且Mn和N含量在加或减0.05％以内的不锈钢合金被认为是组成上大致相同的。并且另外，还期望特征在于组成在这些实施例的范围内(即，从36％-40％铬、32.5％-36％镍、1.55％-1.75％锰和0.37％-0.48％氮)的不锈钢合金对于非常苛刻的硫酸条件展现出类似的优越的耐腐蚀性。本发明的合金进一步特征在于由于热加工、固溶退火和淬火而固有出现的特征。
一种用于制造上述奥氏体不锈钢合金的方法，该方法包括以下一般步骤：以选定比率获得铬、镍、锰、氮和铁源；真空感应熔化这些金属源，从而形成熔融混合物；浇铸该熔融混合物，从而产生固体前体合金；热加工该固体前体合金；固溶退火并淬火该固体前体合金，从而产生淬火的合金；以及从该淬火的合金中除去重氧化皮，从而产生该奥氏体不锈钢合金。
在该方法的示例性实施例中，该浇铸步骤可以在空气中进行。进一步，该固溶退火步骤可以在大于或等于1150℃下完成。还进一步，该方法可以任选地包括冷加工该固体前体合金(例如在热加工，退火和淬火之后)。并且除去重氧化皮步骤的步骤可以优选包括酸洗该淬火的合金。
本发明的奥氏体不锈钢合金可以有利的用于大量应用中。然而，这些合金特别适用于暴露于高温浓硫酸溶液下的部件中，具体地，其中该溶液的温度大于或等于175℃且该溶液中硫酸的平均浓度大于或等于98％(包括其中浓度>100％的发烟硫酸(oleum)或发烟硫酸(fuming sulfuric acid))。本发明的示例性合金已经在其温度在从175℃至265℃的范围内和/或其浓度在从98％至99.5％的范围内的硫酸溶液中示出优越的耐腐蚀性。因此，此类合金可以有利地用作工业硫酸生产设备的零件、并且特别是此种生产设备中的蒸汽产生***的零件中的部件。这些部件可以例如是奥氏体不锈钢合金的锻造或铸造产品。
附图说明
图1比较了当暴露于温度范围从175℃至265℃的99.5％H2SO4时，本发明的样品1与商业的310S的腐蚀速率。
图2比较了当暴露于温度范围从175℃至265℃的99％H2SO4时，本发明的样品1与310S的腐蚀速率。
图3比较了当暴露于温度范围从175℃至265℃的98.5％H2SO4时，本发明的样品1与310S的腐蚀速率。
图4比较了当暴露于温度范围从175℃至265℃的98％H2SO4时，本发明的样品1与310S的腐蚀速率。
具体实施方式
除非上下文另外要求，否则遍及本说明书和权利要求书中，词语“包含(comprise)”、“包含(comprising)”等等应被解释为开放性的、包容性的意义。词语“一个/一种(a/an)”等等应被认为意指至少一个/一种并且不限于只有一个/一种。
“不锈钢合金”是指至少包含铬、镍和铁的合金，具有按质量计10.5％铬含量的最小量。
在本文中，“奥氏体不锈钢合金”是主要特征为具有奥氏体晶体结构(即面心立方)的不锈钢合金。尽管通常已知的奥氏体不锈钢含有从约16％至25％的铬，本文的奥氏体不锈钢合金可以包括更大量的铬(例如高达40％)。
同样在本文中，术语“硫酸溶液”是指在工业中作为硫酸溶液通常已知的那些溶液或组合物。因此，连同浓度高达100％的H2SO4溶液一起，该术语额外地旨在包括被认为浓度大于100％的组合物的发烟硫酸(oleum)和/或发烟硫酸(fuming sulfuric acid)。在工业中，硫酸溶液可以被认为是三氧化硫或SO3在水中的溶液并且可以例如被描述为ySO3.H2O。发烟硫酸(oleum)和/或发烟硫酸(fuming sulfuric acid)是指其中y大于1(例如存在过量的三氧化硫)的组合物。此类组合物也可以用硫酸强度的百分比表示，即其浓度大于100％的硫酸溶液。此类组合物在硫酸的工业生产中经常遇到。
本发明的合金是包含具体选定比率的铬、镍、锰、氮和铁的奥氏体不锈钢合金，该具体选定比率导致出乎意料地优越的耐腐蚀性特征。具体地，选择这些不锈钢合金的组成以在强氧化、酸性、液体化学环境(如高浓度的热硫酸)中获得优越的耐腐蚀性。然而，这些合金在高温氧化炉气体中也具有很好的加工潜力。
奥氏体不锈钢合金的元素组成按重量％计是：
36％-40％铬
32.5％-36％镍
1.5％-2.0％锰
0.35％-0.6％氮
<0.3％硅
<0.02％碳
<0.02％磷
<0.04％钼
<0.02％铜
<0.005％硫
并且剩余物基本上由铁组成。
如以下实例所说明的，与优选常规的不锈钢材料相比，包含在这些范围的低端处的铬、镍、锰和铁的合金样品在苛刻的硫酸条件下明显示出显著改善的耐腐蚀性。此外，通常预期可以用适当更大量的这些元素(例如，高达约10％以上的主要元素Cr和Ni以及甚至更小的微量元素Mn和N)制备可加工的不锈钢合金，并且通常这些元素的增加量将导致额外的改善。这可以从包含这些范围的高端处的铬和镍实例中的合金样品中得到证明，并且该合金样品也似乎示出类似的改善的耐腐蚀性。
不受理论的束缚，合金中存在高水平的铬而在其他方面保持高水平的合金纯度以防止铬的影响的降级被认为提供了合金对氧化化学物质的耐受性。与特定的镍含量组合的此类铬水平被认为是大约最高的可获得的以便获得可加工且可焊的锻造不锈钢合金。高Cr含量为本发明的合金提供了超过已知和传统使用的材料改善的耐热酸腐蚀性，同时也使其比常规更高的镍合金更经济。此外，本发明的合金中的Cr水平越高，预期的耐腐蚀性就越高。
合金中的镍含量延长了奥氏体结构的稳定性，与掺入的氮的量一起，允许在合金中夹杂所需的大量铬，而不会失去其他重要的合金特征，像强度、可焊性和可加工性。随着增加Cr含量而增加Ni含量使合金结构稳定化并且有助于防止材料和材料的焊缝内部的偏析和内部沉淀，从而有助于生产、制造和改善耐腐蚀性。(偏析耗尽了关键反应性元素(例如Cr)的微小局部区域，从而降低耐腐蚀性)。期望Ni含量的合理增加以提供改善的结果。然而，过多的Ni可能是有害的，因为Ni对硫和热腐蚀性的硫酸环境具有很高的亲和力，这可能刺激不必要的腐蚀。因此，希望刚好足够的Ni以便获得所需的高量Cr的夹杂。降低的Ni含量的优点是更好的经济性。
锰在合金制造过程中是必需的并且Mn的存在有助于减少所需的Ni的量，稳定合金结构，促进材料均匀性，阻止偏析和沉淀形成，并控制杂质。Mn还有助于热加工和清除杂质。合金中氮的存在也有助于减少所需的Ni的量。此外，氮还阻止材料在生产和制造期间发生不必要的化学反应。Mn和氮与Ni独立协同工作，以保持合金结构稳定且均匀，并防止材料及其焊缝内部的偏析和沉淀，有助于制造、制作并改善耐腐蚀性。Mn、Ni和N在适当的量下也可以协同工作以促进均匀性并延缓偏析，从而以同样的方式改善耐腐蚀性。
Mo和Cu是已知的协同、重要的合金添加剂以改善合金在还原性化学物质/环境下的耐腐蚀性。并且即使是单独或组合，Mo和Cu是已知的以改善合金对硫酸的耐腐蚀性。本发明的合金的耐腐蚀性是出乎意料的，因为已经发现Mo和Cu的夹杂对腐蚀性能有害。本发明的合金含有非常少或基本不含Mo和Cu，但在高温、高浓硫酸中经历的高氧化条件下，其耐腐蚀性仍然是出色的。出乎意料地，Mo和Cu水平因此被令人希望地保持在非常低。
对于其他所列举的元素，即Si、C、P和S，这些被认为是杂质且以非常小的量存在。为了达到希望的合金纯度，这些应实际上尽可能低的保持在可控限度/范围内，并且除非合金制造工艺需要。
一种用于制造本发明的奥氏体不锈钢合金的通用方法初始地包括以特定比率获得铬、镍、锰、氮和铁的适当来源以与最终合金组成中所需的比率相匹配。这些来源可以是纯金属、金属的组合或氧化物；优选较高百分比或纯金属原料。氮可以作为气体、注入液化气和/或与其他合金元素添加剂的络合物掺入。然后，组合这些源并经由真空感应熔化来熔化以形成熔融混合物。然后浇铸该熔融混合物，从而产生固体前体合金。浇铸可以在空气或真空中进行，并且可以以模铸或连铸进行，但模铸是优选的。任选地经由ESR(电渣重熔)或VAR(真空电弧重熔)重熔精炼前体合金作为额外可能的生产步骤。
在浇铸后，将前体合金热加工，如通过轧制、锻造或挤出。也可以任选地冷加工合金以更精确地测量产品工件和/或生产额外的产品形式，通过轧制和拉伸完成级间退火。在前体合金的热加工和任选的冷加工之后，进行固溶退火和淬火步骤，从而产生淬火的合金。在退火步骤中，高于典型退火温度(例如1150℃)有助于材料均质化，并将所有有效的合金元素置于需要其的固溶体中，以防止腐蚀。出于淬火的目的，优选水淬火步骤。最后，除去在淬火的合金上产生的重氧化皮，从而产生奥氏体不锈钢合金。对于大工件，优选经由酸洗程序(酸表面清洁程序，例如在高温下使用硝酸-氢氟酸混合物)除去重氧化皮。对于小工件，可替代性地经由喷砂或“光亮”/氢气气氛退火来除去皮。
本发明的合金接近锻造合金产品形式中可用的最高浓度的铬和最高水平的总纯度。它们用于压力容器和化工厂设备是有利的。此类合金对浓硝酸、高温氧化气体、并且特别是对高温浓硫酸是高度耐腐蚀的。因此，它们特别适合用于硫酸生产，但也可以在硝酸和高温炉气服务中得到应用。
本发明的合金提供了更长的使用寿命、更高的可靠性、提高的能源回收/效率的潜力以及在化工厂操作中更大的灵活性。例如，如先前所讨论的，在硫酸生产中涉及的温度和浓度下，即使浓度和温度的相对较小的变化也会显著增加腐蚀速率。具体地，在正常要求的操作条件之外，浓度的小幅下降和/或温度的小幅增加都可能导致本质上更大的腐蚀速率。因此，使用本发明的合金可以允许使用250℃或更高温度下的酸以产生更高压力/品质的蒸汽(本发明的极限是约210℃至225℃)。此外，也可以考虑降低酸浓度以提供可能导致工艺设备尺寸减小的更有效的SO3吸收。通过允许在更宽的温度和酸浓度范围内操作，为给定的***设计创造了更大的操作灵活性和调试可能性。除了降低腐蚀效益外，通过将酸强度和温度的可行操作窗口增加到常规使用范围之外，可以预期获得一些工艺和经济效益。
在硫酸生产中，特别具有优势的是针对设备温度和/或浓度波动和失控的潜在的改善。如先前提及的，许多使用310SS的设备由于设备故障和随之而来的巨大腐蚀已经被损坏。为了避免这种情况，此类设备必须在非常严厉的操作范围内操作(例如，浓度在约99.2％与99.6％之间且温度在约210℃与225℃之间的硫酸)。然而，在这些范围内的控制可能难以与可用的仪器和操作误差保持一致。然而，如以下实例所说明的，本发明的不锈钢合金的耐腐蚀性是310SS的几倍，并且在某些极端情况下，大于30倍。因此，本发明的合金对于在代表重大设备故障的条件或在迄今为止被认为是不可能的条件下(例如，分别为98.5％和250℃的浓度和温度或分别为98.5％至99.5％和高达265℃浓度和温度)使用是可以接受的。
以下实例已经被包括来说明本发明的某些方面但是不应该解释为以任何方式限制。
实例
以下制备了本发明的奥氏体不锈钢合金，并将其耐腐蚀特征与某些商业和现有技术的合金的耐腐蚀特征进行了比较，这些商业和现有技术的合金具体旨在用于涉及暴露于高浓度和高温下的硫酸中的应用(例如，工业硫酸生产设备)。
通过以特定比率获得铬、镍、锰、氮和铁源制造本发明的奥氏体不锈钢合金的样品批次(表示为本发明的样品1)使得产品合金中的Cr、Ni、Mn和N的重量％将处于本发明组成的范围的较低端。然后使用真空感应技术熔化这些源，并且在空气中浇铸所得熔融混合物以形成固体前体合金。然后将该前体合金进行热加工，冷加工，固溶退火(在温度超过1150℃下)，并且此后在水中淬火。最后，通过酸洗除去淬火的合金上的氧化皮。
使用电感耦合等离子体发射光谱法(ASTM D1976和E1086)和/或X射线荧光分析(JIS G 1256)、火花光谱分析(JIS G 1253)以及燃烧与惰性气体融合技术(ASTM E1019)确定本发明的样品的元素组成。获得的结果呈现在下表1中。
还获得了目前硫酸生产设备中常用的两种可商购的不锈钢合金样品。这两种合金是premium 310S不锈钢(UNS S31008)和特种不锈钢
Figure BDA0002953481990000122
Alloy 33(Nicrofer 3033)。这些商业合金的组成也呈现在表1中。
出于进一步比较的目的，以下考虑了US 5695716中报告的某些不锈钢合金的耐腐蚀性。这些合金在组成上与本发明的那些密切相关，而且也具体旨在用于涉及暴露于高浓度和高温下的硫酸中的应用。在US 5695716中报告的这些合金的组成也呈现在表1中。
表1.各种样品的组成
Figure BDA0002953481990000121
*来源：钢厂材料证明书；也呈现的是：Co 0.38、Cb 0.013、Ti 0.004、Sn 0.008、Ta0.007、Pb 0.001
**来源：VDM Metals GmbH数据表，2000年三月
***来源US 5695716
当暴露于商业硫酸生产所经历的那些代表性的各种浓度和温度下的热浓硫酸溶液时，则确定了这些样品的腐蚀特征。在以下中的某些情况下，数据来自文献。另外，通过取面积大约为8-10cm2且厚度约为6mm的样品试样，并且然后将其暴露于指定的溶液中持续14天的周期(或如其他指定的)来获得数据。然后基于样品厚度由于该暴露的损失测定腐蚀速率。腐蚀速率以密耳(千分之一英寸)/年或mpy计。
与310S的比较
图1比较了当暴露于温度范围从175℃至265℃的99.5％H2SO4时，本发明的样品1与310S(目前用于此类工艺环境的工业标准)的腐蚀速率。图2比较了当暴露于相同范围的温度下的99％H2SO4时，本发明的样品1与310S的腐蚀速率。图3比较了当暴露于相同范围的温度下的98.5％H2SO4时，本发明的样品1与310S的腐蚀速率。图4比较了当暴露于相同范围的温度下的98％H2SO4时，本发明的样品1与310S的腐蚀速率。
如从上图中明显的，在整个测试的温度范围内，本发明的样品1比商业的310S示出改善的耐腐蚀性。然而，在所测试的较弱的酸强度和较高的温度下尤其如此，其中本发明的样品1的腐蚀特征显著优越，有时优于一个数量级。应注意的是，这些是其中腐蚀条件是最具腐蚀性的(即在较弱的酸强度和/或较高的温度下)范围。
与Alloy 33的比较
下表2比较了当暴露于某些温度范围从155℃至265℃的99％H2SO4时，本发明的样品1与Alloy 33的腐蚀速率。
表2.在99％H2SO4中的腐蚀速率(以mpy计)
Figure BDA0002953481990000131
*由Corrosion[腐蚀]53,893-897(2002)获得Alloy 33的数据
获得了某些额外的对比数据，如下表3中总结的。在此，测定了本发明的样品1在暴露于热浓酸下持续14天后的腐蚀速率。在Alloy 33的情况下，由暴露于酸下持续30天后的两个结果的平均值确定速率。
表3.在热浓H2SO4中的另外的腐蚀速率(以mpy计)
Figure BDA0002953481990000141
上表中可用的数据示出，本发明的样品1相比于商业的Alloy 33具有改善的耐腐蚀性，并再次表明，它在较弱的酸强度和较高的温度(例如98.5％和215℃)下特别优越。
与US 5695716中的合金的比较
下表4比较了本发明的样品1与前述US 5695716中为样品4’和5’(其在组成上与本发明的那些密切相关)提供的腐蚀速率。这里的数据是在如指定的密切相关的浓度和温度下提供的。
表4.在热浓H2SO4中的腐蚀速率(以mpy计)
Figure BDA0002953481990000142
如从上表4的数据可以看出，与来自US 5695716的密切相关的样品相比，本发明的样品1出乎意料地示出显著优越的耐腐蚀性。还应注意的是，在此较弱的酸强度和较高的温度是更腐蚀性的腐蚀条件。因此，期望的是如果数据是在完全相同的酸浓度和温度下获得的，则在本发明的样品1与对比样品之间已经看到的腐蚀速率的巨大差异将会更大。
以与以上本发明的样品1类似的方式制造本发明的奥氏体不锈钢合金的第二样品批次(表示为本发明的样品2)，除了铬、镍、锰、氮和铁源是以稍微不同的比率获得的并且因此第二样品批次的组成也稍微不同。如前所述确定本发明的样品2的元素组成并将获得的结果呈现在下表5中。
表5.本发明的样品2的组成
Figure BDA0002953481990000151
如之前，当暴露于商业硫酸生产所经历的那些代表性的不同浓度和温度下的热浓硫酸溶液时，则确定该样品的腐蚀特征。如上所述，通过将试样暴露于指定的溶液中持续14天的周期获得数据。基于样品厚度由于该暴露的损失再次测定腐蚀速率(再次以密耳/年或mpy计)。表6比较了当暴露于温度范围从265℃至270℃的两个不同的硫酸浓度(即98.98％和97.98％H2SO4)(在测试期间经历了相对小的温度不稳定周期使得测试温度在该范围内变化)和暴露于265℃下的98.50％硫酸浓度时，本发明的样品2与310S的腐蚀速率。
表6.在265℃至270℃下的热浓H2SO4中的腐蚀速率(以mpy计)
Figure BDA0002953481990000161
本发明的样品2示出与本发明的样品1获得的类似的改善的耐腐蚀性结果。此外，这表明可以用所要求保护的范围的各种组成制备本发明的合金，而且它们的特征在于对热浓硫酸具有出乎意料的优越的耐腐蚀性。
在本说明书中提及的所有以上美国专利、美国专利申请、国外专利、国外专利申请以及非专利公开物以其全文通过引用结合在此。
虽然已经示出并且描述了本发明的具体要素、实施例和应用，当然将理解的是，本发明并不限于此，因为在不偏离本披露的精神和范围的情况下，特别是根据前述传授内容，本领域的普通技术人员可以做出多种修改。此类修改被认为是在所附权利要求书的权限和范围内。

Claims (16)

1.一种奥氏体不锈钢合金，其特征在于以重量％计的以下组成：
36％-40％铬
32.5％-36％镍
1.5％-2.0％锰
0.35％-0.6％氮
<0.3％硅
<0.02％碳
<0.02％磷
<0.04％钼
<0.02％铜
<0.005％硫
剩余物基本上由铁组成。
2.如权利要求1所述的合金，其特征在于，以重量％计的以下组成：
36％-37％铬
32.5％-34％镍
1.65％-1.75％锰
0.37％-0.47％氮。
3.如权利要求1所述的合金，其特征在于，以重量％计的以下组成：
38％-40％铬
34.5％-36％镍
1.55％-1.65％锰
0.38％-0.48％氮。
4.如权利要求1所述的合金，其特征在于，以重量％计的以下组成：
36％-40％铬
32.5％-36％镍
1.55％-1.75％锰
0.37％-0.48％氮。
5.如权利要求1所述的合金，其特征在于，该合金是热加工，固溶退火和淬火的。
6.一种用于制造如权利要求1所述的奥氏体不锈钢合金的方法，该方法包括以下步骤：
以选定比率获得铬、镍、锰、氮和铁源；
真空感应熔化这些源，从而形成熔融混合物；
浇铸该熔融混合物，从而产生固体前体合金；
热加工该固体前体合金；
固溶退火并淬火该固体前体合金，从而产生淬火的合金；以及
从该淬火的合金中除去重氧化皮，从而产生该奥氏体不锈钢合金。
7.如权利要求6所述的方法，其中，该浇铸步骤在空气中进行。
8.如权利要求6所述的方法，其中，该固溶退火步骤是在大于或等于1150℃下完成的。
9.如权利要求6所述的方法，其包括冷加工该固体前体合金。
10.如权利要求6所述的方法，其中，该除去重氧化皮步骤包括酸洗该淬火的合金。
11.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢合金在暴露于高温浓硫酸溶液下的部件中的用途，其中，该溶液的温度大于或等于175℃且该溶液中硫酸的平均浓度大于或等于98％。
12.如权利要求11所述的用途，其中，该溶液的温度是在从175℃至265℃的范围。
13.如权利要求11所述的用途，其中，该溶液中硫酸的浓度是在从98％至99.5％的范围内。
14.如权利要求11所述的用途，其中，该部件是工业硫酸生产设备的零件。
15.如权利要求14所述的用途，其中，该部件是工业硫酸生产设备中的蒸汽产生***的零件。
16.如权利要求11所述的用途，其中，该部件是该奥氏体不锈钢合金的锻造或铸造产品。
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