專利名稱：一種耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐酸腐蝕的不銹鋼，特別提供了一種耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼及其制 備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，硫酸具有很強(qiáng)的腐蝕性，而且對(duì)金屬的腐蝕過(guò)程及影響因素十分復(fù)雜。 硫酸工業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)不銹鋼提出越來(lái)越高的要求。硅(Si)是主要的耐蝕合金元素之一，在不銹鋼、低合金鋼、鎳基合金乃至鑄鐵中 均有應(yīng)用。硅作為合金化元素有以下優(yōu)點(diǎn)可提高不銹鋼耐氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能、耐點(diǎn) 蝕和縫隙腐蝕性能以及耐海水腐蝕性能；可提高不銹鋼耐強(qiáng)氧化性介質(zhì)(如硝酸、高溫濃 硫酸)的腐蝕性能，并能提高不銹鋼的抗高溫氧化性能。同時(shí)硅又是最便宜易得的合金化元素之一，所以高硅不銹鋼堪稱為物美價(jià)廉的新 鋼種，一直引起廣大材料研究人員和使用部門(mén)的關(guān)注。由于綜合性能以及制造工藝等種種 原因，傳統(tǒng)高硅不銹鋼中的硅含量多限制在3% 4% Si。如我國(guó)借鑒原蘇聯(lián)鋼種而開(kāi)發(fā) 研制的GH-2(lCrl9NillSi4AlTi)，該不銹鋼可用于強(qiáng)氧化性介質(zhì)。此外尚有所謂的C4鋼 (00Crl4Nil4Si4)，這是我國(guó)經(jīng)典的硝酸用不銹鋼。80年代國(guó)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公司開(kāi)發(fā)的Saramet和瑞典Sandvik公司開(kāi)發(fā)的SandvSX。Saramet在濃硫酸中 的耐蝕性能小于0. lg/m2h, Sandvik SX在濃硫酸中的耐蝕性能小于0. lg/m2h。SandvikSX是極優(yōu)良的高溫濃硫酸用不銹鋼，在濃度> 80%的硫酸中，耐蝕 性能高于所有其他不銹鋼，在98%濃硫酸中耐蝕性能甚至高于傳統(tǒng)的鎳基耐蝕合金 HastelloyC和Lewmet，使用溫度可高達(dá)150°C。Sandvik SX不僅耐蝕性能優(yōu)良，而且具有 良好的機(jī)械性能。為適應(yīng)我國(guó)硫酸工業(yè)的發(fā)展，中國(guó)科學(xué)院金屬腐蝕與防護(hù)研究所于90年代初開(kāi) 發(fā)研究了新型高硅不銹鋼FS-1。該不銹鋼為奧氏體型沉淀硬化不銹鋼，主要用來(lái)代替價(jià)格 昂貴的Lewmet合金制造高溫濃硫酸泵。近幾年該所還研制出DS-1高硅奧氏體不銹鋼和 FS-1耐硫酸不銹鋼應(yīng)用于高溫高濃度硫酸介質(zhì)中。從相關(guān)文獻(xiàn)可以看出以上鋼型適合在高溫下濃硫酸條件下使用，但是在工作條件 為50% -70%硫酸、溫度為80-120°C條件下腐蝕率不能滿足耐腐蝕要求。由此可見(jiàn)本技術(shù)領(lǐng)域迫切需要一種耐高溫耐酸腐蝕耐磨的不銹鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼及其制備方法，該不銹鋼含 有固體顆粒結(jié)晶物，在各種酸性介質(zhì)中具有極好的耐酸腐蝕和耐磨能力。本發(fā)明提供了一種耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼，該不銹鋼成分含有鐵、碳、硅、銅、 硫、磷、鉻、鎳、鉬、錳、微量元素；各成分的重量百分比為碳0. 001-0. 04%、硅2. 0-9.0%,硫 0. 001-0. 03 %、磷 0. 001-0. 03 %、鉻 18. 0-35. 0 %、鎳 25. 0-45. 0 %、鉬 2. 0-5. 0 %、銅 1. 0-4. 0%、錳0. 5-1. 0%、微量元素 0. 2-0. 5%、鐵為余量。 本發(fā)明提供的耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼， 所述微量元素優(yōu)選為稀土元素。本發(fā)明提供的耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼，所述不銹鋼中碳鉻鎳硅鉬銅錳成分的重 量百分比優(yōu)選為碳0. 03%，硅5. 0%，錳0· 8%，鉻25. 0%，鎳36. 0%，鉬3. 6%，銅1. 5%0本發(fā)明還提供了該不銹鋼的制備方法，使用非真空中頻感應(yīng)電爐冶煉，用砂型或 金屬型鑄造，冶煉過(guò)程中逐步升溫到至少1600°C，時(shí)間為2. 5-3. 0小時(shí)，澆鑄后鑄件在型腔 內(nèi)保溫至少2天。本發(fā)明通過(guò)一種全新配方，采用鉻鎳硅鉬銅錳配以適當(dāng)比例合金化，又加入稀土 元素進(jìn)行微合金改性，從而達(dá)到耐高溫耐酸腐蝕耐磨的要求。Cr是不銹鋼獲得耐腐蝕性能的最基本的合金元素，Cr熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，但容易 鈍化。在低合金范圍內(nèi)，對(duì)鋼具有很大的強(qiáng)化作用，提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，降低鋼的臨界 冷卻速度，提高鋼的淬透性，提高鋼的耐熱性；在高合金范圍內(nèi)，使鋼具有對(duì)強(qiáng)氧化性酸類(lèi) 等腐蝕介質(zhì)的耐腐蝕能力。Ni是熱力學(xué)不穩(wěn)定元素，其鈍化能力大于鐵小于鉻。它具有提高鋼的強(qiáng)度，改善鋼 的低溫韌性而不降低其塑性；降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性；擴(kuò)大奧氏體區(qū)，是 奧氏體化的有效元素。Si是提高鋼在高溫硫酸中的耐蝕性和鈍化膜穩(wěn)定性最重要的元素之一，它可以強(qiáng) 化鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性，提高鋼在氧化 性腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性和耐熱性。Mo是不銹鋼和各種耐蝕合金常用的合金化元素，具有強(qiáng)化鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度 和硬度，降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性，提高鋼的耐熱性和高溫強(qiáng)度的作用；而 且能有效抑制氯離子引起的點(diǎn)蝕。Cu也是不銹鋼常用的合金元素之一，它可以提高耐硫酸腐蝕，它的電極電位比H 高，可抑制氫的析出反應(yīng)。Cu和Mo配合使用能一直鈍化膜的還原溶解。Mn是作為鎳的代用元素加入不銹鋼中的。很早就有人進(jìn)行了以N、Mn取代鎳，獲 得單相奧氏體不銹鋼的研究，并取得了成功，降低了不銹鋼的成本。錳的作用不在于形成奧 氏體，而是它降低鋼的臨界淬火速度，在冷卻時(shí)增加奧氏體的穩(wěn)定性，抑制奧氏體的分解， 使高溫下的奧氏體保持到常溫。稀土元素主要控制硫化物的形態(tài)以及脫氧脫硫，改善鋼的力學(xué)性能并起到微合金 化作用。由于稀土原子在晶界偏聚與其他元素交互作用，引起晶界結(jié)構(gòu)化學(xué)成分和能量變 化，影響其它元素的擴(kuò)散和新相的成核長(zhǎng)大，導(dǎo)致鋼的組織和性能變化。根據(jù)上述理由提出了本發(fā)明的新型耐高溫耐酸腐蝕耐磨的不銹鋼，該不銹鋼材料 在高溫不同濃度硫酸介質(zhì)中不但具有抗氧化性和還原性作用，而且還具有良好的剛性強(qiáng)度 以及冷熱加工性能。本發(fā)明的不銹鋼材料適用于高溫下各種硫酸濃度條件下使用，尤其在 溫度80-120°C的50-70%硫酸介質(zhì)中使用效果明顯優(yōu)于其它型號(hào)不銹鋼。本發(fā)明與國(guó)內(nèi)和美國(guó)目前抗氧化性硫酸介質(zhì)材料相比的組成如表1 :表1相關(guān)不銹鋼主要組分對(duì)比分析
型號(hào)主要化學(xué)成分對(duì)比
C Si Mn Cr Ni Mo Cu 本發(fā)明 0.03 5 0.8 25 36 3.6 1.5---------
RS-2 0.025 0.60 0.83 19.81 25.1 2.81 2.63 HC-276 0.01 0.08 1.0 16 57 16 -
具體實(shí)施方式

下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此而限制本發(fā)明。實(shí)施例1使用非真空中頻感應(yīng)電爐冶煉不銹鋼，用砂型或金屬型鑄造，冶煉過(guò)程中逐步升 溫至1600°C左右，時(shí)間為2. 5小時(shí)，澆鑄后鑄件需在型腔內(nèi)保溫2天，取樣片進(jìn)行測(cè)試。不 銹鋼各元素組分如表2。在98%濃硫酸和93%濃硫酸中其耐酸腐蝕性能如表3和表4。表2本發(fā)明不銹鋼中各元素的組成
化學(xué)成分(％)
型號(hào)——Γ ----------------
C Si Mn Cr Ni Mo Cu S P 微量元素 Fe
本發(fā)明 0.03 6 0.8 24 33 3.5 1.6 0.01 0.01 0.3 余量表3不同類(lèi)型的不銹鋼在98%濃硫酸中的耐蝕能力
腐蝕速率(g/m2h) 型號(hào)90°CIOO0C 120°C 130°C-----
本發(fā)明 不腐蝕 不腐蝕 不腐蝕 不腐蝕 RS-2 不腐蝕 不腐蝕 不腐蝕 不腐蝕美國(guó)HC-276 不腐蝕0.42不腐蝕 不腐蝕表4不同類(lèi)型的不銹鋼在93%濃硫酸中的耐蝕能力腐蝕速率(g/m2h)
型號(hào)90°CIOO0C 120°C130°C本發(fā)明不腐蝕 不腐蝕 不腐蝕不腐蝕
RS-2不腐蝕 不腐蝕 不腐蝕不腐蝕
美國(guó)HC-276 不腐蝕 不腐蝕 不腐蝕不腐蝕 從表中可以看出本發(fā)明的耐腐蝕能力優(yōu)于國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品水平，可以應(yīng)用在 90%以上濃硫酸介質(zhì)當(dāng)中。實(shí)施例2使用非真空中頻感應(yīng)電爐冶煉不銹鋼，用砂型或金屬型鑄造，冶煉過(guò)程中逐步升 溫至1650°C左右，時(shí)間為3小時(shí)，澆鑄后鑄件需在型腔內(nèi)保溫3天，取樣片進(jìn)行測(cè)試。不銹 鋼各元素組分如表5。在60%濃硫酸中其耐酸腐蝕性能如表6。表5本發(fā)明不銹鋼中各元素的組成
化學(xué)成分(％)
型號(hào)————Γ--------
C Si Mn Cr Ni Mo Cu S P 微量元素 Fe
本發(fā)明 0.03 5.8 0.75 27 37 3.7 1.8 0.01 0.01 0.25 余量表6不同類(lèi)型的不銹鋼在60%濃硫酸中的耐蝕能力
腐蝕速率(g/m2h)-:-----
型號(hào)70°C80°C90°C IOO0C
本發(fā)明0.050.050.060.07RS-20.140.210.260.3 美國(guó) HC-276 0.30 0.39 0.51 0.68從表中可以看出本發(fā)明的耐腐蝕能力優(yōu)于國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品水平，可以應(yīng)用在 60%濃硫酸介質(zhì)當(dāng)中。實(shí)施例3使用非真空中頻感應(yīng)電爐冶煉不銹鋼，用砂型或金屬型鑄造，冶煉過(guò)程中逐步升溫至1700°C左右，時(shí)間為2. 8小時(shí)，澆鑄后鑄件需在型腔內(nèi)保溫4天，取樣片進(jìn)行測(cè)試。不 銹鋼各元素組分如表7。在60%濃硫酸中其耐酸腐蝕性能如表8。表7本發(fā)明不銹鋼中各元素的組成 表8不同類(lèi)型的不銹鋼在60%濃硫酸中的耐蝕能力 從表中可以看出本發(fā)明的耐腐蝕能力優(yōu)于國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品水平，可以應(yīng)用在 60%濃硫酸介質(zhì)當(dāng)中。實(shí)施例4使用非真空中頻感應(yīng)電爐冶煉不銹鋼，用砂型或金屬型鑄造，冶煉過(guò)程中逐步升 溫至1680°C左右，時(shí)間為2. 9小時(shí)，澆鑄后鑄件需在型腔內(nèi)保溫5天，取樣片進(jìn)行測(cè)試。不 銹鋼各元素組分如表9。在60%濃硫酸中其耐酸腐蝕性能如表10。表9本發(fā)明不銹鋼中各元素的組成 表10不同類(lèi)型的不銹鋼在60%濃硫酸中的耐蝕能力 從表中可以看出本發(fā)明的耐腐蝕能力優(yōu)于國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品水平，可以應(yīng)用在 60%濃硫酸介質(zhì)當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼，其特征在于該不銹鋼成分含有鐵、碳、硅、銅、硫、磷、鉻、鎳、鉬、錳、微量元素；各成分的重量百分比為碳0.001-0.04％、硅2.0-9.0％、硫0.001-0.03％、磷0.001-0.03％、鉻18.0-35.0％、鎳25.0-45.0％、鉬2.0-5.0％、銅1.0-4.0％、錳0.5-1.0％、微量元素0.2-0.5％、鐵為余量。
2.按照權(quán)利要求1所述耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼，其特征在于所述不銹鋼中碳鉻鎳 硅鉬銅錳釩成分的重量百分比為碳0. 03 %，硅5. 0 %，錳0. 8 %，鉻25. 0 %，鎳36. 0 %，鉬 3.6%，銅 1.5%，釩 0.3%。
3.權(quán)利要求1所述耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼的制備方法，其特征在于使用非真空中 頻感應(yīng)電爐冶煉，用砂型或金屬型鑄造，澆鑄后鑄件在型腔內(nèi)保溫。
4.按照權(quán)利要求3所述耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼的制備方法，其特征在于所述冶煉 過(guò)程中逐步升溫到至少1600°C，時(shí)間為2. 5-3. 0小時(shí)。
5.按照權(quán)利要求3所述耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼的制備方法，其特征在于所述澆鑄 后鑄 件在型腔內(nèi)保溫至少2天。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種耐高溫耐酸腐蝕的不銹鋼及其制備方法，該不銹鋼成分含有鐵、碳、硅、銅、硫、磷、鉻、鎳、鉬、錳、微量元素，各成分的重量百分比為碳0.001-0.04％、硅2.0-9.0％、硫0.001-0.03％、磷0.001-0.03％、鉻18.0-35.0％、鎳25.0-45.0％、鉬2.0-5.0％、銅1.0-4.0％、錳0.5-1.0％、微量元素0.2-0.5％、鐵為余量；該不銹鋼的制備方法使用非真空中頻感應(yīng)電爐冶煉，用砂型或金屬型鑄造，澆鑄后鑄件在型腔內(nèi)保溫；本發(fā)明的不銹鋼材料在高溫不同濃度硫酸介質(zhì)中不但具有抗氧化性和還原性作用，而且還具有良好的剛性強(qiáng)度以及冷熱加工性能。
文檔編號(hào)C22C38/44GK101845600SQ20091001085
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者呂海燕, 孫洪軍, 李富嶺, 武振海, 王詩(shī)毅 申請(qǐng)人:大連特耐泵業(yè)有限公司