一種稀土元素改性的特種不鏽鋼的製作方法
2023-05-11 05:47:16 1
專利名稱：一種稀土元素改性的特種不鏽鋼的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種材料，具體地說是關於一種製造硫酸設備用的特殊不鏽鋼材料。
背景技術：
為了解決高溫濃硫酸腐蝕問題，世界有關國家對金屬材料作了不少研究和開發工作。70年代，美國Lewis公司開發研究了鎳基Lewmet合金，在120℃的高溫濃硫酸中年腐蝕率＜0.1mm/a，同時可進行時效硬化，成功地用來製造高溫濃硫酸泵。美國Haynes公司開發了HastelloyD205高矽鎳基合金(≤0.03C，20Cr，6Fe，2.5Mo，2Cu，5Si，餘Ni)。可製造成板材、棒、帶、絲等變形材料。在高溫濃硫酸中具有優良的耐腐蝕性能。在130℃(H2SO4)99％中的年腐蝕速率為0.0175mm/a。可用來製造耐濃硫酸的版式和管板式熱交換器。為了解決鎳基合金造價昂貴問題，上個世紀80年代國外開始高溫濃硫酸用高矽奧氏體不鏽鋼的研究，瑞典的Sandvik SX合金就是最典型的代表。到90年代中期，德國Krupp報導了高矽不鏽鋼700Si(2509Si7)。在國外這些不鏽鋼都已成功地用來製造幹吸塔、循環槽、酸冷卻器、管線和酸泵等硫酸生產設備。近年來在硫酸工業會議上，美國孟山都公司又推出了ZeCor高溫濃硫酸用高矽不鏽鋼。
國內專門研究濃硫酸用不鏽鋼始於二十世紀九十年代初，根據硫酸工業的發展需要研製開發JK合金、RS2、RS4、SS920、FS-1等不鏽鋼，上述材料基本上用於鑄造件使用，以及合金本身的限制，未得到廣泛地推廣應用，更不用說用來製造酸冷卻器、幹吸塔等大型關鍵設備。
以上國內外合金和不鏽鋼雖在一定程度上解決了濃硫酸的腐蝕問題，但合金中含有大量鎳、鉻和鉬等價格較貴的金屬，且部分材料耐高溫腐蝕性能還不能滿足使用要求，有些國外用鋼在製造工藝上還難以掌握。因此，開發研製性價比高的特種不鏽鋼成為亟等解決的難題。
發明內容
本發明的目的是提供一種鎳鉻鉬元素等貴金屬含量較低的、生產工藝易於掌握、能用於鑄件、板材製作和具有良好可焊性的適合我國國情的耐高溫濃硫酸腐蝕用高矽不鏽鋼材料。
本發明的技術解決方案如下一種稀土元素改性的特種不鏽鋼，其特徵在於主要化學組成為(重量)C≤0.03％，Si5-8％，Cr8-14％，Ni15-25％，Mo0.70-1.0％，Cu0.7-1.0％，稀土≤0.4％，其餘為Fe。其中所述稀土為鑭、鈰混合稀土。
本發明與現有技術相比的有益效果是稀土改性不鏽鋼的化學成份設計使其處於穩定的奧氏體區，並且通過鎳當量和鉻當量的合理調整，減少鑄錠中的一次δ-鐵素體含量，其體積分數不超過15％，以利於鋼的鍛造開坯，提高成材率，鎳當量和鉻當量計算公式如下Nieg＝ω(Ni)+ω(Co)+30ω(C)+25ω(N)+0.5ω(Mn)+0.3ω(Cu)Greg＝ω(Cr)+2ω(Si)+1.5ω(Mo)+5ω(V)+5.5ω(Al)+1.75ω(Nb)+1.5ω(Ti)+0.75ω(W)在鋼中加入稀土元素，對其進行改性後，可以明顯提高不鏽鋼材料以下幾方面的性能1、稀土元素改變了鋼中易於形成點蝕的硫化物夾雜的成分和形態，降低了鋼中的硫含量，改善了鋼的耐點蝕性能。
2、用稀土元素處理的鋼，可消除硫的偏聚，淨化晶界，從而改善鋼的熱塑性。稀土與硫形成硫化物夾雜，其熔點一般在1500-2400℃範圍內，在鋼凝固時成為結晶核心，因而不會在晶界形成硫的網狀偏析而惡化鋼的熱塑性，同時結晶核心的存在細化了晶粒組織。稀土元素在晶界的析聚、在碳化物-基體界面上的富集，也是益於鋼熱塑性的提高。
3、本發明的不鏽鋼由於矽含量高，在600-900℃極易析出脆性σ相和矽化物，為了解決這一問題，本發明的不鏽鋼在合金化時採用加入稀土元素的辦法來改善和提高焊縫的質量。鋼中加入稀土元素，可減少焊縫金屬中脆性相和矽酸鹽在奧氏體晶界的形成和聚集。以高熔點且呈彌散分布的稀土硫化物取代低熔點的Ni3S4，減薄了奧氏體晶界上的第二相的厚度，使晶粒間的結合力提高。加稀土元素後，本發明的不鏽鋼的焊縫晶粒得以細化，提高了焊縫的質量。與未加稀土元素的DS-1不鏽鋼相比，避免了焊縫產生沿晶裂紋的傾向。此外降低了鎳、鉻和鉬等價格較貴的金屬在其中的含量，材料成本較低，並具有優異的耐腐蝕性能、焊接性能及加工性能，在硫酸工業中可用來製造酸冷卻器、幹吸塔、除霧器以及管線和泵、閥等，也可軋製成薄板(厚度小於1.0mm)用於製造板式換熱器，對提高我國工藝設備水平有重要意義。
下面將通過圖表的方式在力學性能和耐腐蝕性能方面將本發明的不鏽鋼--XDS不鏽鋼(中國宣達)與幾種國外典型的高溫濃硫酸用不鏽鋼作對比XDS不鏽鋼主要化學組成為(重量)C0.02％，Si7％，Cr12％，Ni20％，Mo0.8％，Cu0.85％，鑭、鈰混合稀土0.35％，其餘為Fe。
1、力學性能採用GB0228-2002標準，在AC-5000A型液壓式萬能試驗機上，測試了厚度3.0mm經過固溶處理的XDS不鏽鋼熱軋板材的常規力學性能。
表2 幾種高溫濃硫酸用不鏽鋼的力學性能比較(固溶狀態)
2、XDS不鏽鋼的耐腐蝕性能腐蝕試驗按ASTMG31-72標準進行。試樣尺寸40mm×15mm×3mm，依次用150#、400#、600#水磨砂紙打磨。實驗容器為2000ml燒杯，每個燒杯放入3個同種試樣，腐蝕速度取3個平行試樣的平均值。試驗溫度低於100℃時採用水浴，高於或等於100℃時採用砂浴，溫度波動值控制在±2℃。試驗時間大於72h。試驗結果如表2所示。為了比較，將國外典型的高溫濃硫酸用不鏽鋼700si、SX和ZeCor的耐腐蝕性能分別列於表3-5。
表2 XDS不鏽鋼熱軋板在高溫濃硫酸中的腐蝕速度
表4 700si在高溫度硫酸中的腐蝕速度mm/a
表5 SX在高溫度硫酸中的腐蝕速度
注1)鑄態2)焊態表6 ZeCor在高溫度硫酸中的腐蝕速度
比較表2-5中數據可以看出，與所列舉的國內外高溫濃硫酸用不鏽鋼相比，XDS不鏽鋼具有極優良的耐腐蝕性能。表7對幾種不鏽鋼在150℃和200℃、ω(H2SO2)98％硫酸中的腐蝕速度進行比較。
表7 幾種不鏽鋼的腐蝕速度比較mm/a
不難看出，在高溫度硫酸中，無論是150℃還是200℃，XDS不鏽鋼的耐腐蝕性能都是最高的。甚至在200℃的高溫下，XDS不鏽鋼仍具有良好的耐腐蝕性能。
3、局部腐蝕——點蝕和應力腐蝕A、點蝕。對於經不同溫度長時間浸泡的腐蝕試樣，在掃描電子顯微鏡下觀察其腐蝕形貌。結果表明，XDS在120℃下無論是ω(H2SO4)93％酸還是在ω(H2SO4)98％酸中均無點蝕跡象；在150℃下在ω(H2SO4)98％酸中仍無點蝕；在ω(H2SO4)93％酸中在三角晶界處開始產生輕微的點蝕現象。可見XDS不鏽鋼在高溫濃酸中具有良好的抗點蝕能力。
B、應力腐蝕。為了評定應力腐蝕敏感性，試驗按GB/T17898-1999規定進行。試樣尺寸為75mm×15mm×3mm。試樣側面用150#、400#、600#和800#砂紙依次打磨，用丙酮和無水乙醇除油，用80Pa壓力在萬能試驗機上壓成「U」形試樣，採用緊固螺釘施加應力。在2000mL燒杯中加入1000mL濃硫酸，放入3個平行試樣，在溫度80℃下浸泡72h。觀察結果表明，無論在ω(H2SO4)93％還是在98％硫酸中，XDS不鏽鋼均未表現出應力腐蝕敏感性。
權利要求
1.一種稀土元素改性的特種不鏽鋼，其特徵在於主要化學組成為(重量)C≤0.03％，Si5-8％，Cr8-14％，Ni15-25％，Mo0.70-1.0％，Cu0.7-1.0％，稀土≤0.4％，其餘為Fe。
2.按權利要求1所述的稀土元素改性的特種不鏽鋼，其特徵在於所述稀土為鑭、鈰混合稀土。
全文摘要
本發明公開了一種利用合金化原理，採用鑄土元素改性的XDS特種不鏽鋼材料，該材料具有極高的耐高溫硫酸腐蝕性能和機械性能。其化學成分C≤0.03，Si5－8％，Cr8－14％，Ni15－25％，Mo0.70－1.0，Cu0.7－1.0，稀土≤0.4。金相組織結構合理、合金化學成分的優化設計和微量元素的合金化改性取得了良好的效果。XDS不鏽鋼的熱加工性能，金相組織的均勻性，板材的力學性能、耐腐蝕性能和焊接性能，都獲得明顯改善和提高。在硫酸工業中可用來製造酸冷卻器、幹吸塔、除霧器以及管線和泵、閥等，也可軋製成薄板(厚度小於1.0mm)用於製造板式換熱器，對提高我國工藝設備水平有重要意義。
文檔編號C22C38/44GK1594635SQ20041004119
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月4日 優先權日2004年7月4日
發明者葉際宣, 劉煥安 申請人:宣達實業集團有限公司