換熱器板的不鏽鋼材料的製作方法
2023-11-10 09:03:37
專利名稱：換熱器板的不鏽鋼材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種不鏽鋼材料，具體的說本發明涉及一種適合用於換熱器板的不鏽鋼材料，其具有優異的耐腐蝕性，並且其可加工性能良好。
背景技術：
熱交換器、換熱器、熱管等用不鏽鋼材料含有較高的鉻含量，該鋼在高溫下被氧化，在它們表面形成一層薄的氧化膜，它非常緻密而且穩定，從而防止了氧的深透擴散和鋼表面的繼續氧化。熱交換器、換熱器、熱管等用不鏽鋼無縫鋼管含有較高含量的鉻和鎳，鉻和鎳原子尺寸與鐵原子尺寸有差異，高含量的鉻和鎳使晶格發生畸變，組織得到強化，並有較高的再結晶溫度，使鋼有較高的高溫強度。另一方面，在諸多換熱器產品和設備中，都使用海水形式的含氯化物液體作為冷卻介質用於冷卻目的。由於因氯化物產生的極高腐蝕環境，在這些換熱器中使用氯化物液體對使用的材料提出了高的要求。晶間腐蝕構成了利用海水作為冷卻液的板式換熱器中的主要問題，因為可能無法避免這樣的情況換熱器相鄰板之間連接界面的所處位置使得海水會到達相鄰板之間由此形成的裂隙或接縫處，並且它們還位於冷卻液具有相對高溫的位置處，這也是危險的。板式換熱器中的晶間腐蝕問題可以通過將所述板彼此焊接並通過密封使它們彼此連接來緩解， 但通過這些措施並不能使所述問題消失。毀壞材料的晶間腐蝕是溫度依賴的，並且當用於給定冷卻液(在這種情況下是海水)的材料具有低於臨界裂隙溫度的溫度時，基本上不會發生什麼，但是當該材料的溫度上升至超過該溫度時，該材料在所述裂隙處的腐蝕將會非常強烈並會在短時間內毀壞連接，這使得超過所述臨界裂隙溫度的溫度是不可接受的。使用含氯化物的冷卻液(如海水) 作為冷卻介質的板式換熱器中，這種晶間腐蝕溫度應該為至少50°C、優選至少60°C，用於提供換熱器可接受的冷卻能力。板式換熱器中使用的海水可被氯化從而殺死微生物。如果這些微生物沒有通過例如氯化被殺死，那麼它們的存在將引起環境腐蝕性的增大。在低溫即約40°C以下，氯化本身對於例如不鏽鋼不會導致任何增加的腐蝕性。而在超過40°C的溫度下，由氯化引起的氧化還原電位增加嚴重地增大了水對於鏽斑和晶間腐蝕的腐蝕性，因此限制了用於換熱器可用構造材料的選擇。在引言中限定類型的、用於在較高溫度下使用的板式換熱器(即利用含氯化物的冷卻液(諸如海水)作為冷卻介質)，由於該原因迄今為止幾乎專門設置由鈦製成的板，該板在海水中具有超過80°C的臨界裂隙溫度。然而，鈦是非常昂貴的材料並且它還不容易獲得。
發明內容
鑑於現有技術中使用的不鏽鋼換熱器材料存在的上述目的，本發明的目的是提供一種換熱器板的不鏽鋼材料，其相對於鈦合金材料成本低廉，具有足夠高的耐蝕性能和耐高溫性能。
為了實現上述目的，本發明採用了以下技術方案
一種換熱器板的鐵素體不鏽鋼材料，其具有以下組成C :0.01-0.03 wt%、Si 0. 30-0. 75 wt%、Mn :0. 30-0. 60 wt%> Cr :13. 5-25. 5 wt%、N :0. 03-0. 06 wt%、Co :0. 50-0. 90 wt%、V :0. 10-0. 25 wt%,餘量為！^及不可避免的雜質構成。下面說明本發明的不鏽鋼材料的合金成分的意義以及限定理由。C
碳是奧氏體形成元素，能夠提高鋼的淬硬性及強度，C含量過低會導致鋼的硬度達不到使用要求；然而C含量過高，易於形成奧氏體，從而會降低鋼的耐腐蝕性能，並且導致高溫強度降低。在本發明的鐵素體不鏽鋼中，限定C的含量在0.01-0. 05 wt%之間。優選的C 的含量為 0. 01-0. 03wt%。Si
在鋼製造中用作脫氧劑，並且它增加了製造和焊接期間的流動性。另外，Si也是改善高溫特性和耐氧化腐蝕的有益元素；其還有利於提高鋼在中高溫環境中的強度。然而如果 Si含量超過0. 75wt%，會導致金屬間化合物的過度析出，反而不利於中高溫環境下強度的提高。而如果其含量低於0.35wt%的時候，有容易產生異常氧化的傾向。因此在本發明中其含量限於0. 30-0. 75 wt%，更優選的其含量範圍為0. 35-0. 60 wt%。Mn:
在鋼製造中用作脫氧劑，並且它增加了製造和焊接期間的流動性。並且Mn的加入有利於細化晶粒，提高剛的強度，加入適量的Mn有利於提高不鏽鋼的耐蝕性能。但是在本發明的提素體不鏽鋼中，當Mn的含量超過0. 60wt%,會形成大量的金屬間化合物，導致不鏽鋼的可加工性能降低，並且容易誘發晶間腐蝕。因此在本發明中其含量限於0.30-0. 60 wt%，更優選的其含量範圍為0. 35-0. 45 wt%0Cr
用於提高材料耐腐蝕性的活性元素。高含量的鉻暗示在該材料中得到很好的N溶解性。因而，為了改進耐腐蝕性，期望保持儘可能高的Cr含量。另外，高的Cr含量也有利於提高不鏽鋼材料的耐高溫性能。在本發明的材料中為了得到良好的耐腐蝕性，鉻的含量應該為至少13.5 wt%0然而，高含量的Cr增加了不鏽鋼材料的成本，另外過高的Cr含量，會導致材料的加工性能下降並導致韌性劣化，因而在本發明中限定Cr的含量在13. 5-25. 5wt% 之間。優選的，Cr的含量在15. 5-22. 5 wt%。N
氬的加入能夠增加材料的耐腐蝕性、結構穩定性和強度，特別是在提高耐點蝕方面非常有效。當N在本發明的不鏽鋼中的含量低於0.03 wt%時作用不能充分發揮，但是如果N 的加入量超過0. 06 wt%時，導致鐵素體不鏽鋼的中高溫強度顯著降低，因而在本申請將N 的範圍限定為0. 03-0. 06 wt%0 特別優選的，在本發明中，N的含量為0. 03-0. 05 wt%。Co
Co的加入可以在一定程度上提高鋼的淬透性，增加鋼的強度，但是其含量超過 0. 90wt%的時候，導致不鏽鋼的韌性降低，進而導致不鏽鋼的冷加工性能降低。因而在本發明的不鏽鋼中將其含量限定為0.50-0. 90 wt%0優選地，其含量為0.50-0.75 wt%。V可被添加用於提高材料在酸性環境中的總體耐腐蝕性，同時少量的V不會影響結構穩定性。然而，高含量的V暗示固溶度將會過度。因此V含量應該限於0.25 wt%0因而在本發明中將其含量限定為0. 10-0. 25 wt%0優選的，其含量範圍為0. 10-0. 15wt%。另一方面，本發明還公開了一種上述鐵素體不鏽鋼材料的製造方法，其包括以下步驟按上述成分用感應爐熔煉或電弧爐熔煉，通過氬氧精煉法(AOD)或真空吹氧脫碳法(VOD)精煉工藝，經連鑄成鑄坯；再經熱軋，然後熱處理，其中，退火加熱溫度為 600-870°C，保溫後緩冷至250°C以下；正火加熱溫度為800-1050°C，保溫後在空氣中冷卻至室溫。所述的不鏽鋼材料經過冷加工和/或熱加工和/或鑄造，例如鍛造、熱壓、冷彎加工等現有技術，將其加工成不鏽鋼換熱器板。本發明所述的不鏽鋼材料，觀察其金相組織，晶粒細小且均勻對提高材料的耐蝕性有好處；並且其組織中沒有發現大量存在電化學腐蝕的異質相，大大減輕了晶間腐蝕發生的傾向，發生點蝕的機率也很小，其抗拉強度大於450 MPa ；另外，本發明的不鏽鋼材料耐熱性能良好，在中高溫環境中能夠保持很高的強度，而且其加工性能良好。
具體實施例方式下面本發明將結合具體的實施例對本發明做進一步的解釋和說明。按表1所示出的質量百分比，用感應爐熔煉，通過氬氧精煉法(AOD)精煉工藝，經連鑄成鑄坯；再經熱軋，然後熱處理，其中，退火加熱溫度為680°C，保溫後緩冷至250°C以下；正火加熱溫度為950 °C，保溫後在空氣中冷卻至室溫。將得到的不鏽鋼材料進行以下性能檢測。材料強度測試
為了測定拉伸強度，在常溫下將經過冷加工後的標準件材料進行標準拉伸試驗，測試材料的抗拉強度。將抗拉強度450 MPa-500 MI^a之間者評價為良，低於450 MI^a的評價為不良，超過500 MPa的評價為優。表1母材的化學成分(餘量為狗)
權利要求
1.一種熱交換器不鏽鋼管的鐵素體不鏽鋼材料，其具有以下組成C :0. 03-0. 06 wt%、Si :0. 10-0. 35 wt%、Mn :0. 15-0. 45wt%、Ni :18. 5-27. 5 wt%、Mo :0. 15-1. 05wt%、Cu 0. 50-0. 90 wt%、Nb :0. 15-0. 75 wt%,餘量為Fe及不可避免的雜質構成。
2.權利要求1所述的鐵素體不鏽鋼材料，其特徵在於C的含量為0.03-0. 05 wt%0
3.權利要求1所述的鐵素體不鏽鋼材料，其特徵在於Si的含量為0.15-0. 30 wt%0
4.權利要求1所述的鐵素體不鏽鋼材料，其特徵在於Ni的含量為18.5-27. 5 wt%。
5.權利要求1所述的鐵素體不鏽鋼材料，其特徵在於Mn的含量為0.25-0. 40 wt%。
6.權利要求1所述的鐵素體不鏽鋼材料，其特徵在於Mo的含量為0.20-0. 75 wt%。
7.權利要求1所述的鐵素體不鏽鋼材料，其特徵在於Cu的含量為0.10-0. 25 wt%0
8.權利要求1所述的鐵素體不鏽鋼材料，其特徵在於Nb的含量為0.20-0. 50 wt%0
9.一種熱交換器不鏽鋼管，其特徵在於由權利要求1-8所述任一項的鐵素體不鏽鋼材料製成。
全文摘要
本發明涉及一種熱交換器不鏽鋼管的鐵素體不鏽鋼材料，其具有以下組成C0.03-0.06wt%、Si0.10-0.35wt%、Mn0.15-0.45wt%、Ni18.5-27.5wt%、Mo0.15-1.05wt%、Cu0.50-0.90wt%、Nb0.15-0.75wt%，餘量為Fe及不可避免的雜質構成。本發明所述的不鏽鋼材料，觀察其金相組織，晶粒細小且均勻對提高材料的耐蝕性有好處；並且其組織中沒有發現大量存在電化學腐蝕的異質相，大大減輕了晶間腐蝕發生的傾向，發生點蝕的機率也很小，其抗拉強度大於450MPa；另外，本發明的不鏽鋼材料耐熱性能良好，在中高溫環境中能夠保持很高的強度。
文檔編號C22C38/16GK102363860SQ20111017489
公開日2012年2月29日 申請日期2011年6月27日 優先權日2011年6月27日
發明者方得志 申請人:蘇州方暨圓節能科技有限公司