一種耐硫酸用鐵素體不銹鋼及其制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種耐硫酸用鐵素體不鎊鋼及其制造方法，所制得鐵素體不鎊鋼可W 應用于各種與硫酸接觸的環(huán)境，如制造硫酸工業(yè)用的培、罐、槽、管線和酸冷器等設備，W及 石油化工等行業(yè)中的含硫廢氣煙畫、煙道、廢氣脫硫裝置等。
【背景技術(shù)】
[0002] 硫酸在國民經(jīng)濟中的應用十分廣泛，是化肥工業(yè)、化纖工業(yè)、有色冶金工業(yè)W及各 種有機和無機化學工業(yè)的重要原料。硫酸是一種腐蝕性很強又極為復雜的工藝酸。所W無 論是硫酸生產(chǎn)廠家還是使用部口，都面臨著令人頭痛的腐蝕問題。
[0003] 硫酸腐蝕的一個重要特點是隨著溫度和濃度的不同或呈氧化性或呈還原性，腐蝕 過程十分復雜，給選材和新材料的研究帶來很大困難。硫酸雖然是一種含氧酸，但稀硫酸和 中等濃度的硫酸的氧化性較弱，因而屬于還原性酸。而濃硫酸，特別是熱濃硫酸則具有很強 的氧化性，因此屬于氧化性酸。
[0004] 由于硫酸的此種特性，在選用耐硫酸不鎊鋼時隨硫酸濃度、溫度的不同，所選牌號 亦不同。
[0005] 一般說來，不含Mo的不鎊鋼，例如18-8型的化-Ni奧氏體不鎊鋼，不能用于耐硫 酸腐蝕；而含Mo2~3%的0Crl7Nil2Mo2、00Crl7Nil4Mo2等，是可供選用的耐硫酸的最低 牌號；同樣含Mo2~3%的一些雙相不鎊鋼，例如00化25Ni6Mo2N等的耐硫酸性能相當或優(yōu) 于含Mo2~3%的奧氏體鋼；而用Mo,化，Si (3~4% )的Η元素復合金化的化-Ni奧氏體 鋼和雙相不鎊鋼則是耐硫酸不鎊鋼中性能更佳，使用范圍更寬的一類。
[0006] 截至目前為止，高牌號耐硫酸不鎊鋼，例如0化23Ni28Mo3化3Ti， lCr24Ni20Mo2Cu3 (K 合金）、0Cr20Ni29Mo3 Cu4 (Ca巧enter-20)等主要用于常壓下耐 80°C W下的各種濃度硫酸。
[0007] 但是，在90% -98%的高溫濃硫酸中，根據(jù)使用溫度和濃度，只有選用高Si化％ ) 不鎊鋼才能取得滿意的結(jié)果，如00化17Nil7Si6和00化18Ni20Si6Mo化，但一旦遇到稀硫 酸，高娃不鎊鋼的耐蝕性會顯著下降。
[0008] 現(xiàn)有的耐硫酸腐蝕用不鎊鋼主要W高Ni奧氏體不鎊鋼和雙相不鎊鋼為主，都含 有大量的貴重金屬Ni，成本高、加工制造難度大、耐硫酸濃度范圍窄。
[0009] 目前，與耐硫酸用不鎊鋼及其制造方法相關(guān)的專利如下：
[0010] 日本專利JP62174349A和JP2008190009A為常規(guī)鐵素體不鎊鋼，生產(chǎn)過程中耐硫 酸酸洗性能較好，表面缺陷少，但是不能作為硫酸生產(chǎn)設備、器皿等用材料；
[0011] 日本專利JP2009035813和中國專利CN200880021063. 8相同，都為中館鐵素體不 鎊鋼，不含Mo、Ti等合金元素，耐硫酸腐蝕性能有限，只能耐10% W下的硫酸；
[001 引 中國專利 CN201110134627. 2、CN95110069. 6 和 CN03141708. 6 能夠耐一定濃度的 硫酸腐蝕，但是都含有大量的貴重金屬Ni元素，屬于奧氏體不鎊鋼，價格昂貴；
[0013] 中國專利201110300454. 7為耐濃硫酸的鐵素體不鎊鋼，佩單穩(wěn)定，未添加 Ti、A1、 V、Ni等元素，沖擊初性和焊接性不足，且只能耐98%的濃硫酸，對稀硫酸的耐蝕性一般。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的在于提供一種耐硫酸用鐵素體不鎊鋼及其制造方法，該鐵素體不鎊 鋼能夠耐濃度為5~98wt %，溫度在6(TC W下的硫酸的腐蝕；具有較好的沖擊初性，初脆 轉(zhuǎn)變溫度比常規(guī)鐵素體不鎊鋼降低3(TC左右；具有良好的焊接性能，焊縫塑性提高10% W 上；具有高的耐點蝕當量（PREN > 38)和優(yōu)異的耐腐蝕性能。其耐腐蝕性能遠優(yōu)于常規(guī)鐵 素體不鎊鋼，相當于超級奧氏體不鎊鋼和媒基合金。可替代部分價格高昂的超級奧氏體不 鎊鋼、雙相不鎊鋼、高Si奧氏體不鎊鋼和媒基合金等，可W應用于各種和硫酸接觸的環(huán)境， 如制造硫酸工業(yè)用的培、罐、槽、管線和酸冷器等設備，W及石油化工等行業(yè)中的含硫廢氣 煙畫、煙道、廢氣脫硫裝置等。
[0015] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0016] 本發(fā)明通過合適的化、Mo含量，超低的C、N含量，采用Ti、佩雙穩(wěn)定化固定鋼中 的C、N，并控制鋼中的S、0等雜質(zhì)元素等措施實現(xiàn)高耐硫酸腐蝕性能和良好加工性能；通過 添加適量的Ni和微合金化元素 V，并通過生產(chǎn)工藝控制來避免脆性析出相的產(chǎn)生，從而保 證鋼種具有較好的低溫沖擊初性；通過添加適量的Ti和微量的A1，改善焊縫塑性、焊縫抗 氧化性能和焊縫耐腐蝕性能。最終實現(xiàn)一種具有高耐硫酸腐蝕性、高初性、良好焊接性的耐 硫酸用鐵素體不鎊鋼。
[0017] 具體地，本發(fā)明的一種耐硫酸用鐵素體不鎊鋼，其化學成分重量百分比為；C: 0. 002 ~0. 015%，N ;0. 002 ~0. 015%，Si ;0. 2 ~1. 0%，Mn ;0. 2 ~0. 5%，P《0. 030%, S《0. 003%，Cr ;28 ~30%，Ni ;1. 5 ~3. 0%，M〇 ;2. 0 ~4. 0%，V ;0. 1 ~0. 3%，Ti ;0. 10 ~ 0. 30 %，佩；0. 2 ~0. 5 %，A1 ;0. 05 ~0. 1 %，且 Cr+3. 3*Mo > 38 %，Ti+佩 > 16 (C+腳， 0《0. 005%，其余為化和不可避免的雜質(zhì)。
[0018] 進一步地，所述不鎊鋼耐硫酸濃度為5~98wt%，所述硫酸溫度《60°C。
[0019] 另，所述鐵素體不鎊鋼耐點蝕當量PREN > 38。
[0020] 在本發(fā)明的耐硫酸用鐵素體不鎊鋼成分設計中：
[0021] 化和Mo的作用：化是不鎊鋼中最重要的合金元素，隨著館含量的增加，不鎊鋼耐 硫酸腐蝕性能顯著提高。Mo是鐵素體不鎊鋼中僅次于化的元素，同樣可W提高鋼的耐硫酸 腐蝕性能。因此為保證所開發(fā)鐵素體不鎊鋼具有優(yōu)異的耐硫酸腐蝕性能，采用高含量Cr并 添加 Mo后，鋼中易形成α '、σ、X等金屬間化合物，不僅降低鋼的耐腐蝕性，而且降低鋼的 初性、塑性、冷成形性和焊接性，故需要采用合適的工藝避免送些析出相的產(chǎn)生。因此，本發(fā) 明鐵素體不鎊鋼的化質(zhì)量含量限制在28~30%之間，Mo質(zhì)量含量限制在2. 0~4. 0%之 間，同時 Cr+3. 3*Mo > 38%。
[0022] V;V是一種比較重要的微合金化元素，在合金鋼中得到了較多應用，不鎊鋼中應 用較少。添加適量合金元素 V可W顯著改善材料初性，提高材料的強度，其機理主要是 V(C，腳析出物的析出減少了晶界上大顆粒碳氮化物、σ相、X相等金屬間相的析出，減少 位錯運動阻力，避免位錯塞積群頂端應力集中，從而提高材料的初性。因此本發(fā)明中添加了 0. 1 ~0. 3wt% 的 V。
[0023] Ni ;鐵素體不鎊鋼中加入Ni,既可W改善鋼的低溫初性，又可W改善鋼的耐硫酸 腐蝕性能，抑制硫酸的極化反應，保持純化膜的穩(wěn)定性和自修復能力。但Ni含量增加后材 料更易發(fā)生應力腐蝕開裂，同時Ni的價格較貴，因此綜合考慮本發(fā)明中規(guī)定Ni含量控制在 1. 5 ~3. Owt %。
[0024] C、N ;C、N是鐵素體不鎊鋼中有害且無法避免的元素，主要是由于C、N在鐵素體中 的溶解度很低，容易和化反應，在晶界上析出Μ23&、化2N等，顯著降低鐵素體不鎊鋼的耐腐 蝕性能，惡化材料初性，同時使材料脆性轉(zhuǎn)變溫度上升。因此，必須通過冶煉盡量降低C、Ν 含量，并采用強碳氮化合物形成元素加 W固定。本發(fā)明中綜合考慮工藝可行性和成本因素， 規(guī)定 C ;0. 002 ~0. 015wt%，Ν ;0. 002 ~0. 015wt%。
[00巧]Nb、Ti ;Nb、Ti與C、N具有很強的化合作用，通過形成穩(wěn)定的燈i、Nb) (CN)化合物， 可防止形成化的C、N化合物，從而改善耐腐蝕性能。TiN作為形核質(zhì)點增加了連鑄昆中等 軸晶的比例，可W改善成型性能，TiN阻止焊接時的晶粒長大，從而改善焊縫力學性能。此 夕F，佩還可W細化鐵素體不鎊鋼的晶粒，提高鋼的初性，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。為此，本發(fā)明 添加了 0. 2~0. 5wt%的佩和0. 1~0. 3wt%的Ti，同時控制穩(wěn)定化比Ti+Nb > 16(C+N)。
[0026] A1 ;鉛是常用的脫氧元素，通常在鐵素體不鎊鋼中鉛為殘余元素，一般控制在較低 的水平。但同時A1具有抗高溫氧化、硫化的作用，一定含量A1