一种铁素体不锈钢及其制造工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及不锈钢制造技术领域，尤其是一种铁素体不锈钢及其制造工艺。
【背景技术】
[0002] 目前我国所有在运行和在建核电站的汽水分离再热器及给水加热器等设备所用 的TP439MSR换热管都需从国外进口，由于国家发改委要求核电关键设备国产化比例需达 到85%以上，这对我国核电事业的自主发展是一个重大的机遇及挑战。
[0003] 汽水分离再热器、高压加热器、低压加热器、凝汽器是核电汽轮发电机组中重要的 辅机设备，这些设备的性能和运行可靠性，将直接影响发电机组整体运行的经济性和安全 性。随着我国核电工业的迅速发展，高参数、大容量机组数量不断增加。参数提高，容量增 大，也使换热器等设备的尺寸越来越大，同时也增加了设计、制造的难度。频繁的启停和急 剧的负荷变化，使换热器的运行工况越来越恶劣。换热器投运率低的问题就成了影响机组 等效可用率的重要原因之一。换热器的故障停用，均会使机组的经济性和出力受到影响。 造成换热器投运率低和损坏的原因是多方面的，经各种停运的数据统计，换热器管系泄漏 使换热器故障停运所占比重最大，而换热管被冲蚀和各类腐蚀是造成管系泄漏的最主要原 因。
[0004]国内电站换热器使用的换热管主要有碳钢管、不锈钢管、钛管和黄铜管等。碳钢管 的抗腐蚀特性较差，对冲蚀也极其敏感，同碳钢管相比较而言，不锈钢换热管在耐冲蚀、耐 腐蚀性方面有着无法比拟的优越性，可延长换热器的运行寿命，但目前国内大量使用的奥 氏体不锈钢管高昂的价格，又往往使电厂望而却步，且其材质对应力腐蚀也极其敏感，制约 了以不锈钢换热管在高压加热器等传统碳钢管领域的发展。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是要解决上述缺陷，提供一种耐腐蚀、耐冲蚀且成本低的铁素体不 锈钢及其制备工艺，并将这种铁素体不锈钢制造成换热管应用于核电设备中的换热器中。 [0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种铁素体不锈钢，包括Fe元素与改性化学元 素，所述改性化学元素包括：以重量百分数计的元素，
[0007] 0 ^ C ^ 0. 02 ^ Si ^ 0. 55 ^ P ^ 0. 025 ^ S ^ 0. 006%, 0 彡 Ni 彡 0? 40%，0 彡 Cu 彡 0? 06%，0 彡 A1 彡 0? 04%，0 彡 N 彡 0? 02%，还包含 Cr、Mn、Mo、 Ti元素，其中所述Mo元素的质量百分数为0彡Mo彡0. 05 %，所述Cr、所述Mn、所述Mo的 重量百分数之间具有如下关系：
[0008] Mo = 1. 063Mn-l,0 ^ Mo ^ 0. 05% (1)
[0009]
⑵
[0010] 0. 20% +4(C+N) Ti ^ 0. 50% (3)
[0011] 所述Fe元素与所述改性化学元素的重量百分数之和为100%。
[0012] 方程中Mo、Mn、Cr、C、N、Ti分别代表Mo的重量百分数、Mn的重量百分数、Cr的重 量百分数、C的重量百分数、N的重量百分数以及Ti的重量百分数。
[0013] 其中，所述Ti元素的重量百分数为0. 20% +4(C+N) %彡Ti彡0. 35%。
[0014] 其次，提供一种制备上述铁素体不锈钢的工艺，其步骤如下：
[0015] (1)按照各个化学元素的重量百分数称取含有所述化学元素的原材料；
[0016] (2)将原钢、铬铁混合物在电炉中熔化，熔清后加入铜板、硅铁、锰铁，控制碳含量 达到要求得到熔体，将所述熔体温度升高至1560°C~1620°C，加入硅钙合金进行预脱氧， 加入错终脱氧，然后依序加入钦铁和棚铁恪化；
[0017] (3)当所述钛铁和所述硼铁全部熔化后得到钢水，将粒径小于12mm的颗粒状稀土 镁合金和金属Ce、Nb、K所组成的复合变质孕育剂用薄铁皮包裹，经160°C~200°C的温度烘 烤后放在钢水包的底部，用包内冲入法对冶炼好的所述钢水进行包内变质孕育处理；
[0018] (4)将经过所述包内变质孕育处理过的所述钢水在砂型或金属型内浇注成铸件， 浇注温度为1400°C~1450°C;
[0019] (5)将所述铸件进行清理后，在700°C~750°C下保温4~6小时进行亚临界退火；
[0020] (6)将经亚临界退火处理的所述铸件或经机械加工后的加工件在920°C~1150°C 保温2~4小时进行热处理，使其硬化以形成奥氏体，然后进行空冷到室温。
[0021] 其中，步骤（6)中所述热处理后，将所述铸件或所述加工件在150°C~200°C进行 回火处理，回火保温时间2~4小时，随炉空冷至室温。
[0022] 再次，提供一种利用上述铁素体不锈钢制备的换热管。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明中的铁素体不锈钢耐腐蚀、耐冲 蚀，并且该制造工艺能够实现该铁素体不锈钢硬度的调整，使该铁素体不锈钢能够应用于 核电站的换热器中，打破该中材料被国外垄断的局面，降低了成本。
【具体实施方式】
[0024] 本发明中的铁素体不锈钢，包括Fe元素与改性化学元素，其所包含的改性化学元 素中Cr、Mn、Mo的重量百分数之间具有如下关系：
[0025] Mo = 1. 063Mn-l,0 ^ Mo ^ 0. 05% (1)
[0026]
(2)
[0027] 由于Mo与Mn均能增加不锈钢的抗腐蚀性，在大量的研究中发现，按照上述关系式 添加元素的含量，各个元素的根据上述关系配比相对于其他配比，可使铁素体不锈钢的抗 腐蚀性能达到最佳。
[0028] 其包含的Ti与C、N的重量百分数之间的关系如下：
[0029] 0. 20% +4(C+N) Ti ^ 0. 50% (3)。
[0030] 方程中Mo、Mn、Cr、C、N、Ti分别代表Mo的重量百分数、Mn的重量百分数、Cr的重 量百分数、C的重量百分数、N的重量百分数以及Ti的重量百分数。
[0031] 为了能够研制出符合核电站换热器要求的铁素体不锈钢，对各个成分进行了探 索，发现Cr、Mn、Mo的重量百分数之间具有上述关系时，其各项性能可达到要求并且最优。
[0032] 实施例1
[0033] -种铁素体不锈钢，包括Fe元素与改性化学元素，其各个化学元素的重量百分数 如表1 :
[0034]表1各化学元素及其重量百分数
[0035]
[0036] 其中Mo的重量百分数为0.02%，由公式（1)得出Mn的重量百分数为0.012%，有 公式（2)得出Cr的重量百分数为17. 02%。
[0037]根据公式（3) 0? 20 % +4 (C+N) % 彡 Ti 彡 0? 50 %，本实施例中，0? 20 % +4 (C+N) % = 0. 28%，因此本实施例中的Ti为0. 35%符合公式⑶的条件。
[0038] 本实施例含有上述化学成分的铁素体不锈钢的机械性能测试结果如表2.
[0039] 表2铁素体不锈钢的机械性能
[0040]
[0041]
[0042] 本发明中的不锈钢导热系数大，线膨胀系数小，含有少量的Mo、Ti、Nb等元素，使 不锈钢具导热系数大、膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，在铁素体不锈钢 中加入小于0. 06%的Cu，是由于溶解在钢水内的铜元素的原子体积与铁原子的体积大小 不同，使铁的晶体发生畸变，因而使固溶体的强度和硬度有所提高，即固溶强化。与奥氏体 不锈钢相比，本发明中的铁素体不锈钢换热效率更高，具有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。 可作为热交换器、蒸发器等设备使用材料，并且在微量氯化物及硫化氢工业环境中都有良 好的抵抗能力，导热系数大，线膨胀系数小，适合用作设备的衬里和生产复合板。
[0043] 利用上述铁素体不锈钢材料制造成换热管，用于核电站的换热器上，本发明中的 铁素体不锈钢耐腐蚀、耐冲蚀，并且该制造工艺能够实现该铁素体不锈钢硬度的调整，使该 铁素体不锈钢能够应用于核电站的换热器中，打破该中材料被国外垄断的局面，降低了成 本。
[0044] 实施