技术领域
本发明涉及一种不锈钢，尤其是一种耐腐蚀不锈钢板及其制备方法与应用。
背景技术：
燃煤电厂烟气中通常含有SO2，SO3，NOx，HCl，HF等酸性气体，这些气体直接排入大气将造成严重的环境污染，即引发酸雨。“十八大”报告中明确强调了要加强环境保护和治理，因此燃煤电厂烟气的排放将受到越来越严格的限制。按照2011年版标准，中国火力电厂（燃煤锅炉）大气污染物排放限值为：烟尘20mg/m3，二氧化硫50mg/m3，氮氧化物（NO2）100mg/m3，汞及其化合物0.03mg/m3。燃煤电厂烟气必须经过烟气脱硫（FGD——FlueGasDesulfurization）工艺方能达到排放标准。烟气脱硫工艺有多种，但目前大多数采用石灰-石灰石湿法工艺。通常经烟气脱硫系统吸收塔净化后的净烟气经烟囱排放有加热升温排放和不加热直接排放两种方式，即加换热器（GGH）和不加换热器（GGH），一般不加GGH的烟囱称为湿烟囱。越来越多的电厂烟气脱硫系统采用湿烟囱运行，不设GGH的FGD系统的特点在于：简化了系统，缩短了进出口烟道，降低了投资运行成本，省去了故障率较高的GGH的大量维修工作，但增加了烟囱的防腐工作。这是因为湿烟囱里净烟气的温度低大约为50℃左右，且净烟气中仍含有少量的SO2，SO3，NOx，HCl，HF等酸性气体，此时烟气结露严重，造成烟囱内烟道的露点腐蚀，主要是还原性稀硫酸的露点腐蚀。另外，冷凝液滴中吸入的Cl-，F-还会引发点蚀，缝隙腐蚀等局部腐蚀。显而易见，湿烟囱的腐蚀性非常强也非常复杂，目前我国大多采用非金属材料作为防腐内衬，如玻璃鳞片，耐酸砖/胶泥，硼硅酸盐玻璃泡沫块等，少数采用钛材（TA2）作为防腐内衬，鉴于我国国情，采用镍基合金过于昂贵。非金属材料的固有缺陷容易造成防腐衬里的脱落和老化等问题，且非金属防腐衬里的后期维护麻烦，工作量大，生命周期成本高；而钛材的加工制造工艺要求严格，容易造成焊接缺陷，不可与烟囱碳钢基体直接焊接。
而目前市面上的不锈钢材料的抗腐性能不能达到烟气脱硫系统的使用要求。
技术实现要素：
根据现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐腐蚀性、机械性能、焊接性能优良的耐腐蚀不锈钢板。
本发明为解决上述问题，所采取的技术方案为：一种耐腐蚀不锈钢板，按质量百分比计，由以下组分组成：C：≤0.020%、Si：≤0.80%、Mn：≤1.00%、S：≤0.010%、P：≤0.030%、Cr：19.50～20.50%、Ni：17.50～18.50%、Mo：6.50～7.00%、Cu：0.50～1.00%、N：0.22～0.30%、Re：0.10%～0.15%，其余量为Fe。
一种耐腐蚀不锈钢板，按质量百分比计，由以下组分组成：C：0.012%、Si：0.75%、Mn：0.74%、S：0.008%、P：0.028%、Cr：19.98%、Ni：18.01%、Mo：6.56%、Cu：0.89%、N：0.25%、Re：0.12%、Fe：52.652%。
一种耐腐蚀不锈钢板的的制备方法，将不锈钢材料冷轧至1.6mm厚度，然后进行固溶处理，固溶处理温度为1150℃，保温20min。
一种燃煤电厂烟气脱硫系统湿烟囱内衬的防腐施工方法,以耐腐蚀不锈钢板为板料，包括以下工艺步骤：
a首先将第一块和第二块耐腐蚀不锈钢板固定焊接于碳钢基底上；
b所述第一块耐腐蚀不锈钢板与第二块耐腐蚀不锈钢板部分重叠相密封焊接，或者所述第一块耐腐蚀不锈钢板与第二块耐腐蚀不锈钢板通过耐腐蚀不锈钢板焊接条密封焊接；
c这样依次将耐腐蚀不锈钢板固定并密封焊接直至整个烟囱内壁都被耐腐蚀不锈钢板覆盖完全。
本发明的原理是：金属铬是不锈钢获得耐腐蚀性能的最基本的合金元素，铬热力学不稳定但容易钝化，铬与铁基合金组成固溶体，可使铁基合金具有钝化耐蚀的特点。不锈钢的钝化膜组成主要是Cr2O3或CrOOH，因此适量的铬合金化有利于合金钝化和耐腐蚀性的提高。在还原性的稀硫酸中，铬与镍、钼和铜配合使用效果更明显。镍是热力学不稳定元素，能够钝化但钝化能力不如铬。铁-镍合金的腐蚀电位随镍含量的增加而向正方向移动。在还原性的硫酸、盐酸及氧化性的硝酸中耐腐蚀性均随镍含量的增加而提高。说明镍可提高铁基合金的热力学稳定性。另一方面，镍是奥氏体形成元素能强烈扩大奥氏体区，可改善合金的工艺和机械性能。金属钼是不锈钢和各种耐蚀合金常用的合金化元素，钼能促进合金的钝化与再钝化，降低合金的致钝电流。它可使不锈钢表面形成富钼的氧化膜，这种氧化膜在还原性介质中不易溶解，因此钼能提高合金耐还原性介质能力，而且能有效的抑制氯离子引起的点蚀和缝隙腐蚀。钼的这些作用是在有铬的前提下产生的，本发明防腐内衬材料具有较高的铬和钼，有效发挥了铬与钼的复合作用。金属铜是不锈钢常用的合金化元素，铜可提高不锈钢的耐硫酸腐蚀性能，铜的电极电位比氢高，可抑制氢去极化腐蚀。铜和钼的配合使用，能抑制钝化膜的溶解，不锈钢中的铜含量可高达3。元素氮是20世纪发展起来的新合金化方法，是强烈的奥氏体形成元素。在奥氏体中溶解度可达0.4，氮是廉价而有效的镍的代用元素（0.1N可代2.3～3.0Ni）。氮的固溶强化可提高钢的强度；氮能提高不锈钢的耐腐蚀性能，尤其是耐点蚀和缝隙腐蚀性能；此外在高合金不锈钢中氮可有效的抑制碳化物和金属间相当析出，改善焊接等工艺性能。稀土元素处理高合金不锈钢始于美国Carpenter公司，稀土元素合金化已得到广泛应用。稀土可控制硫化物的形态以及脱硫脱氧，改善钢的力学性能。稀土起到微合金化的作用。稀土原子中晶界偏聚可细化晶粒。稀土在钢的溶解度不大，必须严格控制加入量。另外配以铜、氮和稀土补充合金化，使其具有非常强的耐稀硫酸腐蚀性能及抗局部腐蚀性能，具有良好的机械性能及冷热加工性能，可在稀硫酸介质中替代镍基合金。
本发明的有益效果是：该耐腐蚀不锈钢板采用高铬、钼、氮合金化，并以镍平衡铬当量，铜微量改性，同时采用的固溶处理条件为1150℃，20min，使该不锈钢板具有优良的耐腐蚀性能、力学性能及焊接性能。该耐腐蚀不锈钢可应用于燃煤电厂烟气脱硫系统湿烟囱防腐内衬。
附图说明
附图1为本发明实施例一与对比材料的不锈钢板在稀硫酸中0.1mm/a的等腐蚀曲线。
附图2搭接焊密封形式示意图。
附图3板条角焊密封形式示意图。
附图4对焊角焊密封形式示意图。
附图5薄板贴壁纸工艺施工步骤一示意图。
附图6薄板贴壁纸工艺施工步骤二示意图。
附图7薄板贴壁纸工艺施工步骤三示意图。
附图8薄板贴壁纸工艺施工步骤四示意图。
具体实施方案
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例一
制作耐腐蚀不锈钢板，将不锈钢材料冷轧至1.6mm厚度，然后进行固溶处理，固溶处理温度为1150℃，保温20min。该耐腐蚀不锈钢板成分见表1。
对比例一
制作耐腐蚀不锈钢板，将不锈钢材料冷轧至1.6mm厚度，然后进行固溶处理，固溶处理温度为1150℃，保温20min。该耐腐蚀不锈钢板成分见表1。
对比例二
制作耐腐蚀不锈钢板，将由不锈钢材料冷轧至1.6mm厚度，然后进行固溶处理，固溶处理温度为1150℃，保温20min。该耐腐蚀不锈钢板成分见表1。
对比例三
制作镍基合金C-276板，将镍基合金C-276材料冷轧至1.6mm厚度，然后进行固溶，固溶处理温度为1150℃，保温20min。成分见表1。
对比例四
制作钛材TA2板，将钛材TA2冷轧至1.6mm厚度，然后进行固溶，固溶处理温度为1150℃，保温20min。成分见表1。
对比例五
制作耐腐蚀不锈钢板，将不锈钢材料冷轧至1.6mm厚度，然后进行固溶处理，固溶处理温度为1030℃，保温8min。该耐腐蚀不锈钢板成分同实施例一。
表1本发明实施例及对比材料成分
如图1所示，在稀硫酸中的耐腐蚀性从高到低为对比例三、实施例一、对比例一、对比例二和对比例四，在20%H2SO4以下，实施例一的耐腐蚀性与对比例三（即镍基合金C-276）接近。实施例一含有足够的铬-镍含量，同时以高钼（>6.5%）合金化，并以氮和铜补充合金化，在保证最低镍含量的情况下，以降低材料成本，实施一具有最佳的耐腐蚀性，而对比例一铬含量过高超出了平衡镍当量，造成金属间的析出，降低了耐腐蚀性，对比例二则是由于Re含量不足，使其耐腐蚀性降低。
实施例一的不锈钢板，其在含氯离子的稀硫酸中的腐蚀速度如表2所示。
表2实施例一的不锈钢板在含氯离子的稀硫酸中的腐蚀速度（mm/a）
表2表明实施例一的不锈钢板具有较佳的铬镍当量，在含氯离子的稀硫酸中也十分稳定，甚至在氯离子很高的稀硫酸中（氯离子高达上万ppm），仍然具有良好的耐腐蚀性能。
此外我们研究了实施例一的不锈钢板在含氟离子和含氟离子加氯离子的稀硫酸中的耐腐蚀性能。结果如表3所示。
表3实施例一的不锈钢板在含氟氯离子的稀硫酸中的腐蚀速度（mm/a）
表3中的实验数据表明，实施例一的不锈钢板在含氟离子和含氟氯离子的稀硫酸中也是耐腐蚀的。因此非常适合湿烟囱环境。
表4实施例一的不锈钢板和对比例在含氟氯离子的稀硫酸中的腐蚀速度对比
样品50%H2SO450%H2SO4+1.0Cl-50%H2SO4+1.0F-实施例一0.012140.057020.02831对比例一0.054380.089370.04563对比例二0.098110.11230.09765
表4表明实施例一的不锈钢板耐腐蚀性高于对比例一和对比例二的不锈钢板。
本发明的不锈钢属于高铬不锈钢，同时采用高钼合金化，并加入了抗点蚀元素氮。根据点蚀指数的经验公式：PREN=1%Cr+3.3%Mo+16%N计算表明，本发明的不锈钢的点蚀指数可达45。在80℃的（15%H2SO4+0.2%Cl-）、（15%H2SO4+0.5%Cl-）和（15%H2SO4+0.2%F-）介质，对实施例一的不锈钢板进行点蚀实验，结果未发现点蚀坑。说明实施例一的组分制作的不锈钢具有较高的抗点蚀和抗氟、氯离子腐蚀性能。另外，根据ASTMG48在FeCl3溶液中测量实施例一的组分制作的不锈钢的临界缝隙腐蚀温度为113℃，与镍基合金C-276的临界缝隙温度122℃相差不大，因此实施例一的不锈钢板的抗缝隙腐蚀性能优良。
应力腐蚀开裂（SCC）是最危险的局部腐蚀破坏形式之一。所以不锈钢板，作为在腐蚀环境中使用的结构材料，必须评定它的应力腐蚀敏感性。参照GB/T17898-1999的规定，试样尺寸为0.9×15×75，侧面用磨床磨光。用10mm压头在万能材料试验机上把试样弯曲成U型。然后采用聚四氟乙烯螺钉施加应力，分别在80℃的（15%H2SO4+0.2%Cl-）、（15%H2SO4+0.5%Cl-）和（15%H2SO4+0.2%F-）介质中进行实验。结果未发现实施例一的不锈钢板产生应力腐蚀开裂（SCC）。
下面我们将实施例一和对比例五的不锈钢板的力学性能做比较。实施例一不锈钢板的力学性能和杯突如值如表5、7所示；对比例五的力学性能，如表6所示。
表5实施例一的不锈钢板力学性能
表6对比例五的不锈钢板力学性能
表7实施例一的不锈钢板杯突值
热处理条件杯头尺寸（mm）杯突深度值（mm）1030℃×8分钟Φ106.01150℃×20分钟Φ1010.7
从表5、表6和表7可得，经1150℃，20min的固溶处理的不锈钢板，其力学性能与对比工艺（经1030℃,8min的固溶处理的不锈钢板）改善的多，延伸率平均提高了一倍左右，此时板材塑性大大改善。杯突深度值提高40%以上，此时具有更好的深冲和成形性能。
表8实施例一和对比例一和对比例二的不锈钢板的力学性能对比
样品抗拉强度（Mpa）屈服强度（Mpa）延伸率（%）实施例一71640046对比例一70038940对比例二68737833
从表8可得，实施例一的不锈钢板的力学性能优于对比例一和对比例二。表明了本发明不锈钢板的组分比例选择最佳，是本发明的不锈钢板的力学性能优于其他组分比例制作的不锈钢板。
一种燃煤电厂烟气脱硫系统湿烟囱防腐内衬,采用耐腐蚀不锈钢板制成。采用耐腐蚀不锈钢板贴壁纸工艺进行防腐施工，具体制作工艺分两个阶段：耐腐蚀不锈钢板1与碳钢基底2的固定焊和耐腐蚀不锈钢板的密封焊。详细过程如下：1.清理碳钢基底2，对于翻新的烟囱对其进行喷丸喷砂处理后用清水清洗，对于新建烟囱除上述步骤外还需对其表面进行磨光。耐腐蚀不锈钢板1也需保持表面清洁。
2.将第一块耐腐蚀不锈钢板1定位点焊于碳钢基底2上，并采用板中塞焊4和板边固定角焊5将第一块耐腐蚀不锈钢板牢固地固定于碳钢基底2上。焊丝直径为0.89mm或1.1mm，可采用本体材料本发明做填料金属焊接，当然最好采用镍基合金625做填料金属。板中塞焊4需在不锈钢板1上预冲孔，孔径Φ12.7mm为佳，孔间距60cm。板边固定角焊5长度25mm，间距150mm。
将第二块耐腐蚀不锈钢板1同第一块一样的方式固定于碳钢基底2上，所不同的是第二块耐腐蚀不锈钢板可与第一块重叠搭接密封角焊3，也可不重叠而通过另外一小耐腐蚀不锈钢板焊接条进行密封角焊3。密封角焊3的边部需重叠25mm。这样依次将耐腐蚀不锈钢板1固定并密封焊接直至整个烟囱内壁都被耐腐蚀不锈钢板1覆盖完全（见图2-8）。