一种不锈钢及其制备方法和应用

一种不锈钢及其制备方法和应用
1.本发明专利申请是申请日为2021年7月15日，申请号为2021107982186，发明创造名称为“一种节镍型热水器加热管用不锈钢及其制备工艺”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明属于金属材料领域，具体涉及一种不锈钢及其制备方法和应用。


背景技术：

3.目前热水器加热管用不锈钢合金材料，主要应用的材料有310s系列、840mo系列不锈钢产品的冷轧钢带，虽然均属于耐热钢系列，但上述材料的耐热性主要体现在空气环境下的高温抗氧化和耐腐蚀性，而热水器加热管的使用工况为密闭性多离子水环境，上述材料在高温多离子水环境条件下的耐腐蚀性和焊接耐腐蚀性方面仍然未能满足客户的期望，且上述材料的镍含量较高，合金成本较大，导致客户采购成本高。加热管的加工特性对不锈钢合金材料的加工性能要求较为严苛，需满足其焊管、扩管、弯管等多道材料形变加工，因此该材料必须在具备良好的延展性的条件下提高本体和焊接耐腐蚀性，并且合金成本需比目前应用的材料低。因此，急需提出一种性能更加优良的热水器加热管用不锈钢合金材料。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种不锈钢，并提供其制备工艺。
5.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种节镍型热水器加热管用不锈钢，其特征在于：按质量百分比由以下化学成分组成：c：≤0.05％；si：0.30～0.80％；mn：1.0～2.0％；p：≤0.040％；s：≤0.005％；cr：22.0～23.0％；ni：14.0～15.0％；n：0.08～0.16％；mo：1.8～2.5％；余量为fe及不可避免的杂质。
6.优选的，所述的节镍型热水器加热管用不锈钢按质量百分比由以下化学成分组成：c：0.028％；si：0.49％；mn：1.77％；p：0.036％；s：0.003％；cr：22.47％；ni：14.01％；n：0.14％；mo：2.1％；余量为fe及不可避免的杂质。
7.本发明还提供了上述节镍型热水器加热管用不锈钢的制备工艺，其制备工艺流程为：真空中频感应炉冶炼
→
铸锭模浇铸
→
铸锭扒皮
→
铸锭锻造
→
热轧
→
抛丸
→
酸洗
→
冷轧
→
保护气氛退火
→
钢带分条；其中：铸锭模浇铸过程是在氩气保护条件下进行，铸锭模采用钢制，冶炼前进行铸锭模烘烤和冒口安装；铸锭扒皮是将不锈钢合金材料的铸锭的顶部孔隙区域切除并使用车床进行表面氧化铁皮车削干净；铸锭锻造过程中采用两火锻造。
8.优选的，铸锭锻造过程中采用两火锻造时选用的工艺参数为：首次加热温度是1200℃，首次加热时间是90min，首次锻造尺寸是厚度为45-50mm、宽度为220mm的钢板坯料；二次加热温度是1200℃，二次加热时间是60min，二次锻造尺寸是厚度为25mm、宽度为200mm的钢板坯料。
9.优选的，经两火锻造制成的钢板坯料经热轧制成厚度为4mm、宽度为180mm的钢板，
热轧后进行固溶处理，固溶温度为1050℃，保温时间不低于0.8小时，出炉后立即水冷，正常切掉头尾部，并使用抛丸机进行抛丸从而清除表面氧化铁皮，后续再使用氢氟酸、硝酸定比例混酸进行钢板酸洗；热轧采用的工艺参数为：热轧开轧温度1150℃，冷却方式采用空冷。
10.优选的，经过抛丸酸洗后的热轧钢板使用焊接加长过渡带的方式经冷轧一次性轧制成厚度0.5mm左右的钢带。
11.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明在奥氏体不锈钢成分范围内合理的调整了mo元素和n元素的加入量，在保证该不锈钢合金材料与现用310s系列材料相同的冷、热加工性能条件下，将合金成本适当降低，并明显提高该不锈钢合金材料的耐腐蚀性能和耐焊接处腐蚀性能。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1是本发明实施例所述的不锈钢材料经两火锻造后形成的钢板坯料形貌图。
14.图2是钢板坯料经热轧抛丸后得到的钢板形貌图。
15.图3是酸洗后的钢板形貌图。
16.图4是冷轧后的钢板形貌图。
具体实施方式
17.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
18.实施例。
19.参见图1至图4。
20.本实施例公开了一种节镍型热水器加热管用不锈钢，其按质量百分比由以下化学成分组成：c：≤0.05％；si：0.30～0.80％；mn：1.0～2.0％；p：≤0.040％；s：≤0.005％；cr：22.0～23.0％；ni：14.0～15.0％；n：0.08～0.16％；mo：1.8～2.5％；余量为fe及不可避免的杂质。
21.具体地讲，本实施例中选用一种典型的节镍型热水器加热管用不锈钢进行实施例分析介绍，该典型的节镍型热水器加热管用不锈钢按质量百分比由以下化学成分组成：c：0.028％；si：0.49％；mn：1.77％；p：0.036％；s：0.003％；cr：22.47％；ni：14.01％；n：0.14％；mo：2.1％；余量为fe及不可避免的杂质。
22.本实施例中，上述节镍型热水器加热管用不锈钢的制备工艺流程为：真空中频感应炉冶炼
→
铸锭模浇铸
→
铸锭扒皮
→
铸锭锻造
→
热轧
→
抛丸
→
酸洗
→
冷轧
→
保护气氛退火
→
钢带分条。
23.具体地讲，该材料的冶炼在真空中频感应炉内进行冶炼过程要使用氩气、氮化铬、真空度等严格控制n元素含量，并在氩气保护条件下进行铝脱氧和硅钙合金化钙处理去除夹杂物操作。
24.具体地讲，铸锭模浇铸过程是在氩气保护条件下进行，铸锭模采用钢制，冶炼前进行铸锭模烘烤和冒口安装。
25.具体地讲，铸锭扒皮是将不锈钢合金材料的铸锭的顶部孔隙区域切除并使用车床进行表面氧化铁皮车削干净。
26.具体地讲，铸锭锻造过程中采用两火锻造，两火锻造时选用的工艺参数为：首次加热温度是1200℃，首次加热时间是90min，首次锻造尺寸是厚度为45-50mm、宽度为220mm的钢板坯料；二次加热温度是1200℃，二次加热时间是60min，二次锻造尺寸是厚度为25mm、宽度为200mm的钢板坯料。经两火锻造后的钢板坯料见图1所示。
27.具体地讲，经两火锻造制成的钢板坯料经热轧制成厚度为4mm、宽度为180mm的钢板，热轧后进行固溶处理，固溶温度为1050℃，保温时间不低于0.8小时，出炉后立即水冷，正常切掉头尾部，并使用抛丸机进行抛丸从而清除表面氧化铁皮，后续再使用氢氟酸、硝酸定比例混酸进行钢板酸洗；热轧采用的工艺参数为：热轧开轧温度1150℃，冷却方式采用空冷。热轧抛丸后的钢板形貌见图2。
28.具体地讲，经过抛丸酸洗后的热轧钢板使用焊接加长过渡带的方式经冷轧一次性轧制成厚度0.5mm左右的钢带，厚度合格后再进行保护气氛退火处理。保护气氛退火后再进行钢带分条成所需规格宽度。酸洗后的钢板形貌见图3，冷轧后的钢板形貌见图4。
29.为验证上述的热水器加热管用不锈钢具有良好的耐腐蚀性，需对其进行材料检测，并将检测结果与现阶段常用的加热管材料310s做对比，具体如下所示：
30.(一)力学性能
[0031][0032]
(二)金相分析
[0033][0034]
(三)点腐蚀
[0035][0036]
(四)晶间腐蚀
[0037][0038]
注：试样敏化处理，即650℃+2h，空冷。
[0039]
(五)焊管fecl3浸泡试验
[0040]
带材不锈钢，尺寸约为30
×
25
×
0.5mm，试样剪切面经sic砂纸水磨至1000#，工作面不做打磨，管材剪切长度约为30mm，试样打磨后用蒸馏水与无水乙醇清洗试样表面，冷风干燥后置于干燥缸内待用，浸泡试验前用游标卡尺测量尺寸并称重。
[0041]
试验溶液为6％fecl3溶液，根据gb/t3-1085规定，分析纯100gfecl3·
6h2o溶于900ml0.05mol/l盐酸溶液中，配置成1l的fecl3溶液；试验容器采用玻璃烧杯，支架根据标准制作，材料为聚氯乙烯塑料管，每个烧杯浸泡一个试样，试验溶液为100ml，试验温度用恒温水浴槽控制为35
±
1℃。待试验溶液温度升高目标温度并稳定后将试样平放于塑料支架上，浸泡时间为24h。浸泡结束后取出试样，在蒸馏水超声清洗5min以去除腐蚀产物。清洗结束后冷风干燥，称重，计算腐蚀失重并统计腐蚀坑。每种材料试验三组平行样。
[0042]
腐蚀率用失重表示，单位是g/(m2·
h)，计算方法为：
[0043][0044]
式中：w
前
—试验前试样重量，g；w
后
—试验后试样重量，g；
[0045]
s—试样总面积，m2；t—试验时间，h。
[0046]
以下为试验结果统计表：
[0047][0048]
从以上材料检测结果可以看出本实施例所述的节镍型热水器加热管用不锈钢与现有的310s不锈钢相比，两者的力学性能相差无几，但是本节镍型热水器加热管用不锈钢的平均腐蚀速率大大降低，因此具有很好的耐腐蚀性，更加适用于高温多离子水环境条件，并且本节镍型热水器加热管用不锈钢在满足焊管、扩管等多道材料形变加工后还具有良好的焊接耐腐蚀性。
[0049]
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。