专利名称:耐浓硫酸不锈钢的制作方法
本发明属于合金钢领域，是一种铁基Ni-Cr-Si-Mo-Cu奥氏体不锈钢。主要适用于高温高浓度硫酸等苛刻的腐蚀环境。
硫酸是一种腐蚀性很强的极为复杂的工艺酸，是工业上重要的基础原料。
在硫酸生产中，长期以来存在着设备的材料问题，特别是近来要求高温高压，材料问题更为突出。早期曾使用过炭素钢、铸铁和高级不锈钢等，这些材料虽在低温度下的浓硫酸中具有一定的耐蚀性。但在高温下的高浓度硫酸中，则遭到严重的腐蚀，以致不能使用。针对高温高浓度硫酸苛刻的腐蚀条件，世界各国先后研究和应用了双相合金〔如日本的Cr25Ni5Mo2、Cr17Ni7Si4MoCu(特公昭56-29657)〕、奥氏体不锈钢(如瑞典的Cr18Ni25Mo5，美国的Carpenter20和Wortaite，西德的306L，日本的Cr23Ni52Si4Mo4Cu4)等。这些材料，甚至高镍耐蚀合金(如成分为Ni50～60%，Cr20～25%，Mo4～6%，Cu3～6%的合金)，在100℃以上的浓度大于93%的浓硫酸中，也具有较高的腐蚀率，仍不能满足使用要求。因此，耐高温高浓度硫酸用钢已成为近十几年来硫酸生产中急待解决的材料问题。
1984年，日本曾发表了耐高温硫酸不锈钢(特公昭59-2737)，其化学成分(重量百分比)为C≦0.10%，Si3.5～5.0%，Cr18.0～29.0%，Ni20.0～45.0%，Mo4.0～9.0%，Cu0.5～3.0%，Mn≦2.0%。该钢的显微组织为奥氏体，具有良好的机械性能和较好的耐蚀性，但仍存在以下几个问题(1)由于Si≦5%，故虽有高Mo加Cu的复合作用，但当浓硫酸的温度大于100℃时，腐蚀率急剧增加，例如在温度为100℃的98%H2SO4中，其腐蚀率＞0.1毫米/年，120℃时，腐蚀率＞0.2毫米/年。
(2)合金中含有较高的Cr、Mo、Si，因此为了获得单相奥氏体组织，需加入大量Ni，使合金的合金元素总含量达到80%，导致热加工性能较差，且成本增加。
(3)在高Cr、Mo条件下，Si含量必须≦5.0%，否则，将使热加工性能和力学性能恶化。然而Si是提高合金在高温浓硫酸中耐蚀性的重要元素。在该合金体系中，Si含量受到了限制。
本发明的目的在于提供一种在高温浓硫酸中具有优异耐蚀性，容易铸造，冷热加工性能好，适应于硫酸工业发展需要，且价格低廉的耐高温浓硫酸不锈钢。
为了满足上述要求，本发明考虑了Cr、Si、Mo、Cu和Ni元素在钢中的重要作用，特别注重了Si的作用。通常认为，在高Cr、Mo钢中，Si含量必须≦5.0%，否则，将导致热加工性能和力学性能恶化。实际上，Si是提高钢在高温浓硫酸中耐蚀性和钝化膜稳定性最重要的元素，Si含量应随着浓硫酸温度的提高而增加，当温度大于100℃时，在相匹配的Cr、Mo、Cu含量下，钢中Si含量应大于5.5%，Si含量愈高，钢在高温浓硫酸中的耐蚀性愈好。Cr使钢在氧化性介质中容易氧化，但以Cr为主的钝化膜，在高温浓硫酸中极不稳定，将迅速被溶解。当钢中Si＞5.5%，Cr≧7.8%，并加入适量Mo、Cu，就可得到稳定的钝化膜，保证钢的耐蚀性。过高的Cr含量对于高温浓硫酸的耐蚀性是毫无意义的;而且Cr高将限制Si含量的提高，如果非提高Si含量，就必须进一步提高Ni含量。而且在Cr、Mo含量高的情况下，加入大量Si，则钢中将出现脆性相，使热加工性能和力学性能恶化。本发明通过控制较低的Cr含量，使得Si可提高到5.5%以上，以便获取在高温浓硫酸中的最佳耐蚀性。Ni是奥氏体形成元素，当Cr为7.8～9.8%，Si为5.5～8.0%，Mo为1.5～2.5%的情况下，只需加入16～25%Ni，就可获得单一奥氏体组织，过高的Ni量对耐蚀性是无益的。为了获得良好的耐蚀性和钝化膜的稳定性，还应加入适量的Mo和Cu。
根据上述理由，本发明提出了一种新型的耐高温浓硫酸的，且较经济的不锈钢，其具体化学成分(重量百分比)为C微量～0.03%，Cr7.80～9.80%，Ni16.0～25.0%，Si5.5～8.0%，Mo1.5～2.5%，Cu0.8～1.8%，Mn≦0.80%。
本发明可采用高频或中频感应炉、真空感应炉、电弧炉、炉外精炼炉(VOD、AOD法)冶炼。热加工可采用锻造或轧制，开锻(或开轧)温度为900～1150℃，终锻(或终轧)温度大于800℃。根据综合考虑组织、耐蚀性和力学性能，该钢的固溶温度可控制在1080～1130℃范围内，冷却方式采用空冷、水冷。该钢可生产成铸件、板材、棒材、丝、钢带等。
本发明与日本专利(特公昭59-2737)相比，Cr、Mo含量大为降低，仅为日本专利的1/2～1/4;Si含量显著提高，接近日本专利的2倍;Ni明显降低，仅为日本专利的1/2。尽管本发明合金元素的总含量大大低于日本专利，成本低廉，但耐蚀性远远优于它。本发明在98%H2SO4中，在100℃温度下的腐蚀率＜0.01毫米/年，130℃温度下腐蚀率≦0.05毫米/年，仅为日本专利的1/10，即耐蚀性提高了10倍以上，耐蚀性的具体数据可见表2和表3。
本发明除了具有优异的抗高温浓硫酸腐蚀性能外，还具有良好的冷热加工性能，可生产出铸件、板材、棒材、丝或带等制品。同时，还具有优良的力学性能。该钢冷热加工成材后，经在1100℃温度下，保温30分钟进行水冷的热处理后，其室温力学性能可达到бb＞55公斤/毫米2，б0.2＞24公斤/毫米2，δ＞40%，ψ＞50%。
综上所述，本发明是适用于高温浓硫酸苛刻腐蚀介质中的较理想的材料，具有广阔的应用前景。
实施例根据本发明所设定的化学成分范围，在真空感应炉上冶炼了5炉钢，其具体化学成分见表1。5炉钢分别浇注成10公斤重锭后锻轧成φ20毫米的棒材和4×25毫米的条，锻轧加热温度为1100℃。锻造好的棒、条在1100℃温度下固溶处理30分钟。并水冷。经处理后的试料加工成标准腐蚀试样，然后分别在98%H2SO4和93%H2SO4中进行加速腐蚀试验，试验是在带迴旋冷凝器的特制玻璃锥心瓶中进行，试验温度选择了90、100、120和130℃。试验结果列入表2和表3。表4为力学性能的试验结果。
为了对比，本实施例还同时冶炼了日本、美国、西德、苏联和瑞典五个国家的同类对比钢号，经热加工和热处理后，与本发明的试样一起，同时进行加速腐蚀试验。对比钢号的冶炼、热加工、热处理及腐蚀试验等的条件，均与本发明完全一样，且同时进行。对比钢号的具体化学成分列入表1。其耐蚀性列入表2和表3。
表1 本发明与对比钢号的化学成分
表2 本发明与对比钢号在98%H2SO4中的耐蚀性
表3 本发明与对比钢号在93%H2SO4中的耐蚀性
权利要求
1.一种耐浓硫酸不锈钢，其特征在于该钢由C微量～0.03%，Cr7.80～9.80%、Ni16.0～25.0%，Si5.5～8.0%，Mo1.5～2.5%，Cu0.8～1.8%，Mn≤0.80%，余为Fe组成。
专利摘要
本发明系铁基Ni—Cr—Si—Mo—Cu奥氏体型不锈钢。主要适用于高温高浓度硫酸等苛刻的腐蚀环境。该钢在Mo、Cu复合作用的基础上，通过控制Cr含量，提高Si含量。获取了在高温高浓度硫酸中优异的耐蚀性能。该钢在100℃温度下98％H
文档编号C22C38/44GK87102390SQ87102390
公开日1987年12月16日 申请日期1987年4月1日
发明者杨长强, 杨薇, 陆世英, 康喜范, 张廷凯 申请人:冶金工业部钢铁研究总院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan