铁素体-奥氏体不锈钢制造技术

一种双相不锈合金钢，其特征在于，以重量百分数表示，该钢含有： －Ｃ 最大为０．０５ －Ｓｉ 最大为０．８ －Ｍｎ ０．３－４ －Ｃｒ ２８－３５ －Ｎｉ ３－１０ －Ｍｏ １．０－４．０ －Ｎ ０．２－０．６ －Ｃｕ 最大为１．０ －Ｗ 最大为２．０ －Ｓ 最大为０．０１０ －Ｃｅ ０－０．２ 余量为Ｆｅ和正常存在的杂质及添加剂，铁素体含量为３０－７０％（体积）。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有高含量Cr和N以及低含量Ni的铁素体-奥氏体钢，该钢主要是为了用于合成尿素设备的高压组件。然而，该钢也适用于需要良好耐蚀性或高强度之处的其他目的。双相不锈钢是一些特征在于两相具有不同组成时的铁素体-奥氏体结构的钢。现有的双相不锈钢主要是与Cr、Mo、Ni和N熔成的合金。双相结构意味着在铁素体中富集有Cr和Mo而在奥氏体中富集有Ni和N。大多数现有的双相钢含有22-27％Cr、4-7％Ni、0-4％Mo和0.1-0.3％N。这使材料得到具有30-70％铁素体而其余为奥氏体的双相结构。为使合金具有特定的性能，其他元素，如Mn、Cu、Si和W也可存在。双相不锈钢，特别是由于双相不锈钢中的Ni含量，经常是用作奥氏体不锈钢而且是对较低价值的可供选择方案。从而经常能发现具有相应于奥氏体的耐蚀性能的双相不锈钢。这种钢的一个实例是含有20％Cr、18％Ni、6％Mo和0.2％N的奥氏体254SMOR(UNS S 31254)，该钢具有与含25％Cr、7％Ni、4％Mo和0.3％N的双相钢SAF 2507R(UNS S 32750)相同水平的含氯环境中的耐腐蚀性能。然而，某些奥氏体钢，如专门为用于尿素工艺开发的，含25％Cr、22％Ni和2％Mo的Sandvik 2RE69于尿素工艺中迄今还没有适当的双相不锈钢中的对应钢种。这一问题已由本专利技术得到了解决。双相不锈钢的合金化水平向上受到结构稳定性的限制。铁素体-奥氏体结构意味着该材料对在475℃时的脆性和在600-1000℃温度范围时的金属间相分离敏感。金属间相的分离主要是由高含量Cr和Mo而增强的，但它可通过含有N而被抑制。N对结构稳定性的作用意味着可使较高含量的Cr合金化入该材料中而不会对使结构稳定性有任何恶化。然而，N含量向上受到其在熔体中的溶解度的限制，使孔隙率提高到的百分比过高，并受到合金中固溶度的限制，可造成氮化物析出。为提高熔体中N的溶解度，可提高Mn和Cr的含量。然而，Mn增加了金属间相分离的危险，从而应限制Mn。由于N是一种强奥氏体促进剂，所以可通过增加N含量而显著地降低Ni含量并仍保持铁素体-奥氏体结构。用于合成尿素的设备构成了对奥氏体和双相不锈钢的一种有意义的用途。尿素是在高压和高温下通过氨和二氧化碳的合成制得的。高压部分中的工艺溶液对碳钢腐蚀非常严重。从而基本上使用特种钢，但也使用钛和锆。然而，后者在购买和生产时成本很高，从而限制了它们的使用。当前，奥氏体不锈钢作为尿素工艺的高压部分材料处于支配地位。经常使用的钢是Sandvik 3R60R U.G.，该钢是改进的AISI 316L(UNS S 31603)，其特征在于18％Cr、14％Ni和2.7％Mo和仔细控制的铁素体含量。在大多数要求的应用中，使用25％Cr-22％Ni-2％Mo(UNS S 31050)类型的钢。对使用不锈钢的要求是，可维持该钢的钝性。因此，将氧添加入尿素合成的工艺溶液中。从而，这种添加仅由于材料-技术观点所必须，但却同时造成能量和产率损失，以及在过高量时的潜在安全危险。因此，在工艺-技术观点以外，如果能完全除去，则合乎要求的是减少添加氧。然而，在当前的工艺方法中，难以保证在工艺溶液中存在的所需氧量。这种场合是例如在汽提塔，即大多数转化热交换器中发生的溶液沸腾。在一定条件下在Cr25-Ni22-Mo2 (UNS S 31050)类型钢上也发生某些腐蚀。在AISI 316L(UNS S 31603)上的腐蚀主要发生在冷凝条件下。从而，不能在全部工艺中保证合适的钝性。低劣的材料质量也造成尿素工艺中的腐蚀，导致侵蚀焊接连接。材料的不均匀是腐蚀的另一原因。这些因素表明，良好的结构稳定性是在尿素溶液中对良好耐腐蚀性，或在需要良好耐腐蚀性的其他用途中的先决条件。关于尿素用钢的组成，公知的是，Cr对耐腐蚀性具有有利的影响。一系列研究也己表明，奥氏体中的Ni在当工艺溶液中产生低含量氧时的条件下是有害的。这导致随着钢中Ni含量的增加，腐蚀速度显著提高。另一方面，含低含量Ni的铁素体钢在这些条件具有很低的腐蚀性。然而，铁素体钢作为结构材料由于不良的结构稳定性而具有很大的局限性，导致与焊接和生产有关的许多问题。在某些方面，铁素体-奥氏体不锈钢主要是作为尿素工艺中的材料是非常有意义的。在高压部件中可充分利用这些钢的高强度，而适度的镍含量使这一类型钢在无氧条件下具有更好的耐蚀性能。因而，为了在无氧条件下具有良好的耐尿素环境性能，铁素体-奥氏体钢应具有高Cr含量和低Ni含量。本专利技术涉及一种具有高含量Cr和N以及低含量Ni的双相铁素体-奥氏体钢，该钢主要是为了用于尿素合成中的高压部件，但也可在使用高合金奥氏体不锈钢以达到耐腐蚀性之处的其他环境中找到用途。在如下用途中已得到了特别良好的性能-尿素设备中的汽提塔管-尿素设备中的套管-尿素设备中的冷凝管-尿素设备中的焊合材料-尿素设备中的高压管-硝酸工艺(例如在冷却器-冷凝器中)-造纸和纸浆工业(例如在白液(white liquor)环境中)-焊丝本专利技术合金钢的其他合适用途是作为无缝管、焊接管、法兰、偶联管和薄钢板的生产材料。该合金的特征在于，通过包含高含量N在高Cr含量时已达到的良好结构稳定性。下面接着说明所附的曲线图。附图说明图1示出了按照不锈钢耐蚀(Huey)试验的Cr对腐蚀性的影响。图2示出了按照不锈钢耐蚀试验的Mn对腐蚀性的影响。图3示出了按照不锈钢耐蚀试验的Mo对腐蚀性的影响。图4示出了按照不锈钢耐蚀试验的N对腐蚀性的影响。图5示出了按照Streicher试验的Cr对腐蚀性的影响。图6示出了按照Streicher试验的Mn对腐蚀性的影响。图7示出了按照Streicher试验的Mo对腐蚀性的影响。图8示出了按照Streicher试验的N对腐蚀性的影响。图9示出了N对分布系数％Crα/％Crγ的影响。图10示出了N对分布系数％Niα/％Niγ的影响。该合金含有％(重量)-C最大0.05-Si最大0.8-Mn 0.3-4-Cr 28-35-Ni 3-10-Mo 1.0-4.0-N 0.2-0.6-Cu最大为1.0-W最大为2.0-S最大为0.010-Ce 0-0.2余量为Fe和正常量的杂质。铁素体含量30-70％。碳确切地说被认为是本专利技术中的一种杂质元素并且在铁素体和奥氏体两者中具有限定的溶解度。这一限定的溶解度意味着在过高百分比时存在碳化物析出的危险，因而同时降低耐蚀性。从而，碳含量应限于最大为0.05％，较佳限于最大为0.03％，最佳限于最大为0.02％。硅被用作生产钢时的脱氧添加剂并提高生产和焊接时的流动性。过高的Si含量增加析出金属间相析出的趋势并降低N的溶解度。由此，Si含量应限于最大为0.8％，较佳限于最大为0.5％。锰被加入合金以提高N在熔体中的溶解度并为代替Ni作为一种合金化元素，因为Mn被认为是奥氏体稳定的。在本说明书下面进一步提出的研究表明，Mn消极地影响耐蚀性能并且另外还恶化结构稳定性，这导致金属间相析出的更大危险。然而，与Mn的合金化由于提高了N的溶解度，无论如何已被认为是一个优点，并且被认为是在保持铁素体含量的同时较低含量Ni的可能性。然而，已出人意料地显示出，Mn具有微不足道的奥氏体稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：帕西·坎加斯，伯蒂尔·瓦尔登，约兰·伯格伦德，米凯尔·尼科尔斯，
申请(专利权)人：桑德维克公司，
类型：发明
国别省市：