高耐腐蚀性尿素级奥氏体型不锈钢

摘要

本发明涉及的是一种尿素级奥氏体型不锈钢，在保持常规的碳、硅、锰、磷、硫、镍、铬、钼等元素含量范围的前提下，将硼降至≤0.001％甚至≤0.0007％，可获得优异的抗腐蚀性能。

说明书

本发明涉及的是一种耐腐蚀的尿素级奥氏体型不锈钢材料。

以尿素生产设备为典型代表，由于处于高温、高压且有强烈腐蚀介质的条件下工作，普通不锈钢材料无法满足要求，因而须采用对耐腐蚀性有更加苛刻要求的尿素级奥氏体型不锈钢，如通常所称316L（OOCr17Ni14Mo2）型不锈钢材料。其耐蚀性检验采用的是“休氏试验法”（Huey法），即在非敏化状态下在浓度为65%的硝酸溶液中连续煮沸48小时，五个周期的钢材表面平均腐蚀厚度应≤3.3μm/周期。

由对此奥氏体型不锈钢的特殊性能要求不难理解，提高其耐腐蚀性是极为重量的指标，也是许学者不断研究和探索的问题。为提高耐腐蚀性，目前有通过控制杂质元素成分和固溶处理等方法提高其耐晶间腐蚀性能，但措施工艺往往十分复杂，且代价昂贵，而实标效果并不十分理想。例如，将尿素级316L型钢中的碳含量从0.03%降低至0.01%以下需高额的步骤费;若将磷含量从0.035%降低到0.015%以下，不仅费用昂贵，而且在以废钢为主要原料的冶炼工艺中很难在大生产中实现。而更主要的是，即使采取了上述的成分控制措施，实践证实也很难使钢在“休氏试验法”中的腐蚀率从2.5降到1.5（μm/周期）以下。

在尿素级316L型不锈钢的各种化学元素成分中，无论是中国国家标准GB1220-92（OOCr17Ni14Mo2），还是美国ASTM，以及德国、荷兰、瑞典等国家的相应标准，对硼均无明确的含量控制要求。而对于硼对该不锈钢材料的耐腐蚀性影响的研究却一直在进行。例如，《太钢科技》1987（1）：65-70的研究报道表明，钢中残留0.002%的钙和0.0022%的硼对晶间腐蚀、点蚀及硝酸腐蚀可起有利的作用。MA810735-1097在报道硼含量对不锈钢腐蚀性影响时认为，含硼奥氏体不锈钢比相同成分的无硼钢具有更高的耐腐蚀性能。这些相关文献提出对硼的含量控制的有利范围多在0.002～1.5%间不等。相反，在日本专利昭58-25460所公开的一种二次加工性和耐蚀性良好的高强度奥氏体不锈钢材料中，提出将硼含量降至0.001%以下，并要求配合以增加铌（Nb）含量的措施，可以明显提高耐蚀性。但是，在《特钢通讯》1987（1）：67-75刊载DONALD PECKNER的撰文中却提出，少量硼能改善热加工性，提高延伸性，且在含量小于0.007%时对耐蚀性有利，超过则有害，而铌则超过一定浓度对耐蚀性不利，且认为以非金属第二相存在的铌、硼（析出）对耐蚀性都是不利的。

针对上述情况，本发明的目的在于在深入研究和试验的基础上提供一种通过改变硼含量而达到具有更高耐腐蚀性能的尿素级奥氏体型不锈钢材料。

由上述情况可知，除硼元素外，改变其它化学元素的含量既耗资昂贵，又难以保证实际耐蚀性能的提高，而硼在此类不锈钢材料中一般不是作为添加成分被引入，而是随所用原料被带入的，因此实现其含量控制难度相对较小，费用消耗也较低。关于硼在奥氏体不锈钢中的影响机理，经众多学者数十年的努力探索，目前虽仍尚未有详细明确和统一的结论，但经本发明研究者的深入研究和试验已清楚表明，由于在室温下硼在奥氏体型不锈钢中的溶解度极其微量，所以硼的含量高，在晶内和晶界上的析出物就越多，对耐腐蚀性的不利影响也越大。一系列的试验结果也充分支持和证实了这一点。例如，以尿素级316L（OOCr17Ni14Mo2）不锈钢中的硼含量为0.001%（重量）时，休氏检验结果的平均腐蚀厚度为1.129μm/周期;硼为0.0006%时，平均腐蚀为0.9646μm/周期;硼为0.00046%时，平均腐蚀更降为0.7488μm/周期。反之，当硼含量增至0.0036%时，平均腐蚀厚度则相应增加为3.521μm/周期。可见随着硼含量的降低，在休氏试验法中钢的耐65%硝酸腐蚀性能可以成倍提高，而钢的室温机械性能没有发现受到明显影响。

鉴于此，本发明提供的尿素级奥氏体型不锈钢中的化学元素成分的含量（在钢中的重量%）为：碳≤0.03，硅≤1.00，锰≤2.00，磷≤0.035，硫≤0.030，镍12～15，铬16～18，钼2～3，硼0～0.001。其中的硼尤以控制在0～0.0007%（重量）范围内为好。由此可以看出，在本发明的不锈钢材料中，除硼以外的其它化学元素成分的含量一般讲是符中国国家标准和美国ASTM等外国同类尿素级奥氏体型不锈钢标准的常规范围的，其在钢中的作用及影响因素也已有文献报道，唯有硼的含量明确应为0～0.001%，并且最好控制在0～0.007%范围内。表1所示的是本发明奥氏体不锈钢的若干实例，其中可以明显看出“休氏检验”的耐腐蚀性能随着钢中硼含量的减少在显著提高。以目前试验的检测手段而言，对钢中的硼，尤其是少到几十甚至几个ppm的微量硼的含量作准确分析有一定难度，其中仪器本身的系统误差水平都为±0.0002%，达到甚至已超过了硼在钢中的实际含量浓度水平。因此对本发明不锈钢中与检测仪器系统误差处于同一数量级水平，甚至同一绝对值水平的实际硼含量的检测结果，其仪器误差已达到不容忽视的程度。如表1中例4的硼含量0.00046%的检测值，可以推测其实际含量可以是远小于此值的微忽其微，甚至达到目前已不易或无法检测到的程度了。除表1所列的若干具代表性的实验数据外，由大量的实验结果分析已表明，在本发明不锈钢中，当硼含量降至0.001%以下时，“休氏”检验的5个周期的平均腐蚀厚度可降到1.5μm/周期以下;当硼含量降至0.0007%以下时，腐蚀厚度可降低到1.0μm/周期以下。这是目前采用前述其它方法都难以实现的。由表1同时还可以明显看出的是，本发明不锈钢在使耐腐蚀性能成倍提高达上述水平时，除仅仅采取降低硼含量的措施外，其它化学成分的含量及有关的处理方法均无特别改变，因而对常规的正常生产几无影响，不存在明显增加费用消耗和技术难度的问题，这也正是本发明所具有的极大优越性和价值所在。