[发明专利]一种耐高温耐酸腐蚀的不锈钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐酸腐蚀的不锈钢，特别提供了一种耐高温耐酸腐蚀的不锈钢及其制备方法。

背景技术

众所周知，硫酸具有很强的腐蚀性，而且对金属的腐蚀过程及影响因素十分复杂。硫酸工业及其相关产业的发展对不锈钢提出越来越高的要求。

硅(Si)是主要的耐蚀合金元素之一，在不锈钢、低合金钢、镍基合金乃至铸铁中均有应用。硅作为合金化元素有以下优点：可提高不锈钢耐氯化物应力腐蚀开裂性能、耐点蚀和缝隙腐蚀性能以及耐海水腐蚀性能；可提高不锈钢耐强氧化性介质(如硝酸、高温浓硫酸)的腐蚀性能，并能提高不锈钢的抗高温氧化性能。

同时硅又是最便宜易得的合金化元素之一，所以高硅不锈钢堪称为物美价廉的新钢种，一直引起广大材料研究人员和使用部门的关注。由于综合性能以及制造工艺等种种原因，传统高硅不锈钢中的硅含量多限制在3％～4％Si。如我国借鉴原苏联钢种而开发研制的GH-2(1Cr19Ni11Si4AlTi)，该不锈钢可用于强氧化性介质。此外尚有所谓的C4钢(00Cr14Ni14Si4)，这是我国经典的硝酸用不锈钢。

80年代国外一些公司突破了硅含量≤4％Si的局限，最具代表性的有加拿大Chemetics公司开发的Saramet和瑞典Sandvik公司开发的SandvSX。Saramet在浓硫酸中的耐蚀性能小于0.1g/m²h，Sandvik SX在浓硫酸中的耐蚀性能小于0.1g/m²h。

SandvikSX是极优良的高温浓硫酸用不锈钢，在浓度＞80％的硫酸中，耐蚀性能高于所有其他不锈钢，在98％浓硫酸中耐蚀性能甚至高于传统的镍基耐蚀合金HastelloyC和Lewmet，使用温度可高达150℃。Sandvik SX不仅耐蚀性能优良，而且具有良好的机械性能。

为适应我国硫酸工业的发展，中国科学院金属腐蚀与防护研究所于90年代初开发研究了新型高硅不锈钢FS-1。该不锈钢为奥氏体型沉淀硬化不锈钢，主要用来代替价格昂贵的Lewmet合金制造高温浓硫酸泵。近几年该所还研制出DS-1高硅奥氏体不锈钢和FS-1耐硫酸不锈钢应用于高温高浓度硫酸介质中。

从相关文献可以看出以上钢型适合在高温下浓硫酸条件下使用，但是在工作条件为50％-70％硫酸、温度为80-120℃条件下腐蚀率不能满足耐腐蚀要求。

由此可见本技术领域迫切需要一种耐高温耐酸腐蚀耐磨的不锈钢。

发明内容

本发明的目的是提供了一种耐高温耐酸腐蚀的不锈钢及其制备方法，该不锈钢含有固体颗粒结晶物，在各种酸性介质中具有极好的耐酸腐蚀和耐磨能力。

本发明提供了一种耐高温耐酸腐蚀的不锈钢，该不锈钢成分含有铁、碳、硅、铜、硫、磷、铬、镍、钼、锰、微量元素；各成分的重量百分比为：碳0.001-0.04％、硅2.0-9.0％、硫0.001-0.03％、磷0.001-0.03％、铬18.0-35.0％、镍25.0-45.0％、钼2.0-5.0％、铜1.0-4.0％、锰0.5-1.0％、微量元素0.2-0.5％、铁为余量。

本发明提供的耐高温耐酸腐蚀的不锈钢，所述微量元素优选为稀土元素。

本发明提供的耐高温耐酸腐蚀的不锈钢，所述不锈钢中碳铬镍硅钼铜锰成分的重量百分比优选为：碳0.03％，硅5.0％，锰0.8％，铬25.0％，镍36.0％，钼3.6％，铜1.5％。

本发明还提供了该不锈钢的制备方法，使用非真空中频感应电炉冶炼，用砂型或金属型铸造，冶炼过程中逐步升温到至少1600℃，时间为2.5-3.0小时，浇铸后铸件在型腔内保温至少2天。

本发明通过一种全新配方，采用铬镍硅钼铜锰配以适当比例合金化，又加入稀土元素进行微合金改性，从而达到耐高温耐酸腐蚀耐磨的要求。

Cr是不锈钢获得耐腐蚀性能的最基本的合金元素，Cr热力学性质不稳定，但容易钝化。在低合金范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，提高钢的耐热性；在高合金范围内，使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力。

Ni是热力学不稳定元素，其钝化能力大于铁小于铬。它具有提高钢的强度，改善钢的低温韧性而不降低其塑性；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性；扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素。

Si是提高钢在高温硫酸中的耐蚀性和钝化膜稳定性最重要的元素之一，它可以强化铁素体，提高钢的强度和硬度，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，提高钢在氧化性腐蚀介质中的耐蚀性和耐热性。