[发明专利]耐腐蚀的双相不锈钢

说明书

本发明涉及一种双相不锈钢合金，其含有以相对于组成的总重量的重量％计的以下元素：C：0.001％至0.03％；Si：0.001％至0.5％；Mn：0.001％至2.5％；Cr：大于30.0％至最多35.0％；Ni：5.5％至8.0％；Mo：2.0％至2.5％；W：2.5％或更少；Co：0.01％至0.8％；N：0.3％至0.6％；Cu：0.001％至1.0％；具有以下一种或多种：Ca：0.0040％或更少；Mg：0.0040％或更少；总量为0.1％或更少的一种或多种稀土元素；其余为铁和不可避免的杂质；其中关系式CRC＝1.062*(Ni+Co)+4.185*Mo在14.95至19.80之间。该双相不锈钢合金表现出高的耐腐蚀性，并且特别适合用在尿素生产10中。

技术领域

本发明涉及一种具有高铬含量的耐腐蚀双相不锈钢(铁素体奥氏体钢)，其适合用于需要高耐腐蚀性的环境中，例如在要求耐尿素和氯化物的材料中，例如用于尿素生产的装置或在海水应用中。本发明还涉及由所述双相不锈钢制成的物件以及双相不锈钢的用途。

背景技术

双相不锈钢是指铁素体奥氏体钢合金。这种钢具有包括铁素体相和奥氏体相的微观结构，其中这两个相具有不同的组成。现代双相不锈钢主要与铬(Cr)、钼(Mo)、镍(Ni)和氮(N)形成合金。双相结构意味着Cr和Mo将富集在铁素体中，Ni和N将富集在奥氏体中。为了使合金具有特殊的性能，其他元素，例如锰(Mn)、铜(Cu)、硅(Si)、钨(W)和钴(Co)也会出现。因此，在本发明中，术语“双相不锈钢”等同于“奥氏体铁素体钢”和/或“铁素体奥氏体钢”，如本领域技术人员会使用的。

双相不锈钢具有很高的耐腐蚀性，因此能够用在例如尿素制造装置的高腐蚀性环境中，其中其零件在高温和/或高压下暴露于浓氨基甲酸铵中。本领域中使用的耐腐蚀性的测量方式是作为评定腐蚀等级的方式的耐点蚀当量(PREN)。PREN越高，钢越耐腐蚀。PREN定义如下：

PREN＝％Cr+3.3*％Mo+16*％N

当Mo含量高于1.5％时，PREN值将W纳入考虑范围，因此修改后的PREN(也称为PREW)采用如下形式：

PREN＝％Cr+3.3*(％Mo+0.5*％W)+16*％N

尿素由NH₃(氨)和CO₂(二氧化碳)产生。为了使反应发生，需要高的压力和温度。根据工艺技术，压力通常在140至210bar之间变化，温度在180至210℃之间变化。

在该合成中，可以认为会发生两个连续反应步骤。在第一步(i)中，形成氨基甲酸铵，在下一步(ii)中，对该氨基甲酸铵进行脱水以提供尿素。

(i)2NH₃+CO₂→H₂N-COONH₄

(ii)H₂N-COONH₄→H₂N-CO-NH₂+H₂O

氨基甲酸铵(一种中间产物)对金属结构材料甚至对最耐腐蚀的不锈钢合金都具有高腐蚀性。

这表示存在一个问题，即使尿素生产设备是由不锈钢制成的，也会被腐蚀并且容易发生早期更换。

不锈钢的耐腐蚀性在于金属的表面上存在保护性氧化层。当该层保持完好无损时，将以低速率腐蚀金属；尿素级不锈钢材料的腐蚀速率小于0.10mm/年。但是，一旦钝化层变差，腐蚀速率可上升至50mm/年。

传统上，获得保护性氧化层是通过定期向装置回路中注入少量氧气(以空气的形式)来实现的，从而形成氧化物钝化层，从而保护暴露于介质的不锈钢表面。