專利名稱：耐腐蝕低鎳奧氏體不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐腐蝕，尤其是耐全面腐蝕(generalizedcorrosion)、點狀腐蝕和縫隙腐蝕的低鎳奧氏體不銹鋼。
涉及組成中按比例含有基本元素如鉻、鎳、錳、銅和硅，并因此具有奧氏體型組織的鋼的專利已為人所知。
例如，法國專利申請No.70/27948涉及一種奧氏體鋼，其組成如下碳0.05％-0.15％；硅0.3％-1.0％；錳4％-12％；鎳0.5％-3％；鉻13％-16％；氮0.05％-0.2％。該專利申請公開了具有低的鎳含量和相對高的錳含量的奧氏體不銹鋼的組成，在含氯化物的介質(zhì)中浸沒試驗和在SO2中進行試驗之后，所述不銹鋼具有與鎳含量高的傳統(tǒng)的工業(yè)品級不銹鋼如AISI304，301，201或202相當?shù)幕蛘吒鼉?yōu)的耐腐蝕性能。此處清清楚楚地談到了銅、鉬和鎳的影響，鎳含量必須低，但元素如鈣、硼和硫的影響卻未涉及。
另一個實例中，專利JP 54,038,217涉及一種具有如下組成的奧氏體錳鋼碳小于0.04％；硅小于1％；錳6％-13％；鎳1.0％-3.5％；鉻13％-19％；鈮小于0.3％；銅1.0％-3.5％；稀土0.005％-0.3％。所述鋼具有至少與AISI 304型不銹鋼相當?shù)哪透g性，而且還非常耐晶間腐蝕。此處元素硫、鈣和硼均未被提及，也未提到這些元素對各種類型的腐蝕的影響。
再一個實例中，專利JP52,024,914涉及一種奧氏體鋼，其組成如下碳0.11％-0.15％；硅小于1％；錳8.0％-11％；鎳1.0％-3.5％；鉻16％-18％；氮0.05％-0.15％；銅0.5％-3.5％鉬小于0.5％。該專利指出，降低鎳含量不會損害耐腐蝕性，但仍未提到元素如硫和硼的影響。
本發(fā)明的目的是生產(chǎn)一種鎳含量很低的奧氏體鋼，該鋼具有與AISI304鋼類似的腐蝕性能，尤其是在耐點狀、縫隙和全面腐蝕上。
本發(fā)明的主題是一種耐腐蝕低鎳氏體不銹鋼，該鋼具有如下組成，以重量百分比計0.01％＜碳＜0.08％，0.1％＜硅＜1％；5％＜錳＜11％，15％＜鉻＜17.5％，1％＜鎳＜4％，1％＜銅＜4％，1×10-4％＜硫＜20×10-4％，1×10-4％＜鈣＜50×10-4％，0％＜鋁＜0.03％，0.005％＜磷＜0.1％，硼＜5×10-4％，氧＜0.01％，余者為鐵和源自于熔煉操作的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，所述組成如下0.01％＜碳＜0.05％，0.1％＜硅＜1％，5％＜錳＜11％，1 5％＜鉻＜17.5％，1％＜鎳＜2％，2％＜銅＜4％，1×10-4＜硫＜10×10-4％，1×10-4％＜鈣＜10×10-4％，0％＜鋁＜0.01％，0.005％＜磷＜0.1％，氧＜0.01％，余者為鐵和源自于熔煉操作的雜質(zhì)。
所述鋼可進一步含有0.01％-2％的鉬。
借助非限定性的實施例進行下述描述并結(jié)合有關(guān)附圖，可清楚理解本發(fā)明。


圖1和圖2示出的是作為對照的不同類型的鋼和根據(jù)本發(fā)明的三種組成的鋼，分別在23℃，pH6.6的0.02M的NaCl中和23℃，pH6.6的0.5M的NaCl中的點蝕電位的比較值，其中本發(fā)明的鋼以星號標識。
圖3示出的是兩種對照鋼和根據(jù)本發(fā)明的兩種鋼在23℃，pH6.6的0.02M的NaCl中的點蝕電位與硫含量的關(guān)系，其中本發(fā)明的兩種鋼中之一具有低的鉻含量。
圖4示出的是作為對照的三種鋼和根據(jù)本發(fā)明的三種鋼在一種氯化物介質(zhì)中的縫隙腐蝕特性，其中所述本發(fā)明的三種鋼組成具有不同的鎳含量。
圖5和6示出的是用來確定硼的影響的各種類型的鋼，分別在23℃，pH6.6的0.02M的NaCl中和在23℃，pH6.6的0.5M的NaCl中的點蝕電位比較值。
研制本發(fā)明的鋼的目的是滿足腐蝕判據(jù)，尤其是滿足點蝕、全面腐蝕和縫隙腐蝕的判據(jù)。
為此，對下面的合金元素的作用進行了分析鉻，15.5％-17.5％，鎳，0.5％-2.7％，碳，0.05％-0.11％，氮，0.12％-0.26％，硫，0.001％-0.007％，銅，2％-3％，硼濃度水平為0.0025％，以及小于0.0005％，鈣濃度水平為0.0025％，以及小于0.0005％。
試驗鋼的化學(xué)組成于表1中給出，其中第一列給出的是各爐次試驗鋼的參考編號，根據(jù)本發(fā)明的鋼用一星號標示。表2給出的是已知的試驗對照用鋼的化學(xué)組成，用來作對比。
所研究的各種腐蝕形式有-在23℃，pH值為6.6的0.02M的NaCl和0.5M的NaCl介質(zhì)中的點狀腐蝕；
-在23℃的氯化物介質(zhì)中的縫隙腐蝕，這通過繪制在不同酸性pH值下2M的NaCl介質(zhì)中的極化曲線，并且隨后測定活化電流(activitycurrent)來研究；-在23℃的2M濃硫酸介質(zhì)中的全面腐蝕，這通過繪制極化曲線和測定活化電流來研究；-晶間腐蝕，這通過對一種熱處理敏化的鋼和一種鎢極惰性氣體保護焊接的鋼進行STRAUSS試驗來研究。
表3和4給出了腐蝕試驗的結(jié)果，以此作為確定本發(fā)明的組成的依據(jù)。
對于點狀腐蝕，給出的是與每平方厘米出現(xiàn)一個點蝕坑的幾率相對應(yīng)的電位E1。對于縫隙腐蝕，給出的是在各種pH值不同的2M的NaCl溶液中測得的臨界電流密度值i。對于全面腐蝕，給出的是在2M的H2SO4酸性溶液中的臨界電流密度值i。晶間腐蝕的結(jié)果則在表4中，以失重Δm和最大裂紋深度(μm)的形式給出。
表1所研究的低Ni奧氏體型鋼的化學(xué)組成
*根據(jù)本發(fā)明的鋼表2所研究的對照鋼的化學(xué)組成
表3點蝕，縫隙腐蝕和全面腐蝕的試驗結(jié)果
表4晶間腐蝕試驗結(jié)果
對根據(jù)本發(fā)明的組成中所加入的各種合金元素的作用進行評價。
硫的作用。
硫?qū)θ娓g特性無影響，對于縫隙腐蝕，硫稍微降低腐蝕萌生及擴展的抗力，當硫含量增加時，在pH值大于或等于2.0的溶液中具有更高的臨界電流i。另一方面，硫?qū)τ邳c狀腐蝕有更大的影響。通過將鎳含量很低的鋼組成中的硫含量降至約10×10-4％的水平，可使點蝕萌生特性得到很大改善。
就點狀腐蝕性能而言，根據(jù)本發(fā)明的鋼與AISI 304對照鋼或AISI430Ti鋼相同，后兩種鋼含有約30×10-4％的硫；而硫含量為30×10-4％所述低鎳鋼，具有與AISI 430 Nb對照鋼相似的性能。
所看到的硫?qū)Ρ景l(fā)明組成的作用是出人意料的。這種作用對于奧氏體型對照鋼或所述430 Nb型鐵素體鋼而言要小得多，而且更均勻，如圖3所示。
鎳的作用。
結(jié)果表明，鎳對于全面腐蝕和縫隙腐蝕具有非常有益的作用。
對于全面腐蝕，1.6％的鎳含量就有可能獲得性能與AISI 304相似的鋼，而0.6％的鎳含量似乎仍顯不足。
對于縫隙腐蝕，所必需的最小鎳含量為1％，以便獲得可以接受的，并且顯著優(yōu)于AISI 430 Ti型鋼的耐蝕性。
然而，為獲得良好的點蝕性能，優(yōu)選鎳含量小于2％。
圖4中，以給出作為氯化物溶液pH值的函數(shù)的活化電流值的曲線的形式，示出了各種對照鋼和根據(jù)本發(fā)明的鋼的縫隙腐蝕性能。
活化電流與腐蝕速率成正比。曲線越靠近X軸，腐蝕速率越低，因而，腐蝕性能就越好。
銅的作用銅對全面腐蝕起有益的作用。為使性能與AISI 304型的鋼相當，可以認為804號鋼的2％的銅含量并不充足，而3％的銅含量則更好，如801號鋼的性能所示。
所測定的活化電流值于表3中給出。對于804號鋼，應(yīng)該指出的是，在約-390mV/SCE的電位處，觀察到第二活度峰。為確定在硫酸中的腐蝕速率，此峰也必須加以考慮。
然而，銅對點蝕性能起有害作用，如圖1和2或表3所示。801號鋼，其銅含量為3％，具有比銅含量為2％的804號鋼低的點蝕電位。因此，優(yōu)選將本發(fā)明中的銅含量限定為4％。
硼的作用硼對于全面腐蝕沒有影響。對于點蝕，如圖5和6所示，似乎是硼對于含少量鈣的鋼起稍稍有利的作用，如841號鋼，但硼對不含鈣的鋼如881號和801號有害。對于含硼但不含鈣的鋼，仍然為使其具有與既不含硼又不含鈣而且只經(jīng)空淬處理的鋼相似的點蝕性能，必須快冷至1100℃，然后再進行水淬處理。
最后，對于晶間腐蝕，如表4所示，硼在某些情況下起輕微的有害作用。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的組成不含元素硼，或者硼含量始終低于5×10-4％。
鈣的作用已證實，鈣對點蝕有害，尤其是在適度的氯化物介質(zhì)，即當量濃度為0.02M的NaCl中，更是如此。這一特性于表3中示出。836號和840號鋼分別含有23×10-4％和20×10-4％的鈣，它們均具有比不含鈣的881號(空淬)和805號鋼低的點蝕電位。
為獲得最接近于AISI 304對照鋼和AISI 430 Ti鋼的點蝕性能，鈣含量必須很低，即低于20×10-4％，并且優(yōu)選低于10×10-4％。
鉻的作用鉻有利于全面腐蝕、點蝕和縫隙腐蝕，這一點可由表3通過比較所獲得的584號、723號、801號和806號鋼的結(jié)果明顯看出。鉻的最低含量須為15％，以確保良好的腐蝕性能，但優(yōu)選鉻含量為16.5％，以獲得與AISI 304或AISI 430Ti型對照鋼相當?shù)哪透g性。
當鉻含量大于17％時，如806號多，腐蝕性能甚至更好，但這會難于獲得具有完全奧氏體組織的鋼。
碳和氮的作用碳對鋼的晶間腐蝕具有主要影響。在形成一焊縫后或熱處理敏化之后，依據(jù)STRAUSS實驗方法，對具有各種碳和氮含量的鋼進行了試驗。試驗結(jié)果示于表4。
可以看到，碳含量最高為0.07％時最理想，而且，優(yōu)選碳含量為0.05％，以便有可能獲得與AISI 304對照鋼類似的腐蝕性能。氮含量介于0.1％和0.3％之間是可以接受的。
根據(jù)本發(fā)明的鋼，盡管其鎳含量很低，但具有與AISI 304對照鋼相當?shù)母g性能。
而且，就全面腐蝕和縫隙腐蝕性能而言，根據(jù)本發(fā)明的鋼顯著優(yōu)于AISI 430 Ti型鋼。
權(quán)利要求
1.耐腐蝕低鎳奧氏體不銹鋼，其具有如下組成，以重量百分比計0.01％＜碳＜0.08％，0.1％＜硅＜1％；5％＜錳＜11％，15％＜鉻＜17.5％，1％＜鎳＜4％，1％＜銅＜4％，1×10-4％＜硫＜20×10-4％，1×10-4％＜鈣＜50×10-4％，0％＜鋁＜0.03％，0.005％＜磷＜0.1％，硼＜5×10-4％，氧＜0.01％，余者為鐵和源自于熔煉操作的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鋼，其特征在于所述組成優(yōu)選為0.01％＜碳＜0.05％，0.1％＜硅＜1％，5％＜錳＜11％，15％＜鉻＜17％，1％＜鎳＜2％，2％＜銅＜4％，1×10-4＜硫＜10×10-4％，1×10-4％＜鈣＜10×10-4％，0％＜鋁＜0.01％，0.005％＜磷＜0.1％，氧＜0.01％，余者為鐵和源自于熔煉操作的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項的鋼，其特征在于所述鋼還含有0.01％-2％的鉬。
全文摘要
耐腐蝕低鎳奧氏體不銹鋼,其具有如下組成,以重量百分比計:0.01%< 碳< 0.08%,0.1%< 硅< 1%;5%< 錳< 11%,15%< 鉻< 17.5%,1%< 鎳< 4%,1%< 銅< 4%,1×10
文檔編號C22C38/00GK1240839SQ9911013
公開日2000年1月12日 申請日期1999年7月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月2日
發(fā)明者P·豪德萊奇 申請人:尤吉納股份有限公司, 尤吉納－薩瓦依安費公司