[发明专利]一种稀硫酸用不锈钢

说明书

本发明涉及不锈钢，特别提供了一种在浓度≤20％的稀硫酸介质工业生产中使用的稀硫酸用不锈钢。

浓度≤20％的稀硫酸介质工业生产中应用很广。如化纤、肥料、铜电解以及有机化工等部门生产流程中广泛采用≤20％浓度的稀硫酸。所以稀硫酸用不锈钢的研究历来被国内外所重视。有色冶金中的钢电解工业是国民经济的重要部门。电解液的主要组成含14.45～17.21％硫酸+3.25～13.69％铜，腐蚀性很强，有时尚有固体硫酸铜析出，从而使机泵的过流部件产生腐蚀—磨损，机件腐蚀严重。长期以来我国铜电解工业采用铅泵输送电解液，泵结构笨重，效率低，寿命短。有的厂家开始使用904L不锈钢泵虽然可以满足使用要求，但合金中含有较高的镍和铬，增加了合金和泵的造价，所以研究开发耐蚀性能高造价便宜的不锈钢代替铅合金和904L制造耐腐蚀泵，具有很大的实用意义和经济意义。

本发明的目的在于提供一种造价低且耐蚀性好的合金，即稀硫酸用不锈钢。

本发明提供了一种稀硫酸用不锈钢，其特征在于：采用Cr、Ni、Mo、Cu以适当比例合金化，又加入氮(N)、钛(Ti)和稀土(RE)等元素进行微合金化改性，其成份范围如下：(重量百分比)

Cr      Ni    Mo      Cu    N         RE           Ti

13-20％  10-15％  3-5％0.   5-2.0％ 0.1-0.3％  0.005～0.04％ 0.2-0.5％

C       P     S       Si    Mn       Fe

≤0.08％ ≤0.04％ ≤0.035％ ＜1.0％ ＜1.0％    余

在充分了解和认识硫酸的腐蚀特点以及铜电解的具体工况条件后才可以进行合金设计，铜电解液对泵过流部件的作用可归结如下；

1.还原性稀硫酸的腐蚀；

2.温度(60-70℃)促进硫酸的腐蚀；

3.其它组元或杂质对促进或减缓腐蚀的影响；

4.酸液的冲蚀可使腐蚀加速进行；

5.硫酸铜结晶的磨损以及腐蚀—磨损的交互作用加剧了过流部件的破坏。

综上所述，设计的合金必须具有耐还原性硫酸腐蚀的能力；钝化膜在较高温度下(60～70℃)比较稳定；能抵抗酸液的冲刷和固相颗粒的磨损。

合金的钝化行为和钝化膜的性质是决定耐腐蚀—冲蚀—磨损的重要因素。钝化膜要求致密，结合牢固以及较高的力学性能。合金应具有较高的再钝化能力，钝化膜在机械力的作用下一旦破坏，能迅速自愈修复。为此，本发明不锈钢采用Cr，Ni，Mo，Cu合金化，配以适当的比例，发挥元素的综合合金化作用。在此基础上又加入氮(N)，钛(Ti)和稀土(RE)等元素进行微合金化改性。

金属铬(Cr)是不锈钢获得耐蚀性能的最基本的合金元素，铬热力学不稳定但容易钝化，铬与铁基合金组成固溶体，能把钝化耐蚀的特点带给合金。在氧化性介质中，铬能使钢的表面很快生成Cr₂O₃保护膜，使钢具有耐蚀性。所以在氧化性介质中，提高铬含量有利于合金钝化，提高合金的耐蚀性能。但在还原性介质中，Cr₂O₃保护膜易于破坏，增加合金铬含量不一定提高耐蚀性能。如在沸腾的50％硫酸中，钢中含12.5％Cr时耐蚀性能最好，铬含量过高耐蚀性能反而下降。在还原性硫酸介质中，铬应与镍、钼和铜等合金化元素配合使用效果才更明显。考虑到上述因素，研究合金的铬含量设计在13～20％Cr为宜，以15～18％Cr较佳。

镍(Ni)是热力学不稳定元素，能够钝化，其钝化能力大于铁小于铬。对铁—镍合金而言，腐蚀电位随镍含量的增加向正的方向移动。在还原性的硫酸、盐酸以及氧化性的硝酸中耐蚀性能均随镍含量的增加而提高。说明镍在铁基体中的作用是提高合金的热力学稳定性。使腐蚀电位正移。这种作用对氧化性介质和还原性介质都同样有效。从腐蚀的角度来看，铁中加入5～18％的镍腐蚀速度明显降低。另一方面镍又是形成奥氏体的元素，可改善合金的工艺和机械性能。但金属镍是贵重元素，大量加入要提高合金的成本，考虑到介质的具体条件，硫酸浓度≤20，对铜电解液来说又含能抑制腐蚀的铜离子，同时研究合金又采用氮(N)合金化，氮不仅能提高合金的耐蚀性能，又能强烈地扩大奥氏体区域，所以设计合金时把镍含量定在10～15％范围内。