[发明专利]用于形成波纹管的铁素体不锈钢

说明书

本发明涉及用于形成波纹管的铁素体不锈钢。

同用奥氏体不锈钢制造的波纹管相比，铁素体不锈钢制造的波纹管的特点是抗应力性能和抗腐蚀裂纹性能极佳。但是形成波纹管极难，而且在成形时常发生破裂。本发明涉及能减少形成时可能发生的破裂数量的用于形成波纹管的铁素体不锈钢。

在各种处理气体，溶液和粉末的机器和设备中，原料大部分经金属管输送。将波纹管用于这类金属管的中间部位以便吸收因热膨胀产生的应变和振动，并防止应变和振动的传递。传统上一直用铜、奥氏体不锈钢等材料作波纹管，因为将其它金属形成波纹管结构一直是困难的。换言之，铜和奥氏体不锈钢有很大的冷态下的延伸率，并且是最佳的波纹管材料，对这种材料更要特别施加凸胀处理和拉伸成形。反之，那些包含体心立方晶格的金属，如碳素钢则不能凸胀法处理，因为这类金属的延展性，特别是在焊接部位的延展性不足。

另一方面，尽管用奥氏体不锈钢制造的波纹管易于生产，但它们也有问题，即，由于腐蚀性溶液通过该波纹管会产生应力腐蚀裂纹。波纹管通过在其凸峰部位和凹谷部位弯曲吸收应力和振动，而且出于此原因，应力总作用在凸峰和凹谷部位。换言之，波纹管具有这样的结构或组件；由此它们应力总也去除不了。尽管如此，奥氏体不锈钢是一种具有高应力腐蚀裂纹敏感性的合金。因而，用奥氏体钢制造的波纹管就有这样的问题，极可能出现应力腐蚀裂纹。

为避免应力腐蚀裂纹，仅有两种方法，即或采用应力腐蚀裂纹敏感性低的材料，或采用不易产生应力腐蚀裂纹的结构，即不遗留应力负载的结构。为减少奥氏体不锈钢的应力腐蚀裂纹敏感性，比如，日本未审专利公开49-107915推荐通过提高Ni含量来降低Cr、N、Mo和P含量。然而，即使采用这种钢时，只将应力腐蚀裂纹出现前的时间延长到某种程度，但是，不能防止发生应力腐蚀裂纹。

另一方面，可以想到的是，通过增加凹下一凸起的数目，或通过减小下凹部位或凸起部位的弯角来减少作用于下凹部位或凸起部位的应力，以便将应力分散。但按照这种方法，波纹管变得长或很大，从而设备尺寸变得很大，生产成本增高。尽管如此，应力腐蚀裂纹敏感性的问题仍未解决，而且起因于环境的应力腐蚀裂纹问题也未解决。

相反，本发明人通过限制铁素体不锈钢延展性，成功地生产实际上消除应力腐蚀裂纹敏感性的波纹管。

虽然本发明人在将铁素体不锈钢加工成波纹管方面取得了成功，但由于材料延展性不足，多次在加工过程中，尤其是波纹管的凸峰部位及成形部位的末端出现破裂，而且与加工奥氏体不锈钢相比产率极低。因此，本发明人进行了实验，以便通过以已知原理为基础将C和N含量降至最低含量来改善该原料的延展性。虽然通过拉伸试验证明改善了原料的延展性，但在波纹管凸峰和已成形部位末端的破裂仍不一定减少。

所以当检查断口时，检测到了断口部分的Al和O，由此发现铝的氧化物与断裂相关。从这事实推断：断裂从夹杂物开始然后发展成韧性断裂。过去一直认为：当弯曲工件时，特别是平行于轧制方向弯曲时，沿轧制方向延伸的硫化物型夹杂起了弯曲断裂起始点的作用，而球状的氧化铝型夹杂，除非其特别粗大，则认为是无害的。进而，根据拉伸试验，除非氧化铝型夹杂非常粗大，延展性不下降。

如果氧化铝型夹杂是断裂的原因，则可以降低Al含量来采取反措施。由此，当将Al的加入量，以酸溶性Al计，降至0.005％或更低时，则脱氧不完全，尽管消除了Al型的夹杂物，但大量出现Si型的夹杂物。虽然一直未将这种材料形成波纹管，但根据以往的经验可以相信，加工裂纹的发展是不可避免的。换言之，当加Al时，则出现氧化铝型夹杂，而当降低Al含量时，脱氧不完全并出现大量Si型夹杂物。在无论哪种情况下，因夹杂导致的裂纹都不能防止。

如上所述，本发明人曾遇到这样一种现象：它们与妨碍常规的波纹管的加工障碍不同，因此常规原理不能解决这种障碍。

因此本发明试图防止由于与常规概念不同的夹杂引起的加工裂纹及改进铁素体不锈钢在波纹管方面的产量和生产率。

本发明人对在将铁素体不锈钢形成波纹管的过程中出现断裂的条件作了各种分析，并发现，在最终退火温度很高的材料中裂纹的出现程度是相当和缓的。据信，如果最终退火温度高，则材料的强度下降而延展性可改善，并且高的最终退火温度对于减少成形过程中的裂纹在质量上可能是有利的。然而，当以拉伸试检测该材料的机械性能时，强度的下降程度和延展性改善的程度并不总是明显的。