一种抗印染液腐蚀的不锈钢及其制造方法与应用与流程

本发明属于钢铁制造领域，涉及一种抗印染液腐蚀的不锈钢及其制造方法与应用。

背景技术：

以astm316l为代表的含mo奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性、焊接性以及加工性等综合性能，使得该产品用途十分广泛，特别是在印染机械制造行业中，应用更是非常广泛。

高温高速染色机是印染行业的关键设备，主要由染缸、热交换器、过滤器、配管、高压离心泵、导布管、溢喷嘴、织物提升系统、加料筒、出布装置及电气控制柜等组成。染缸、热交换器和过滤器是印染工艺的主要压力容器。染缸的工作压力一般为0.35mpa-0.45mpa，工作温度约为140℃-160℃，介质为染液；热交换器的结构形式主要为管壳式，管程工作压力≤0.45mpa，工作温度≤150℃，壳程工作压力≤0.8mpa，工作温度≤175℃，管程介质为染液，壳程介质为饱和水蒸汽。染色机、热交换器和过滤器主要材质通常为奥氏体316l不锈钢。染色机的工作环境比较复杂，印染机械在使用过程中，布料边缘均会有数量不等的挂钩在运行过程中与染缸壁发生碰撞，形成机械损伤，形成腐蚀发生起始点，而针对不同纺织品又需要采用各种不同的染料，为了提高印染质量，往往需要在染液中加入助剂，使得染液成分更加复杂，其中包含对奥氏体不锈钢具有腐蚀作用的氯离子，特别是近几年环保升级，中水回用等政策及工艺实施后，使得溶液中氯离子浓度普遍上升，一台全新印染机从投入使用，少则半年多则一年就会出现大面积不同程度的腐蚀造成的勾纱问题。如果继续使用，则导致印染色机点蚀和应力腐蚀破坏加剧，最终引起染缸突然爆炸，造成巨大损失和人员伤亡。经过对多台失效产品调查分析，确定80％以上产品是均有不同程度点蚀和应力腐蚀发生，其中点蚀已经成为制约印染机寿命的主要因素。所以，减少印染机械在使用过程中的机械损伤，提高耐腐蚀性能，延长印染设备寿命，关键在于解决316l不锈钢材料在印染液中的腐蚀，这已经成为印染机械制造行业迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种抗印染液腐蚀的不锈钢及其制造方法与应用。该抗印染液腐蚀的不锈钢具有良好的抗强酸均匀腐蚀性能和抗cl^-点蚀性能，以及良好的抗机械损伤性能。该制造方法成本不高而且工艺简单、方便。

为了达到前述的发明目的，本发明提供的一种抗印染液腐蚀的不锈钢，以质量百分比计，所述抗印染液腐蚀的不锈钢包括以下组分：c≤0.02％，si：0.3％-0.5％，mn：1.2％-1.4％，ni：12.01％-12.5％，cr：17.1％-17.9％，mo：2.8％-3.0％，n≤0.03％，余量为fe及其他不可避免的元素。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述抗印染液腐蚀的不锈钢包括以下组分(代表值)：c：0.017％，si：0.42％，mn：1.28％，ni：12.2％，cr：17.3％，mo：2.88％，n：0.015％，余量为fe及其他不可避免的元素。

根据本发明的具体实施例，所述抗印染液腐蚀的不锈钢的原料包括第一原料组分、第二原料组分、镍铁和钼铁；

其中，所述第一原料组分包括高磷镍铬生铁、碳钢和石灰，且所述第一原料中，高磷镍铬生铁与碳钢的质量比为(18-22)∶(1-4)，石灰质量为高磷镍铬生铁和碳钢的总质量的6-15％；

所述第二原料组分包括高磷镍铬生铁、碳钢和石灰，且所述第二原料中，高磷镍铬生铁与碳钢的质量比为(30-55)：1，所述第二原料组分中的石灰与所述第一原料中的石灰的质量之和为100kg-200kg/吨钢水。所述镍铁和钼铁的投量根据实际工艺需求决定，在aod精炼时投入镍铁和钼铁使出钢成分满足最后抗印染液腐蚀的不锈钢成品的技术要求。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述抗印染液腐蚀的不锈钢的晶粒度为8-9.5级，表面维氏硬度为160-190hv。

本发明所述的耐腐蚀性能是根据本发明产品的抗强酸均匀腐蚀性能和抗cl^-点蚀性能等综合评价的。

上述抗印染液腐蚀的不锈钢成分满足gb24511-s31603标准要求，属于奥氏体不锈钢，一般的奥氏体不锈钢的ni含量为10.01％-10.4％，cr含量为16.4％-17.0％，mo含量为2％-2.2％，与一般奥氏体不锈钢相比，本发明提供的抗印染液腐蚀的不锈钢中ni含量提高了15％以上，cr含量提高了5％以上，mo含量提高了20％以上，c含量降低了近33％，n含量降低了近57％，从而提高了不锈钢产品的耐腐蚀性能，同时，与比一般奥氏体不锈钢相比，本发明提供的抗印染液腐蚀的不锈钢中si含量降低了近20％，mn含量降低了近7％，极大地提高了不锈钢产品的硬度，减少了磁性，从而降低了机械损伤诱发腐蚀发生的可能性；此外，本发明提供的抗印染液腐蚀的不锈钢的晶粒度达到8级以上，极大改善了产品在后续加工过程中的抛光研磨性能，同时还提高了不锈钢产品的硬度，本发明不锈钢产品的表面维氏硬度达160-190hv，大大降低了产品在后续加工生产过程中的机械损伤，缓解了由于机械损伤造成的耐腐蚀性下降，因此，本发明的不锈钢产品具备良好的硬度，抛光性及优异的抗腐蚀性能，对比目前市场所用的一般用途s31603材料更适用于印染机械，能有效延长印染机产品寿命2-3倍以上，而材料制造成本增加仅20％左右。因此，由本发明提供的抗印染液腐蚀的不锈钢加工成的印染机械产品有效地延长了设备寿命，降低了印染行业的生产成本。

本发明还提供上述抗印染液腐蚀的不锈钢的制造方法，其依次包括制钢、热轧、热轧退火酸洗、冷轧、冷轧退火酸洗和精整步骤；

在所述冷轧退火酸洗步骤中，冷轧退火的温度为950℃-1100℃，时间为60s-90s；平整机的轧制力为220ton-250ton；延伸率为0.2％-1％。与普通316l不锈钢相比的制造方法相比，本发明通过降低冷轧退火温度，控制不锈钢板坯的晶粒度，改善了抛光研磨性能，提高了不锈钢板坯的硬度，减少腐蚀的发生，同时通过增加平整机的轧制力提高了不锈钢板坯的硬度，减少其后续加工生产过程中的机械损伤造成的腐蚀性能下降。

在上述制造方法中，所述热轧、热轧退火酸洗、冷轧和精整步骤可以采用常规的316l不锈钢的生产制造方法。

根据本发明的具体实施例，优选地，以质量百分比计，所述高磷镍铬生铁包括以下元素组分：c≤4.5％，cr：1.0-5.0％，si≤4.0％，s≤0.04％，p：0.03％-0.100％，cu≤0.1％，mn≤0.5％，ni：3.0％-15.0％，余量fe及其他不可避免的元素。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述制钢步骤采用二次投料法，经过两次投料和两次电炉脱磷，然后再经扒渣、精炼脱硫脱氧后出钢，连铸得到不锈钢板坯，其中，

第1次投料包括高磷镍铬生铁、碳钢和石灰，且高磷镍铬生铁和碳钢的重量比为(18-22)∶(1-4)，石灰的第1次装入量占高磷镍铬生铁和碳钢装入量之和的6-15％，所述第1次投料的投量占电炉容量的50％-60％；

第2次投料包括高磷镍铬生铁、碳钢和石灰，且高磷镍铬生铁和碳钢的质量比为(30-55)：1，石灰的第2次装入量和第1次装入量之和为100kg-200kg/吨钢水，所述第2次投料的投量占电炉容量的40％-50％。

在上述制造方法中，所述电炉脱磷是指采用炼钢电炉对生铁原料进行脱磷的工艺，其可采用本领域常规的电炉实现。

根据本发明的具体实施例，优选地，第1次电炉脱磷通电的总通电量为190-240kwh/吨钢水，第2次电炉脱磷通电的总通电量为120-180kwh/吨钢水。

根据本发明的具体实施例，优选地，第1次电炉脱磷向所述电炉中吹入的氧气的总量为10-20nm³kwh/吨钢水，第2次电炉脱磷向所述电炉中吹入的氧气的总量为30-40nm³kwh/吨钢水。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述制钢步骤具体为：

第1次向所述电炉中加入包括高磷镍铬生铁、碳钢和石灰的炉料，炉料的第1次装入量为炉容量的50-60％，其中，高磷镍铬生铁和碳钢的重量比为(18-22)∶(1-4)，石灰的第1次装入量占高磷镍铬生铁和碳钢装入量之和的6-15％；进行第1次持续通电，并在持续通电过程中第1次向所述电炉中吹入氧气，氧气的第1次吹入总量为10-20nm³/吨钢水；当通电量达到180-230kwh/吨钢水时，停止持续通电，使用炉壁烧嘴向所述电炉内吹入氧气对炉料进行搅拌，在搅拌的同时进行通电和第1次流渣作业，其中，炉壁烧嘴吹氧和通电为间断作业，第1次通电的总通电量为190-240kwh/吨钢水；

第2次向所述电炉中装入包括高磷镍铬生铁、碳钢和石灰的炉料，炉料的第2次装入量为炉容量的40-50％，其中，高磷镍铬生铁和碳钢的重量比为(30-55)∶1，石灰的第1次装入量和第2次装入量之和为100-200kg/吨钢水；

进行第2次持续通电，同时第2次向炉内吹入氧气，第1次和第2次吹入的氧气总量为45-75nm³/吨钢水；当通电量达到50-120kwh/吨钢水时，停止持续通电，使用炉壁烧嘴向电炉内吹入氧气对炉料进行搅拌，在搅拌的同时进行通电和第2次流渣作业，其中，炉壁烧嘴吹氧和通电均为间断作业，第2次通电的总通电量为120-180kwh/吨钢水；

当所述电炉中钢水的p含量小于等于400ppm之后，将钢水扒渣，进行精炼生产不锈钢；

所述第1次通电的总通电量包括第1次持续通电的通电量和间断通电的通电量；

所述第2次通电的总通电量包括第2次持续通电的通电量和间断通电的通电量。

上述制造方法，在制钢过程中通过提高制钢成分中的ni，cr和mo含量，调整降低c，n含量，减少焊接过程碳，并使氮化合物从晶界析出，从而达到了提高产品抗腐蚀性能及产品焊接性能的目的。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述第1次流渣作业时的流渣量为高磷镍铬生铁和碳钢的第1次装入量的5-20％，所述第2次流渣时的流渣量为高磷镍铬生铁和碳钢的第2次装入量的25-50％；在所述第1次流渣作业和第2次流渣作业过程中，分别投入萤石化渣，所述萤石的投入总量≤2.0吨/炉。

本发明提供的抗印染液腐蚀的不锈钢的制造方法的产品品质设计在普通316l基础上，通过控制电炉二次加料比例、通电量及脱磷脱碳吹氧量以及引入电炉扒渣技术，大大提高了低价高磷镍铬生铁的投入量，从而大幅降低了原料成本，通过精炼作业扒渣脱硫脱氧降低了产品夹杂物的水平，在保证渣吸附夹杂物的同时，使钢中残存夹杂物的熔点降低，硬度减少，适当提高钢水中合金成分比例同时确保不锈钢板坯质量和生产成本。在冷轧退火阶段，通过控制退火温度和平整机轧制力，使产品晶粒度控制在8-9.5级之间，表面维氏硬度控制在160hv-190hv之间，从而达到最佳的使用效果。

本发明还提供上述抗印染液腐蚀的不锈钢在印染机械中作为设备材料的应用。使用上述抗印染液腐蚀的不锈钢的印染设备的寿命是一般印染设备寿命的2-3倍以上。与现有技术相比，本发明提供的抗印染液腐蚀的不锈钢及其制造方法具有以下有益效果：

(1)本发明提供的抗印染液腐蚀的不锈钢通过增加mo，cr和ni含量，提升了不锈钢板坯的耐腐蚀性，提高了不锈钢板坯的成型性能，减少了其后续加工后的磁性，确保不锈钢板坯获得稳定的奥氏体组织、适当成分的焊缝组织的同时，兼备优秀的耐腐蚀性能；

(2)本发明提供的抗印染液腐蚀的不锈钢的制造方法，大量使用高磷镍铬生铁作为原料，通过成分调整，工艺改变，降低了板坯的生产成本，同时又生产出能大幅延长印染机使用寿命的不锈钢新材料。该不锈钢新材料可以生产出满足客户需要的316l印染机用途不锈钢产品。

附图说明

图1是实施例1的抗印染液腐蚀的不锈钢与市售普通316l系列不锈钢的平均腐蚀速率对照图；

图2是实施例1提供的抗印染液腐蚀的不锈钢的点蚀图片；

图3是实施例1印染机使用6个月后的内壁腐蚀图片；

图4是普通316l产品印染机使用6个月后的内壁腐蚀图片。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种抗印染液腐蚀的不锈钢的制造方法，其包括以下步骤：

(1)制钢：电炉1次装料，向电炉中装入高磷镍铬生铁60ton，一般碳钢9ton；同时分批次通过高位料仓往炉内投入7146kg生石灰；为了脱磷，电炉1次料通电从低档位7档开始起弧通电3987kwh，然后转换至高档位15档通电至7986kwh，再降回到7档通电至18677kwh，停止通电；当通电量大概达到10650kwh时，开始利用炉门氧枪吹入1574nm³；通电量达到18677kwh以后，根据炉内渣子状态，投入萤石化渣，并使用炉壁烧嘴吹氧模式吹入氧气100nm³对钢水进行搅拌，同时以7档通电2000kwh并进行流渣作业，流渣量为8.3ton，流渣作业结束后，准备2次装料；

电炉2次装料，向电炉中装入高磷镍铬生铁50ton，一般碳钢1ton，并开始分批往炉子内投入石灰5731kg；同样以低档7档起弧通电至22973kwh，然后转至15档通电到25432kwh，继而使用7档通电到30387kwh，停止持续通电；在开始通电的同时利用炉门氧枪往炉内吹入氧气3257nm³(约51分钟)。在步骤7停止持续通电之后，根据炉内渣子状态，投入萤石(两次共投入1.8吨)增加钢渣的流动性；并在以3档间断通电的同时，使用炉壁烧嘴吹氧(两次炉壁烧嘴吹氧共吹入氧气751nm³)对钢水进行搅拌，并进行流渣作业，流渣量为18ton，作业结束后出汤；其中，工艺过程中的总电量为38617kwh；熔汤快速彻底扒渣后，兑入aod精炼炉进行精炼过程，精炼炉进行脱碳、脱硫、脱氧作业并根据出钢目标成分投入各种合金铁48852kg，冶炼91min后出钢，连铸获得原料板坯。

本实施例中所采用的电炉的炉容为140吨，实施例中的电量数据均是从第1次通电开始计的累计数值。以质量百分比计，炉料高磷镍铬生铁的主要成分包括c≤4.5％，cr：1.0-5.0％，si≤4.0％，s≤0.04％，p：0.03％-0.100％，cu≤0.1％，mn≤0.5％，ni：3.0％-15.0％，余量为fe及其他不可避免的元素；最终获得的原料板坯的主要成分包括：c≤0.02％，si：0.3％-0.5％，mn：1.2％-1.4％，ni：12.01％-12.5％，cr：17.1％-17.9％，mo：2.8％-3.0％，n≤0.03％，余量为fe及其他不可避免的元素。

(2)热轧：使用hss轧辊，通过宽度变化，以及热轧压延混编，对原料板坯进行热轧压延，得到热轧后的不锈钢；

(3)热轧退火酸洗：对所述热轧后的不锈钢在980-1040℃进行连续退火，并采用破鳞-抛丸-混酸的连续酸洗工艺对所述热轧退火后的不锈钢板进行酸洗去除氧化皮，其中抛丸流量控制在600kg/min，得到热轧退火酸洗后的不锈钢；

(4)冷轧：采用冷轧机对所述热轧退火酸洗后的不锈钢板进行冷轧，总压下率为50-80％，其中，该冷轧机的末2道次前使用粗糙度为0.25μm的工作辊，末2道次使用粗糙度为0.07μm的工作辊，冷轧至目标厚度，得到冷轧后的不锈钢板；

(5)冷轧退火酸洗：对所述冷轧后的不锈钢板在1020℃进行连续退火60s-90s，并采用电解-混酸的连续酸洗工艺进行酸洗，然后置于平整机中，以230ton轧制力进行平整，得到冷轧退火酸洗后的不锈钢板；

(6)精整：对所述冷轧退火酸洗后的不锈钢板进行精整，得到抗印染液腐蚀的不锈钢。

不锈钢产品耐均匀腐蚀性能评价：

将本实施例制得的抗印染液腐蚀的不锈钢与市面销售的astm316l(进口)，astm316l(11ni)，sus316l和astm316l不锈钢分别置于同一印染液中在同一温度下进行腐蚀速率测试，其结果如表1所示，实验1-3分别采用3种不同的印染液，其中，实验1采用的印染液包括质量浓度为10％的硝酸、3％的氢氟酸和0.5％的氯化钠，实验2采用的印染液包括质量浓度为11％的硝酸、3％的氢氟酸和0.5％的氯化钠，实验3采用的印染液包括质量浓度为12％的硝酸、3％的氢氟酸和0.5％的氯化钠，图1为本实施例制造的抗印染液腐蚀的不锈钢与市售普通316l系列不锈钢的平均腐蚀速率对照图。

表1

由表1和图1可以看出，本实施例制造获得的抗印染液腐蚀的不锈钢，其抗均匀腐蚀能力是目前在用316l系列钢种的3倍以上，具备优异的抗腐蚀能力。

将本实施例制得的抗印染液腐蚀的不锈钢与市面销售的astm316l(进口)，astm316l(11ni)，sus316l和astm316l不锈钢片采用gb17897-1999标准进行点蚀试验，本实施例制得的抗印染液腐蚀的不锈钢的点蚀图片如图2所示，依据gb18590-2001标准分别对各不锈钢片的点蚀坑进行评价，评价结果如表2所示。

表2

由图2和表2可以看出，与普通316l系列钢种相比，本实施例制造获得的抗印染液腐蚀的不锈钢能有效的阻止点蚀坑的形成和长大，抗点蚀能力是普通316l系列钢种的2倍以上。

将采用本实施例制造获得的抗印染液腐蚀的不锈钢的印染机与采用普通316l系列钢种的印染机在使用6个月后的内部腐蚀情况进行比较，其结果分别如图3和图4所示，由图3可知，采用本实施例制造获得的抗印染液腐蚀的不锈钢的印染机在使用6个月后，内部表面仅有少量机械损伤点，未见点蚀发生，而如图4所示，使用普通316l材料的印染机在使用6个月后，内部表面已经可见明显的腐蚀点，且腐蚀点多，腐蚀深度大。

由实施例1可知，本发明提供的抗印染液腐蚀的不锈钢的制造方法，大量使用高磷镍铬生铁作为原料，通过成分调整，工艺改变，降低了板坯的生产成本，同时又生产出能大幅延长印染机使用寿命的不锈钢新材料。该不锈钢新材料通过增加mo，cr和ni含量，提升了不锈钢板坯的耐腐蚀性，提高了不锈钢板坯的成型性能，减少了其后续加工后的磁性，确保不锈钢板坯获得稳定的奥氏体组织、适当成分的焊缝组织的同时，兼备优秀的耐腐蚀性能，满足客户需要的316l印染机用途。