奥氏体不锈钢和由这种钢制成的热交换器板和烟囱管道的制作方法

本发明涉及奥氏体不锈钢领域。更具体地，本发明涉及在对各种类型腐蚀的高耐受性、良好的成型性和通过尽可能地限制比如ni和co的昂贵合金元素的含量获得的适合的成本之间表现出良好折中的奥氏体钢。

背景技术：

1、优选的但不是独有的应用将是热交换器板或烟囱管道部件的制造，这两者都需要如此优异的耐腐蚀性，特别是在高于环境温度的温度下，以及良好的成型性。

2、其中最常用的奥氏体不锈钢等级是根据标准en10088-2被称作x5crni189(1.4301)的等级，像本文给出的所有化学元素含量一样，其标准化的组成通过重量百分比给出：c≤0.07％；si≤1.0％；mn≤2.0％；p≤0.045％；s≤0.015％；n≤0.11％；cr＝17-19.5％；ni＝8-10.5％。这种等级与根据astm a240被称作“304”的等级相当，区别是该等级将si限制为0.75％和c限制为0.08％。

3、添加例如约0.2％的nb或ti，能有助于改善焊缝的耐腐蚀性，因为添加nb或ti导致形成nb或ti的碳化物而不是形成cr的碳化物，从而保持了溶液中cr的量。

4、另一种解决方案是降低钢中的碳含量，从而避免在冷却期间碳化铬析出，其会降低耐腐蚀性。根据en 10088-2，x5crni18-9(1.4301)的低碳变体变为x2crni18-9(1.4307)，且根据astm a240，304变为“304l”。

5、以上等级具有良好的耐腐蚀性，然而这种耐腐蚀性在特别具有腐蚀性的环境，例如海洋环境以及一般的氯化环境中被证明是不够的。

6、在寻求对不同类型的腐蚀特别高耐受性的这种环境中，因此根据en 10088-2的x5crnimo17-12-2等级和根据astm a240的“316”及其衍生的等级，通常分别根据其标准比x5crni189等级(1.4301)和304更优选。

7、x5crnimo17-12-2的常规标准组成为：c≤0.07％；si≤1.0％；mn≤2.0％；p≤0.045％；s≤0.015％；n≤0.1％；cr＝16.5-18.5％；mo＝2.0-2.5％；ni＝10-13％。该组成相当于在标准astm a240中被称作“316”的等级的组成，区别在于该等级将si限制为0.75％和c限制为0.08％并包含含量在16％到18％之间的铬。与x5crni189相比，cr浓度范围向稍微降低的最小值和最大值偏移，在另一方面，ni的浓度通常大多更高，尤其是mo的显著性存在。

8、正如18％铬和9％镍等级，在氯化介质中的耐腐蚀性能方面，通常标准化成分的x2crnimo17-12-2等级甚至可以达到更高的性能：c≤0.03％；si≤1.0％；mn≤2.0％；p≤0.045％；s≤0.015％；n≤0.1％；cr＝16.5-18.5％；mo＝2-2.5％；ni＝10-13％。因此该组成主要通过较低的最大c浓度区别于x5crnimo17-12-2，由于形成cr碳化物和cr碳氮化物的更低可能性，这有助于提供比x5crnimo17-12-2的组成在氯化介质中具有更好抗耐晶间腐蚀的组成。以上等级也更易于焊接。这种等级相当于在astm a240中被称作“316l”的等级。

9、由于更高的ni浓度和大量存在的mo，x5crnimo17-12-2等级和其已知的衍生物具有的缺点是比x5crnimo17-12-2更昂贵。此外，从其矿石中提取这种元素对环境有害。因此，寻找所述等级合适的含有更低浓度的昂贵和高环境影响的合金元素的替代物使人感兴趣。这也是本发明的目的。

技术实现思路

1、为了这个目的，本发明的主题是一种奥氏体不锈钢，特征在于其组成由重量百分比的以下项组成：

2、痕量≤c≤0.03％；

3、1.0％≤mn≤2.0％；

4、0.8％≤si≤2.0％，优选1.0％≤si≤1.5％；

5、痕量≤al≤0.06％，优选痕量≤al≤0.01％；

6、痕量≤p≤0.045％；

7、痕量≤s≤0.015％；

8、8.0％≤ni≤12.0％，优选9.45％≤ni≤10.0％；

9、17.5％≤cr<20.0％；

10、0.4％≤mo≤0.8％，优选0.5％≤mo≤0.6％；

11、痕量≤sn≤0.05％；

12、痕量≤nb≤0.08％；

13、痕量≤v≤0.15％；

14、痕量≤ti≤0.08％；

15、痕量≤zr≤0.08％；

16、痕量≤co≤1.0％；

17、0.02％≤cu≤0.6％；

18、痕量≤b≤0.01％；

19、痕量≤w+mo≤0.8％；

20、痕量≤pb≤0.03％；

21、痕量≤n<1000ppm；

22、痕量≤o≤0.01％，优选痕量≤o≤0.005％；

23、剩下的为铁和生产产生的杂质。

24、本发明还公开一种奥氏体不锈钢，特征在于其组成由重量百分比的以下项组成：

25、痕量≤c≤0.03％；

26、1.0％≤mn≤2.0％；

27、0.8％≤si≤2.0％，优选1.0％≤si≤1.5％；

28、痕量≤al≤0.06％，优选痕量≤al≤0.01％；

29、痕量≤p≤0.045％；

30、痕量≤s≤0.015％；

31、8.0％≤ni≤12.0％，优选9.45％≤ni≤10.0％；

32、17.5％≤cr≤20.0％，

33、0.4％≤mo≤0.8％，优选0.5％≤mo≤0.6％；

34、痕量≤sn≤0.05％；

35、痕量≤nb≤0.08％；

36、痕量≤v≤0.15％；

37、痕量≤ti≤0.08％；

38、痕量≤zr≤0.08％；

39、痕量≤co≤1.0％；

40、痕量≤b≤0.01％；

41、痕量≤w+mo≤0.8％；

42、痕量≤pb≤0.03％；

43、痕量≤n≤0.1％；

44、痕量≤o≤0.01％；

45、剩下的为铁和生产产生的杂质。

46、其平均晶粒尺寸在11astm和6astm之间。

47、本发明的另一主题涉及热交换器板，特征在于该板这种奥氏体不锈钢制成。

48、本发明的又一主题涉及烟囱管道的部件，特征在于该部件由这种奥氏体不锈钢制成。

49、如同将会被理解的，本发明基于通过仔细添加平衡的mo和si，改变传统等级x2crni18-9的组成，mo的含量保持相对低。由于mo的存在，这种添加趋向于使钢更接近于x2crnimo17-12-2的组成。但是这种添加不对应于目前已知的或已经明显的所述细微差别的变体，特别是因为mo的存在保持相对适中。因此这种改变不是经济上不利的，然而，结合比x2crni18-9和x2crnimo17-12-2中更高的si的浓度，其足够保持机械性能和耐腐蚀性，这些性能至少能够和crnimo17-12-2的性能一样好。这些性能非常适合对各种类型腐蚀的高耐受性和生产薄的部件和具有复杂形状的部件(例如热交换器部件或烟囱管道)的良好成型性都需要的应用。

50、发明人推断以下以重量百分比表示的钢的组成，最适用于解决上述在材料成本、机械性能和耐腐蚀性能方面的问题。

51、c的浓度包含在痕量和0.030％之间，c是一种高度γ稳定化(奥氏体化)的元素，过量浓度的c会导致不得不通过添加昂贵的α稳定化(铁素体化)元素，例如cr或mo，来弥补这种浓度。此外，c对晶间腐蚀的耐受性高度不利，剧烈地降低了该等级的焊接能力。

52、mn的浓度包含在1.0％和2.0％之间。mn通过降低其在压力或者热力下转变为马氏体的倾向提供了奥氏体的稳定性，并因此增加了其变形能力，不易发生应变硬化，这在换热器板的深拉期间得到高度重视。然而，在高浓度下倾向于降低该等级的耐腐蚀性，其浓度在此必须限制在2.0％。

53、p的浓度为至多0.045％。

54、s的浓度为至多0.015％。

55、s和p对不锈钢等级的耐腐蚀性非常有害，也剧烈地降低了其机械强度和其受热时的变形能力。其浓度应该优选尽可能地低，且在任何情况下小于或等于提及的限值。

56、si的浓度包含在0.8％和2.0％之间，并优选在1.0％和1.5％之间。根据本发明，当和适中浓度的mo含量结合时，所述元素显著增加该等级的耐腐蚀性。si也是高度α稳定化(铁素体化)的元素，其浓度必须限制在2％，否则该等级将会不平衡，不得不通过用γ稳定剂元素，例如昂贵的ni或有害的c来弥补高浓度的si。

57、此外，事实上与之前使用的等级相比，通过用si替代mo来降低mo的浓度，降低了获取所需原材料对生态的影响。

58、al的浓度在生产产生的痕量和0.06％之间。al可以被钢铁制造商用作脱氧剂。但是如果al控制不好，同样可以影响钢材的夹杂清洁度，尤其是产品表面的最终外观。al也是α稳定化元素，其过量存在会需要通过昂贵的γ稳定化元素例如ni或对耐腐蚀性能有害的例如c来弥补。因此重要的是限制al的浓度在至多0.06％，优选至多0.01％。

59、ni是一种强的γ稳定化元素并增加所讨论的钢等级的变形能力和恢复力。然而，ni也相对昂贵，且其浓度必须在该等级的冶金稳定性和成本之间达到平衡。因此，过低的ni浓度(低于8.0％)会导致不稳定的等级，在变形期间形成马氏体，导致机械强度的显著增加(应变硬化)，降低断裂伸长率。然而，过高的浓度会导致经济上无竞争力的等级。根据本发明，ni的浓度包含在8.0％和12.0％之间，优选在9.45％和10.0％之间。

60、cr是制造不锈钢的基础元素。cr的浓度给予不锈钢其大多数的耐腐蚀性。为了本发明目标的应用和为了赋予钢其奥氏体冶金状态，cr必须包含在17.5％和20.0％之间。

61、mo的浓度包含在0.4％和0.8％之间，优选在0.5％和0.6％之间。mo是一种通过强化不锈钢表面自发形成的钝化膜来增加耐腐蚀性的元素。根据本发明，mo的添加，经过仔细地调节并和si的精确浓度范围相结合，显著增加了奥氏体钢的耐腐蚀性，不需要增加mo的浓度至例如在等级x2crnimo17-12-2中存在的水平。本发明所需要的mo浓度还必须考虑到w的可能存在，下文将对此进行讨论。

62、sn的浓度被限制在生产产生的痕量和0.05％之间，sn强烈降低热锻能力。

63、nb、zr和ti的浓度包含在生产产生的痕量和0.08％之间。由于根据本发明施加的低浓度c，这种稳定化元素在晶间腐蚀方面在此是不必要的。优选地，nb的浓度严格低于0.03％，最好低于0.02％。

64、v含量浓度在生产产生的痕量和0.15％之间。v增加了高温下n在奥氏体中的溶解度，可以被适量添加达到一种等级，因此能防止铬氮化物的任何沉淀。优选地，为了提高锻造能力，v的浓度大于或等于0.03％，优选大于或等于0.04％。

65、co的浓度包含在生产产生的痕量和1.0％之间。尽管co是γ稳定化元素，因此其会具有冶金优势，但co过度昂贵，应该被限制在1.0％，以免大幅度降低该等级的成本。

66、b已知能提高锻造能力和钢的蠕变。其浓度包含在生产产生的痕量和0.01％之间。

67、w在科学文献中被描述用来增加等级的耐腐蚀性，以等于mo的比例的比例。然而，w是过度昂贵的元素，其显著性存在大幅度增加了等级的成本。因此，w应该被限制在取决于mo的比例的最大值，满足规则mo+w≤0.8％，优选降低至生产产生的痕量的状态。

68、cu在组分中的作为生产产生的杂质，以应该保持为至多0.6％，一般小于或等于0.5％，更好的是小于0.3％的含量存在。cu的浓度为至少0.02％，或取决于生产工艺，为至少0.10％。

69、pb的浓度包含在生产产生的痕量和0.03％之间。

70、n的浓度包含在2.0％和0.1重量％(1000ppm)之间。这种浓度使得防止更高的浓度可能会诱导的机械性能的降低。优选的，n的浓度保持在至多0.08％(800ppm)。n的浓度一般大于或等于0.03％(300ppm)。

71、o的浓度包含在痕量和0.01％之间，优选在限制在尽可能低的浓度，以满足夹杂清洁度符合主要目标应用。

72、没有提及的元素仅以生产产生的痕量存在。术语“痕量”应该一般被理解为意味着在生产期间这些元素不应该被自发地添加，或者(可能是含有al和其他脱氧元素，诸如zr的情况)这些元素会通过倾析该元素已形成的非金属夹杂物被进一步移除，只在最终的钢中非常少量地存在。

73、应该理解的是，根据本发明钢的定义给出了涉及不同元素的优选范围彼此之间是独立的。换句话说，对于一些元素，钢的成分位于上述定义的其最一般范围内，而对于其他元素在其优选范围内，仍然符合本发明。

74、平均晶粒尺寸包含在11astm和6astm之间。6astm尺寸对于如下应用中是优选的，在该应用中，复杂几何体，例如热交换器板，需要通过深拉生产，且astm 11尺寸在如下情况中是优选的，其中热交换器是铜焊或高温扩散焊接的。在组装操作后，根据使用时经受的高压，这种方式可为热交换器提供机械强度。