《化工装备技术》第27卷第5期2006年59
提高奥氏体不锈钢铸件耐腐蚀性能的研究
张晓峰
3
(宝山钢铁股份有限公司化工分公司)
摘 要 我国不锈钢铸件耐腐蚀性能低的原因是铸造厂熔炼技术落后,缺乏炉外精
炼工艺,市场又缺少低碳和超低碳不锈钢锭商品。大中型铸造厂推广采用AOD或VOD可提高不锈钢铸件的耐腐蚀性能,而加快低碳不锈钢锭的商品化供应步伐是
提高不锈钢铸件耐腐蚀性能的关键。
关键词 铸造 不锈钢 腐蚀 熔炼技术 铸件 不锈钢铸造过程由熔炼、浇注及热处理三部分组成。本文分别探讨各工序对不锈钢耐腐蚀性能的影响。
1 影响不锈钢铸件耐腐蚀性能的因素0103%C)甚至于高纯(≤01015%C)不锈钢是
现代不锈钢的发展方向。
非金属夹杂物数量与分布对不锈钢的耐腐
蚀性能也有重要影响。杂质的存在可能使不锈钢成分不均匀,使不锈钢表面的电极电位不一致,导致电化学腐蚀。因此降低不锈钢铸件中的杂质也能增加不锈钢的耐腐蚀性能。2不锈钢的熔炼工艺对耐腐蚀性能的影响211 废钢重熔法
[2,3]
不锈钢的熔炼工艺是影响不锈钢铸件耐腐蚀性能的重要因素。因为熔炼工艺直接决定了钢液的纯净程度,从而最终决定了铸件的内在品质和铸件成分。熔炼过程中最重要的是脱碳保铬,其次是尽可能脱出钢液中的非金属夹杂[1]
物。 铬是耐腐蚀元素,铬的氧化物在不锈钢表面形成一层钝化膜,阻止了不锈钢的进一步氧化,才使不锈钢具有耐腐蚀性能。不锈钢中的铬含量低于12%时,会使不锈钢耐腐蚀性能明显降低。
而碳含量直接和钢的耐腐蚀性能密切相关。碳的存在使不锈钢在焊接或在约510～788℃加热时容易产生晶界贫铬现象,导致晶
以回收废旧不锈钢为原料,采用感应电炉
进行重熔。废钢重熔法设备投资很少,生产工艺简单,原材料成本低。但这种方法钢液成分难以保证,钢液的品质不高。该法生产的不锈钢铸件含碳量较高,金相组织中夹杂物多,铸件表面常出现黑点和氧化锈斑,铸件耐腐蚀能力低。废钢重熔法在我国简易铸造厂广泛使用。这也是我国1Cr18Ni9Ti铸件较多的原因。这种工艺只能生产质量较差的1Cr18Ni9Ti铸件。近年来,1Cr18Ni9Ti已经不使用在耐腐蚀的场合。因此采用废钢重熔法生产的铸件,常
间腐蚀。因此不锈钢耐蚀性能受到钢中含碳量的强烈影响。低碳(≤0108%C)和超低碳(≤
3张晓峰,男,1965年5月生,工学博士,高级工程师。上海市,200942。
60提高奥氏体不锈钢铸件耐腐蚀性能的研究
含氮不锈钢的铸造。耐腐蚀的场合,最好使用以这种方法生产的铸件。3 铸造不锈钢精炼技术的应用
[1]
用于耐热场合;如果用于耐腐蚀的场合,不应
采用这种方法生产铸件。212 配料重熔法 以工业纯铁和含碳量低的铁合金为原料,适当配比后在感应电炉内重熔和调整成分。这种工艺可大幅度减低返回吹氧法冶炼带来的铬的氧化损失,工艺过程也相对简单。这种方法只是一种重熔过程,不能有效去除钢液中因原材料、回炉料带入或熔炼过程中新产生的各种夹杂物,因此对炉料的纯净度要求较高。在我国一些小厂多采用这种方法生产不锈钢铸件。这种方法多用于生产1Cr18Ni9Ti铸件。这种方法生产的不锈钢铸件可用于耐腐蚀场合。213 电弧炉熔炼法 在电弧炉内,通过吹氧脱碳精炼,可以去除熔炼钢液中的大部分非金属夹杂物,得到较为纯净的不锈钢液。吹氧过程是一个碳氧竞争氧化的过程,为减少铬的氧化,促进碳的优先氧化,必须提高吹氧温度至1650℃以上。而随着钢液中碳量的下降,铬的氧化问题也越来越严重。因此,铬的氧化损失较大和钢液碳量难以降到很低是这种工艺的一个问题。这种工艺适合生产碳量在011%左右的不锈钢,对生产碳量在0105%以下的低碳不锈钢比较困难。我国许多具有一定规模的不锈钢铸件生产厂家多采用这种方法生产。这种工艺通常能生产1Cr18Ni9Ti,321,347,304,316,347等铸件。这种方法生产的铸件可用于耐腐蚀场合。214 钢锭重熔法 这是由炼钢厂提供标准成分的不锈钢锭,铸造厂采用大功率感应电炉快速重熔的方法生产。这是一种简便而实用的生产高品质不锈钢铸件的先进工艺方法。特别适合我国不锈钢铸造厂家数量多而规模不大的现状。但由于我国铸造原材料的商品化还不完善,这种工艺方法目前在我国还没有得到很好的应用和发展。这一方法在我国有广阔的发展前景。这种工艺可生产304L、316L铸件。但这种方法不适用于
不锈钢的精炼是通过钢液中碳的氧化来降低钢液中的含碳量的。不锈钢炉外精炼还能脱除硫、脱除氧夹杂物并控制残存的夹杂物的尺寸、形态和分布。通过精炼能有效地减轻碳和夹杂物对不锈钢耐蚀性能的危害。铸造不锈钢的精炼与炼钢厂的精炼并不完全相同。由于铸造厂炉子容量通常远小于炼钢厂,使铸造不锈钢的精炼有着自己的特点。311 AOD、VOD精炼工艺 不锈钢的脱碳精炼是一个碳、氧的竞争氧化过程。在常压下为达到降碳保铬,必须提高反应温度,但温度的提高受耐火材料的制约。VOD精炼工艺是通过真空、AOD工艺是通过氩气稀释来降低反应产物CO的分压,从而在较低温度下促进碳的优先氧化。这是现代不锈钢精炼的主要方法。通过AOD、VOD精炼,不锈钢液品质高,特别是夹杂物水平和碳、氮含量低,可以生产超低碳的不锈钢铸件。而且AOD、VOD精炼可以使用价格便宜的原材料,如高碳铬铁、高碳铁合金以及各种回炉料等,同时各种合金的熔炼损耗也很少。目前在铸造业具备AOD或VOD精炼手段的还只是极少数大型不锈钢铸造企业。AOD或VOD精炼主要用来生产大型的超低碳的不锈钢铸件。312 喂线精炼工艺 包芯线喂线精炼是近年发展迅速的一种钢包精炼处理工艺。它通过专用喂线机以一定速度将内含精炼剂的包芯线送入钢液深处,包芯线在钢液内熔化,内包的精炼剂在钢液内扩散、反应,生成的熔渣在密度差和界面张力的作用下迅速上浮排出,可以有效地降低钢液中氧的残留水平,减少钢中非金属夹杂物,从而提高钢的性能。喂线处理工艺操作较为简单,可以在包内喂线,也可在感应电炉内喂线,对
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提高不锈钢的品质效果明显,是一种新的重要
的不锈钢精炼方法。但喂线处理需要有好的精炼剂,精炼剂要与钢液中尽可能多的杂质形成夹杂物,这些夹杂物还必须易于上浮排出。313 钢包吹气工艺
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钢组织趋于均匀分布,不锈钢中的碳也得以固
溶,通常适宜的温度为1050℃以上,时间为2h。
为防止不锈钢铸件在冷却过程中发生脱碳,应确保不锈钢铸件固溶后快速冷却,采用水冷的办法。工件入水前水温不超过80℃,工件由炉中出来至入水间隔时间不超过1min,工件出水时温度不高于200℃。
[5]
512 软氮化处理 要使不锈钢铸件具有更好的耐腐蚀性能,还可以采用一定的软氮化和氧化盐浴进行热处理。离子渗氮可以提高不锈钢的耐腐蚀性能。但由于不锈钢表面的氧化膜及铬是强氧化物的形成元素,是难渗氮材料,因此选用580℃±10℃的软氮化盐浴处理,此时氮的活性较高,而铬的活性相对较低,不可能有CrN相大量析出。这种热处理不会影响不锈钢中铬的含量,并能在不锈钢表面形成氮化层,从而提高不锈钢的耐腐蚀性能。6 结论
钢包吹气是通过从包底向钢液内吹入惰性
气体,在钢液内形成无数细小的气泡,气泡在上升过程中的扰动促进钢液内夹杂物的碰撞、聚集、合并,促进夹杂物的上浮。气泡在夹杂物上的吸附也有利于夹杂物的上浮,减少钢中残留夹杂物的数量。钢包吹气工艺操作简单,降低钢中夹杂物的效果明显。314 过滤净化工艺
过滤处理可使不锈钢合金液的纯净度提高,使凝固后的铸件组织更致密。这种方法适于去除较大尺寸的非金属夹杂物,对细小的非金属夹杂物效果不明显。
4 不锈钢铸造浇注工艺对耐腐蚀性能的影响 不锈钢铸造要求组织致密,表面光洁,同时在铸造时要防止产生裂纹及其他缺陷,这样才能提高铸件的耐腐蚀性能。 通常采用普通砂型、树脂砂机精密铸造等工艺方法进行铸造,铸件难以补缩的热节处要放置冷铁或格铁矿砂,防止此处产生裂纹。型芯表面要清洁光滑,烘干,保证铸型浇注前温度为60～100℃。 根据铸件的结构设计砂型,根据铸件特点选择分形面的浇注位置,通常采用热割法300℃切割冒口。缺陷焊补前需预热,消除铸件残余应力,以免产生裂纹。
5不锈钢铸件热处理工艺对耐腐蚀性能的影响511 固溶处理
[4]
提高我国不锈钢铸件耐腐蚀性能的途径主
要是降低铸件的含碳量,其次是提高钢液的纯净度,降低铸件夹杂。为改变我国不锈钢铸件耐腐蚀性能整体不高的状况,特别需要重视和加强熔炼方面的工作。根据我国的实际,铸造不锈钢的熔炼应加强以下几方面的工作:
(1)提高奥氏体不锈钢铸件耐腐蚀性能的关键是降低钢液中的含碳量,加强钢液精炼净化工作:
大中规模的不锈钢专业铸造厂,大力发展以AOD为代表的炉外精炼技术。采用电炉熔化,AOD炉精炼,可以生产各种含碳量水平、各种牌号的不锈钢铸件。 中小型不锈钢铸造厂,重视喂线技术在不锈钢熔炼中的应用。对钢包容量较小的厂家,可以在感应电炉内喂线。采用喂线处理是提高钢液纯净度和铸件品质的有效措施。通过改变
固溶处理可以有效提高不锈钢铸件的耐腐蚀性能。固溶处理初期快速升温,700℃以后缓慢升温(200℃/h以下)至保温温度。随着固溶热处理温度的升高和保温时间的延长,不锈
62中碳膨胀石墨的研究
中碳膨胀石墨的研究
田金星 尚保平
(武汉理工大学资环学院)
3
摘 要 以天然中碳鳞片石墨为原料,用浓H2SO4及浓HNO3作插层剂,在酸化阶
段添加专门配制的H2L溶液,便可制备出膨胀倍率在280ml/g以上、含碳量在99%以上的膨胀石墨。 关键词 膨胀石墨 中碳 插层 众所周知,柔性石墨这种优秀的密封材[1]
料,在许多方面有着石棉、橡胶等其它密
[2]
封材料所不可比拟的优越性。但是,目前它在国内尚未得到广泛应用。其中一个重要的原因是其生产成本高。因为柔性石墨一般使用含碳量在98%～99%的高碳鳞片石墨为原料,按照一定的工艺条件来制备。而有些行业如摩托车、柴油发动机、粗放型化工机械行业等,若使用中碳石墨为原料制备柔性石墨,在满足密封性能要求的条件下,可以大大降低产品成本,从而可大力推动柔性石墨对石棉密封材料
3田金星,男,1954年生,副教授。武汉市,430070。
的取代。 近年来,许多学者研究了直接由中碳石墨为原料来制备柔性石墨。但是,有的原料含碳量偏高(%～95%),不能直接以浮选产品(指浮选精矿含碳量<%的产品)为原料。 本研究选用含碳量在86182%的中碳石墨制备柔性石墨,并对样品进行了膨胀倍率、含碳量等的测定。1 实验111 原料
原料为LZ50-86%(50目,含C86182%,
精炼剂的配方,可以适应各种不同牌号的不锈
钢的要求。
(2)不锈钢炼钢厂应加快低碳不锈钢锭的商品化供应步伐。炼钢厂具有先进炉外精炼手段,能提供标准成分的优质钢锭。购买标准成分的不锈钢锭重熔铸造,是中小不锈钢铸造厂生产具有优良耐腐蚀性能的低碳和超低碳铸件的唯一可行的方法。
(3)焊补前预热,加强固溶热处理工艺的控制,并适当采用软氮化处理工艺。
参 考 文 献
1 段汉桥,等.我国铸造不锈钢熔炼工艺现状及发展趋
势.铸造技术,2002(1):18-22 2 段汉桥,等.我国铸造不锈钢应用现状及发展趋势.
铸造,2002(5):12-16 3 周广智,等.不同热处理对ZG00Cr19Ni13不锈钢组织
和力学性能的影响.铸造,2000(5):43-45 4 陈宏刚.304不锈钢焊接后热处理.管道技术与设备,
2004(1):43-44
5 任学敏.1Cr18Ni9Ti不锈钢的化学热处理工艺及抗腐
蚀性能研究.热力发电,2001(5):60-63
(收稿日期:2006204229)
