專利名稱：一種塔器用不銹鋼填料材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及填料材料，尤其涉及一種塔器用不銹鋼填料材料。
背景技術(shù)：
塔器是精餾、吸收、萃取等單元操作的重要設(shè)備，它被廣泛地應(yīng)用于石油化工、普通化工和精細(xì)化工等領(lǐng)域。塔器有板式塔和填料塔兩種。由于填料塔具有較高的分離度、較好的通量、較小的壓力降和傳質(zhì)效率高等優(yōu)點(diǎn)，得到迅速的發(fā)展而占據(jù)主導(dǎo)地位。填料又是填料塔中的主要元件，它是塔內(nèi)汽—液、液—液的傳質(zhì)和傳熱的主要載體。填料塔的高效性能和其它優(yōu)點(diǎn)，主要由高效填料和有關(guān)塔內(nèi)件決定，而高效填料性能與使用壽命又與填料材料有關(guān)，因此選用合適的填料材料是制造填料塔過程中的重要環(huán)節(jié)。
填料材料種類很多，主要有陶瓷、塑料和金屬等。陶瓷填料應(yīng)用最早，但因其較厚、空隙小、阻力大、易破損等缺點(diǎn)，進(jìn)而還導(dǎo)致氣液分布不均、溝流、短路及效率下降等，故局限于高溫強(qiáng)腐蝕條件下使用；塑料填料具有價(jià)格便宜質(zhì)輕耐蝕，加工方便等優(yōu)點(diǎn)，但也存在不耐高溫、表面潤濕性能差，傳質(zhì)效率低等缺點(diǎn)，僅適用于洗滌、冷卻等溫度不高的場合；金屬材料填料又有很多種類，如碳鋼、不銹鋼、鈦合金等，碳鋼價(jià)格便宜但不耐蝕；鈦合金耐蝕但價(jià)格高，不銹鋼中又有很多種，如304、316L、2205等鋼種，也存在著耐蝕性與價(jià)格的矛盾，即普通不銹鋼價(jià)格便宜，耐蝕性差；高級不銹鋼耐蝕性好，價(jià)格貴。
為了提高填料材料性能，研究人員也進(jìn)行了一系列的研究。例如，中國專利CN1035501提出一種活性瓷球填料的制造方法，用含40～95％氧化鋁瓷泥加石墨成球，煅燒后浸入含Ni，Mo，Co或W液中數(shù)十小時(shí)，晾干后再煅燒，則可；此填料能取代惰性氧化鋁瓷球或耐火球，并且有脫硫、脫氮、加氫及保護(hù)催化劑不被中毒的作用，但還存在陶球填料固有的缺點(diǎn)。中國專利CN1158910A提出碳鋼波紋填料整體滲鋁或多元共滲的方法，該法是將制造好的波紋板(網(wǎng))片，先組裝成塊體，經(jīng)清洗、活化、烘干再活化處理后，在鋁液或鋁合金液中滲附及擴(kuò)散退火，這樣制得的滲鋁或多元共滲碳鋼波紋填料，雖改善了耐蝕性，但還不能滿足許多介質(zhì)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能承受高溫高壓、具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、易于加工的塔器用不銹鋼填料材料。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種塔器用不銹鋼填料材料，其特征在于，化學(xué)成分(重量％)為C≤0.10，Cr 15～20，Ni 10～15，Mo 4～8，N≤0.30，S≤0.03，P≤0.03，Mn≤2.0，Si≤1.00，其余為Fe；固溶處理溫度1130℃～1180℃，水淬；力學(xué)性能鑄態(tài)σb≥500，σs≥250MPa，δ5≥20％，≥20％，ak≥200J/cm2；鍛態(tài)σb≥650MPa，σs≥300MPa，δ5≥30％，≥30％，ak≥300J/cm2；耐腐蝕性能按國標(biāo)GB4334.9-84測得點(diǎn)蝕電位Eb≥1000mv(S.C.E)。
所述的材料可加工成棒材、管材、板材、絲材或帶材。
本發(fā)明提供的塔器用不銹鋼填料可軋成小于0.1mm厚的帶材，加工成各種形式的填料，如金屬孔板波紋填料，金屬壓延孔板波紋填料等，具有工業(yè)實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明具有普通不銹鋼填料(如316L不銹鋼)相近的成分(即相近的價(jià)格)易加工的特點(diǎn)；又有高級不銹鋼(如AL-6X；00Cr20Ni25Mo6)的耐蝕性能，且容易熔煉制造。經(jīng)過試驗(yàn)表明，本發(fā)明的填料材料用于多脂肪酸精餾塔內(nèi)，預(yù)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)壽命達(dá)四年，而由316L不銹鋼制成的填料在同樣條件下僅使用4～5個(gè)月即需更換。
本發(fā)明的化學(xué)成分中各元素之間必需有一個(gè)恰當(dāng)?shù)谋壤?，才能在一定介質(zhì)中生成致密的鈍化膜提高材料的耐蝕性能，同時(shí)才能生成奧氏體組織，提高材料的綜合機(jī)械性能和加工性能。例如鉬含量太高(如Mo＞8)，則材料塑性下降；鉬含量太低(如Mo＜4)，則耐蝕性降低。
本發(fā)明的耐腐蝕性能1.耐點(diǎn)腐蝕性能。
通過電化學(xué)方法，按GB4334.9-84測得本發(fā)明和對比材料1Cr18Ni9Ti、316L和AL-6X(00Cr20Ni25Mo6)鋼的點(diǎn)蝕擊破電位(Eb)如下鋼 種 1Cr18Ni9Ti 316L Al-6X 本發(fā)明Eb(mv，S.C.E) 60120 10201020點(diǎn)蝕擊破電位Eb越高，則材料耐蝕性能越高。由此看出本發(fā)明的耐點(diǎn)蝕性能達(dá)到高級不銹鋼AL-6X的水平，遠(yuǎn)高于普通不銹鋼1Cr18Ni9Ti，316L的水平。
2.在氯化物介質(zhì)中實(shí)驗(yàn)電位E～PH圖。
電位E～PH圖就是以電位為縱坐標(biāo)，以PH值為橫坐標(biāo)的電化學(xué)相圖，表示在某一電位和PH值的條件下，體系的穩(wěn)定物態(tài)或平衡態(tài)。圖1為本發(fā)明在1N Cl-濃度緩沖液中(t＝30℃)的實(shí)驗(yàn)電位E～PH圖。在這個(gè)圖上表示出金屬腐蝕的三個(gè)特征區(qū)域鈍化區(qū)A、免蝕區(qū)B和腐蝕區(qū)C。
圖1中的鈍化區(qū)和免蝕區(qū)較大，意味著本發(fā)明有較大的安全使用范圍。由于過鈍化電位很高，標(biāo)志著金屬具有很高的耐點(diǎn)蝕能力；同時(shí)在PH＞2.2時(shí)，無活化腐蝕區(qū)。從理論上講，金屬在這個(gè)鈍化和免蝕區(qū)是不會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕的。屬于這個(gè)PH和氯離子濃度范圍的介質(zhì)很多，如海水、油田污水以及一些化工介質(zhì)，因此本發(fā)明在這些介質(zhì)中可得到廣泛應(yīng)用。
3.耐縫隙腐蝕性能。
在30℃的3％(重量)NaCl水溶液中，對人造縫隙試樣采用1V(S.C.E)恒電位陽極極化預(yù)處理法酸化，并在模擬穩(wěn)定酸度介質(zhì)中測陽極極化曲線，視其是否出現(xiàn)陽極活化峰來判斷金屬是否發(fā)生縫隙腐蝕。圖2示出了本發(fā)明材料M和對比材料1Cr18Ni9Ti、316L和AL-6X(00Cr20Ni25Mo6)鋼的試驗(yàn)結(jié)果1Cr18Ni9Ti、316L鋼的陽極極化曲線上均出現(xiàn)活化峰，預(yù)示著均會(huì)發(fā)生縫隙腐蝕，而本發(fā)明材料M和AL-6X鋼的陽極極化曲線上未出現(xiàn)活化峰，預(yù)示著金屬不發(fā)生縫隙腐蝕。這個(gè)試驗(yàn)再一次證明本發(fā)明的耐蝕性能高于普通不銹鋼，而達(dá)到高級不銹鋼的水平。
4.耐晶間腐蝕性能。
試樣固溶處理后按國標(biāo)GB4334.5-2000的硫酸-硫酸銅法進(jìn)行，試驗(yàn)后的試樣經(jīng)180°彎曲，在10倍放大鏡下觀察，未發(fā)現(xiàn)裂紋，說明未出現(xiàn)晶間腐蝕。
本發(fā)明的加工性能本發(fā)明具有和普通奧氏體不銹鋼一樣易加工的性能，可在大氣感應(yīng)爐(或電弧爐)中熔煉，精煉溫度不得超過1600～1620℃，澆注溫度控制在1500～1540℃。鑄造流動(dòng)性也與1Cr18Ni9Ti鋼相當(dāng)；當(dāng)鋼液接進(jìn)凝固時(shí)，表面結(jié)膜快，氧化膜厚度較薄，鑄件的冷隔、皺皮程度也沒有含鈦鋼嚴(yán)重。通過巴東拘束對接裂紋試驗(yàn)方法，試驗(yàn)結(jié)果表明所有焊接接頭中，包括焊縫，焊接熔合線及熱影響區(qū)，在50倍實(shí)體顯微鏡下，未檢查出裂紋，表明本發(fā)明具有良好的焊接性能。
本發(fā)明通過鍛造、熱軋、冷軋，可加工成各種棒材、管材、板材等形式，如冷軋薄板厚度可到0.1mm以下，適宜于制造各種形式的填料。
從上述主要性能可以看出本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)成分簡單，和普通不銹鋼相近；耐蝕性高，達(dá)到高級不銹鋼水平；易加工，具有和普通奧氏體不銹鋼相似的加工性能；應(yīng)用范圍廣。


圖1為本發(fā)明材料在1N Cl-濃度緩沖液中(30℃)的實(shí)驗(yàn)電位E～PH圖；圖2為本發(fā)明材料和對比材料在模擬穩(wěn)定酸度的溶液中的陽極極化曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1一種塔器用不銹鋼填料材料，其化學(xué)成分(重量％)為C 0.065，Si 0.65，Mn 1.22，P 0.005，S 0.03，Cr 17.95，Ni 12.00，Mo 6.35，N 0.15，其余為Fe的鋼。在空氣中頻感應(yīng)爐冶煉，鍛造成棒材，經(jīng)1150℃固溶處理后測試，力學(xué)性能為σb753MPa，σs371MPa，δ544.6％，69％，ak320J/cm2。耐腐蝕性能在50℃的10％FeCl3·6H2O的水溶液中，經(jīng)72小時(shí)，測得本發(fā)明和對比材料的全面腐蝕率(mm/a)為本發(fā)明0.24，AL-6X 1.36，316L 25.50。
實(shí)施例2
一種塔器用不銹鋼填料材料，其化學(xué)成分(重量％)為C 0.063，Cr 18.09，Ni 12.57，Mo 4.98，N 0.18其余為Fe的鋼。在大氣中頻感應(yīng)爐熔煉，澆注成鋼錠，鍛造成毛坯，經(jīng)熱軋、冷軋成0.1mm帶材，制成壓延孔板波紋填料，裝于年產(chǎn)5000噸脂肪酸連續(xù)精餾塔內(nèi)，主要介質(zhì)為C16～C18等飽和及不飽和脂肪酸，這些混合脂肪酸由塔底或塔中部經(jīng)過填料作上下運(yùn)動(dòng)(氣體向上，液體向下)，經(jīng)過不同溫度而被分餾。塔內(nèi)最高溫度為220℃～240℃。由于混合脂肪酸本身就具有一定的侵蝕性，同時(shí)水中混入一定量的氯離子(CL-)、CO2、O2等，在高溫下具有更高的侵蝕性，而填料只有0.1mm厚，且多孔，更易遭到嚴(yán)重腐蝕。以前使用316L鋼填料，使用4～5個(gè)月即需要更換新的填料，現(xiàn)在如使用本發(fā)明的填料材料，預(yù)期壽命最長可達(dá)4年，可大大節(jié)省原材料和人工成本。
實(shí)施例3一種用本發(fā)明不銹鋼填料材料制成的油田注水泵葉輪，它可用于含氯離子的化工介質(zhì)。該葉輪材料的化學(xué)成分(重量％)為C 0.07，Cr 20.00，Ni 11.45，Mo 5.34，N 0.10，其余為Fe。該油田注水泵葉輪(泵的型號為6D100-150)一套(共12只)，裝于某油田注水站泵注污水，污水中氯離子含量高達(dá)1.0×105mg/L。以前是使用1Cr18Ni9Ti鋼葉輪，改用本發(fā)明材料制造的葉輪，與1Cr18Ni9Ti鋼葉輪相比，壽命提高8倍左右，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。
權(quán)利要求
1.一種塔器用不銹鋼填料材料，其特征在于，化學(xué)成分(重量％)為C≤0.10，Cr 15～20，Ni 10～15，Mo 4～8，N≤0.30，S≤0.03，P≤0.03，Mn≤2.0，Si≤1.00，其余為Fe；固溶處理溫度1130℃～1180℃，水淬；力學(xué)性能鑄態(tài)σb≥500，σs≥250MPa，δ5≥20％，≥20％，ak≥200J/cm2；鍛態(tài)σb≥650MPa，σs≥300MPa，δ5≥30％，≥30％，ak≥300J/cm2；耐腐蝕性能按國標(biāo)GB4334.9-84測得點(diǎn)蝕電位Eb≥1000mv(S.C.E)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種塔器用不銹鋼填料材料，其特征在于，所述的材料可加工成棒材、管材、板材、絲材或帶材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種塔器用不銹鋼填料材料，化學(xué)成分(重量％)為C≤0.10，Cr 15～20，Ni 10～15，Mo 4～8，N≤0.30，S≤0.03，P≤0.03，Mn≤2.0，Si≤1.00，其余為Fe；經(jīng)電化學(xué)方法測試，本發(fā)明材料在氯化物介質(zhì)中的耐腐蝕性能高于普通不銹鋼，而達(dá)到高級不銹鋼水平。本發(fā)明具有良好的力學(xué)性能及加工性，能加工成棒材、管材、板材、絲材或帶材以及各種形式的鑄件。
文檔編號B01J19/32GK1429925SQ0114527
公開日2003年7月16日 申請日期2001年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月31日
發(fā)明者徐增華 申請人:上海材料研究所