CN101705441A - 一种耐硫酸露点腐蚀高强度低合金钢 - Google Patents

一种耐硫酸露点腐蚀高强度低合金钢 Download PDF

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Abstract

一种耐硫酸露点腐蚀高强度低合金钢，其特征在于它含有以下(重量％)组分：C：0.01-0.10、Si：0.20～0.40、Mn：0.35～1.0、S：0.01-0.05、Ni：0.3～0.6、Cr：0.5～1.0、Cu：0.3～0.5、Sb：0.01～0.15、Re：0.01-0.10、Mo：0.01-0.10、Nb：0.01-0.10、Ti：0.01-0.10、V：0.01-0.10，其余为Fe和不可避免的夹杂，其中，合金元素总含量≤3。本发明将多种合金元素同时加入，通过合金元素的少量多元作用，达到高强和耐蚀的效果。

Description

一种耐硫酸露点腐蚀高强度低合金钢
技术领域
本发明属于低合金钢技术领域，具体涉及一种利用少量多元合金化和元素间的协同作用，以达到具有优异抗蚀性能、同时具有较高强度的耐硫酸露点腐蚀高强度低合金钢。
背景技术
耐硫酸露点腐蚀钢普遍应用在冶金、电力、石化等工业领域以煤或重油为主要燃料的烟气处理***，如锅炉低温部位的空气预热器、省煤器、烟道、烟囱、铁道车辆、石油井架、采油平台以及化工石油设备中的脱硫装置等。国内对于耐硫酸露点腐蚀钢的研制和开发起步较晚，成分体系及使用标准一般借鉴日本的钢种，其中典型的有宝钢股份公司的B485NL、江阴特钢的ND(09CrCuSb)钢，此外，鞍钢(10Cr1Cu)、济钢的JNS(12MnCuCr)钢及宝钢一钢公司(NS1)也有耐硫酸露点腐蚀钢产品。但这些钢的耐硫酸露点腐蚀性能远远不能满足实际生产需求，尤其是其强度偏低，易导致烟囱、采油平台、化工设备等承载件的断裂破坏。因此，本发明旨在研究出一种高强高耐硫酸露点腐蚀的低合金钢，以高的性价比满足各类以煤或重油为主要燃料烟气处理***的需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，利用少量多元合金化和多种元素间的协同作用，提供一种耐硫酸露点腐蚀性能优异、强度高的耐硫酸露点腐蚀高强度低合金钢。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种耐硫酸露点腐蚀高强度低合金钢，其特征在于它含有以下(重量％)组分：C：0.01-0.10、Si：0.20～0.40、Mn：0.35～1.0、S：0.01-0.05、Ni：0.3～0.6、Cr：0.5～1.0、Cu：0.3～0.5、Sb：0.01～0.15、Re：0.01-0.10、Mo：0.01-0.10、Nb：0.01-0.10、Ti：0.01-0.10、V：0.01-0.10，其余为Fe和不可避免的夹杂，其中，合金元素总含量≤3。
上述一种耐硫酸露点腐蚀高强度低合金钢还可以含有重量百分比小于等于0.025的P。
在上述方案中，所述合金元素的含量最好满足焊接冷裂纹敏感性系数：Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10≤0.20％。Pcm值越低表示钢的焊接冷裂纹倾向性越低。
与现有材料相比，本发明钢种力学性能优异，屈服强度和抗拉强度分别达到350MPa和480MPa。与JNS钢对比，其耐硫酸露点腐蚀性能提高了50％以上。本发明将多种合金元素同时加入，通过合金元素的少量多元作用，达到高强和耐蚀的效果。本发明合金元素总重量≤3％，充分发挥了各类合金元素的作用，降低了原料总成本。
以下详述本发明中各元素的作用及含量限定的理由。
本发明中C含量要求0.01-0.10％.C是重要的强化元素，在钢中主要以碳化物形式存在，和碳化形成元素结合起析出强化和细化晶粒的作用.而过高的碳含量不利于焊接性和韧性，同时会增加珠光体量和带状组织，易引起微区成分偏析和组织的不均匀性，从而产生微电池腐蚀.
本发明中Si含量选择在0.20～0.40％。Si在钢中具有较高的固溶度，对钢的固溶强化效果高于Mn，能够增加钢中铁素体体积分数，使晶粒细化，有利于提高韧性。Si含量过高会导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化，对低温冲击韧性不利。
本发明中Mn含量为0.35～1.0％。Mn在钢中固溶于铁素体起固溶强化的作用，是重要的强韧化元素，含量过低铁素体强化不足，含量过高将提高钢的淬透性，从而导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化。
本发明中P含量要求≤0.025％，S要求0.01-0.05％。P、S在钢中易形成有害夹杂，恶化低温冲击韧性和焊接性能，促进钢材的各向异性。
本发明中Ni含量选择为0.3～0.6％。Ni能够提高淬透性，具有一定的强化作用，还能显著地改善钢材的低温韧性，使基材和焊接热影响区低温韧性大幅度提高。同时，还能有效阻止Cu的热脆引起的网裂。
本发明中Cr含量选择为0.5～1.0％。Cr可提高钢的淬透性，促进钢表面生成稳定的钝化膜，从而极大地提高钢的耐蚀性能。一般是在铜的配合下才出现明显的效果，其含量过低不能保证钢的耐蚀性，大于1.00％时，会使钢的耐H2SO4腐蚀性能有所降低。
本发明中Cu含量选择为0.3～0.5％。Cu是耐大气腐蚀钢和耐硫酸露点腐蚀钢中最基本元素。当钢中含有足够量的硫时，在工业气体和硫酸的腐蚀过程中可生成Cu2S保护膜，阻滞阴、阳极反应，从而提高钢耐硫酸露点腐蚀性能。同时铜在锈层中的富集能够改善锈层的保护性能。含量过高时，会降低焊接性能，且易形成低熔点的共晶化合物而使钢材轧制过程中产生龟裂。
本发明中Sb含量选择为0.01～0.15％。Sb对改善耐蚀性十分有效，Sb在钢表面形成Cu2Sb薄膜可抑制阴极反应，小于0.01％时不呈现效果，过高时存在焊接性能劣化的倾向，
本发明中Re含量为0.01-0.10％。Re主要通过改变钢中夹杂物的形状、数量及分布状态，达到改善钢材韧性、减少有害非金属夹杂物的目的。RE在与Ti共同存在时，有助于Ti的效果发挥，显著改良输入热100KJ/cm以上的大热量输入的焊接接头部位的韧性。当其含量过高时，使焊接接口处的韧性劣化。
本发明中要求Mo：0.01-0.10％。Mo能够提高淬透性，显著提高钢的强度，与Cr的协同作用有助于提高耐蚀性。过高的Mo会使钢的低温韧性显著恶化，且在焊接时形成马氏体，导致焊接接头脆性的增加。
Nb、V、Ti是对强韧化有效的元素，可形成析出物，细化晶粒，使钢的内部组织致密，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。但含量超过0.10％时存在耐蚀性劣化的倾向，因此本发明中优选上限为0.10％。
具体实施方式
实施例1：采用平炉和电炉冶炼，稀土在出炉过程中或出钢后的钢包中加入，连铸连轧后可制成板材、管材、型材等，其化学成分如下(重量％)：C：0.07、Si：0.34、Mn：0.52、P：0.011、S：0.015、Ni：0.45、Cr：0.73、Cu：0.38、Sb：0.09、Re：0.10、Mo：0.06、Nb：0.04、Ti；0.07、V：0.03、Fe：余.
在本实施例的钢板上，截取40×40×4mm的试样，在70℃，50％的硫酸水溶液中浸泡4小时，参照GB10124-88《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》标准进行硫酸浸没试验，试验结果见表1所示。机械性能对比见表2所示。
表1不同钢的硫酸露点腐蚀速率对比(mm y-1)
Figure G2009102729053D0000041
表2不同钢的机械性能对比
*d弯心直径，a钢板厚度
实施例2：本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于成分，本实施例化学成分为(重量％)：C：0.06、Si：0.38、Mn：0.57、P：0.016、S：0.013、Ni：0.54、Cr：0.84、Cu：0.41、Sb：0.11、Re：0.05、Mo：0.07、Nb：0.05、Ti；0.06、V：0.02、Fe：余。
在本实施例的钢板上，截取40×40×4mm的试样，在30℃，20％的硫酸水溶液中浸泡24小时，参照GB10124-88《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》标准进行硫酸浸没试验，试验结果见表3所示，机械性能对比见表4所示。
表3不同钢的硫酸露点腐蚀速率对比(mm y-1)
Figure G2009102729053D0000052
表4不同钢的机械性能对比
Figure G2009102729053D0000053
*d弯心直径，a钢板厚度
实施例3：本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于成分，本实施例化学成分为(重量％)：C：0.10、Si：0.40、Mn：1.0、S：0.05、Ni：0.6、Cr：1.0、Cu：0.5、Sb：0.15、Re：0.10、Mo：0.10、Nb：0.10、Ti：0.10、V：0.10，其余为Fe和不可避免的夹杂。
在本实施例的钢板上，截取40×40×4mm的试样，在30℃，20％的硫酸水溶液中浸泡24小时，参照GB10124-88《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》标准进行硫酸浸没试验，试验结果见表5所示，机械性能对比见表6所示。
表5不同钢的硫酸露点腐蚀速率对比(mm y-1)
Figure G2009102729053D0000061
表6不同钢的机械性能对比
Figure G2009102729053D0000062
*d弯心直径，a钢板厚度
实施例4：本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于成分，本实施例化学成分为(重量％)：C：0.01、Si：0.20、Mn：0.35、S：0.01、Ni：0.3、Cr：0.5、Cu：0.3、Sb：0.01、Re：0.01、Mo：0.01、Nb：0.01、Ti：0.01、V：0.01，其余为Fe和不可避免的夹杂。
在本实施例的钢板上，截取40×40×4mm的试样，在30℃，20％的硫酸水溶液中浸泡24小时，参照GB10124-88《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》标准进行硫酸浸没试验，试验结果见表7所示，机械性能对比见表8所示。
表7不同钢的硫酸露点腐蚀速率对比(mm y-1)
Figure G2009102729053D0000071
表8不同钢的机械性能对比
Figure G2009102729053D0000072
*d弯心直径，a钢板厚度。

Claims (3)

1.一种耐硫酸露点腐蚀高强度低合金钢，其特征在于它含有以下(重量％)组分：C：0.01-0.10、Si：0.20～0.40、Mn：0.35～1.0、S：0.01-0.05、Ni：0.3～0.6、Cr：0.5～1.0、Cu：0.3～0.5、Sb：0.01～0.15、Re：0.01-0.10、Mo：0.01-0.10、Nb：0.01-0.10、Ti：0.01-0.10、V：0.01-0.10，其余为Fe和不可避免的夹杂，其中，合金元素总含量≤3。
2.根据权利要求1所述的一种耐硫酸露点腐蚀高强度低合金钢，其特征在于它还含有重量百分比小于等于0.025的P。
3.根据权利要求1或2所述的一种耐硫酸露点腐蚀高强度低合金钢，其特征在于合金元素的含量满足焊接冷裂纹敏感性系数：Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10≤0.20％。
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