CN102021498B - 一种低合金耐硫酸露点腐蚀钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低合金耐硫酸露点腐蚀钢板及其制造方法，钢其组成成分重量百分配比(Wt％)为：C：0.02％～0.15％，Si：0.15％～0.55％，Mn：0.50％～1.60％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Ni：0.08％～0.30％，Cu：0.20％～0.60％，Cr：0.30％～1.50％，Bi：0.02％～0.30％，Als：0.015％～0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。将按上述配比冶炼后的钢锭在1220～1250℃均热，轧制，终轧温度大于850℃，轧后空冷。本发明其特点是能够在含高硫的燃料燃烧所产生排气的硫酸露点腐蚀环境下具有良好的耐腐蚀性能。可广泛用于石油、化工、电力等行业的装置中易出现硫酸露点腐蚀的锅炉预热器和省煤气设备，以及输送管道和烟囱上。
Description
技术领域
本发明涉及一种低合金耐硫酸露点腐蚀钢板，特别是涉及一种在使用含高硫的燃料燃烧所产生排气的硫酸露点腐蚀环境具有良好的耐腐蚀性能的钢板及其制造方法。
背景技术
在石油、化工、电力等行业的装置中，耐硫酸露点腐蚀一般出现在锅炉预热器和省煤气设备，以及输送管道和洇囱上。锅炉所用的燃料如重油和煤中都含有大量的硫(S)，经燃烧分解成二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)，在露点温度与水蒸汽结合变成硫酸(H2SO4)由稀变浓对设备有强烈的腐蚀作用。
耐硫酸露点用钢是一种既耐硫酸露点腐蚀又耐大气腐蚀钢种。耐硫酸露点腐蚀钢合金成分设计继1933年诞生于美国的耐候钢之后，对硫酸露点凝结现象的研究，发现含有一定Cu、P、Cr、Ni等合金元素的CORTEN钢具有一定的耐蚀性，以此为开端将这种低合金钢首次开始应用于锅炉的空气预热器。最初发现钢中添加0.2％～0.5％的铜可以极大地提高钢对各种浓度硫酸的耐蚀性，铜成为耐硫酸露点腐蚀钢的基本成分之一。
日本开发的耐硫酸露点腐蚀钢按照使用环境主要划分为两类：(1)以0.2％～0.5％Cu、＞0010％S为基体，添加少量Sn和Sb元素，其化合物成为对氢发生反应的抑制剂；(2)对于高温、高浓度硫酸的第IV腐蚀环境，把和CORTEN钢同***的Cu、Cr或者Cu、Cr、Ni作为基础开发的。如特公昭43-14585号公报所述，复合添加Cu、Sb具有耐硫酸露点腐蚀性能并得以应用证实。
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、鞍钢的10Cr1Cu，此外江阴特钢的ND(09CuCrSb)钢、济钢的12MnCuCr及宝钢一钢公司的NS耐硫酸露点腐蚀钢产品。
针对硫酸露点腐蚀问题，国内外一直在开发硫酸环境中耐腐蚀钢材，如特公昭43-14585号公报所述，复合添加Cu、Sb具有耐硫酸露点腐蚀性能并得以应用证实，中国“耐硫酸露点腐蚀无缝钢管用低合金钢09CuCrSb(ND钢)”(公开号：03130825.2)以上其虽然考虑耐腐蚀元素的合金配比，由于含有Sb元素使钢材的加工性能受到影响；美国的CORTEN钢以及国内的宝钢股份公司的B485NL、鞍钢的10CrlCu，济钢的12MnCuCr为Cr、Cu系钢(公开号：90101258.0)，但在Cr、Cu系成分设计中省略了耐硫酸露点良好的元素Sn和Sb，在高硫燃料的环境中其耐蚀性并不理想。
对于硫含量超过2％的含高硫燃料来讲，硫含量增高时，排气中的硫酸浓度增高，随着温度降低硫酸的凝结量增大，这比含低硫燃料的场合苛刻得多，对钢的腐蚀性也越强，因此，在硫小于2％比较温和的环境可发挥耐腐蚀钢种，在高硫燃料的环境中就很难赶到耐腐蚀性的作用。
如上所述，所期望的无论在低硫或高硫(硫含量超过2％)的条件下均能发挥良好的耐腐蚀性能的钢板，现在还没有更适宜的生产技术。
发明内容
本发明针对上述耐硫酸露点腐蚀钢板存在的问题，提供一种在使用含高硫的燃料燃烧所产生排气的硫酸露点腐蚀环境具有良好的耐腐蚀性能的钢板及制造方法。
本发明钢其组成成分重量百分配比(Wt％)为：
C：0.02％～0.15％，Si：0.15％～0.55％，Mn：0.50％～1.60％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Ni：0.08％～0.30％，Cu：0.20％～0.60％，Cr.0.30％～1.50％，Bi：0.02％～0.30％，Als：0.015％～0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明钢成分中还可添加Nb、Ti、V等微量元素一种或二种以上，总量不超过0.22％。
该钢板的生产工艺为：
将按上述配比冶炼后的钢锭在1220～1250℃均热，轧制，终轧温度大于850℃，轧后空冷。可用于生产低合金耐硫酸露点腐蚀钢板。
本发明合金中加入由于Bi，其在表面形成一层致密的高于基体几倍的富含Bi、Ti、Cu、Cr等元素的致密氧化膜，因而具有高的抗硫酸露点腐蚀腐蚀能力并得以应用证实；起到意想不到的效果。
本发明的具体元素的添加作如下解释：
C元素的选择，按重量百分比，碳含量最大不宜超过0.30％，C元素是强化元素，碳含量偏低将损害材料的强度，选择碳含量在0.02％～0.15％。碳含量的降低，一方面有利于提高韧性，同时可显著改善钢板焊接性能。
Si强化元素，固溶于铁素体提高钢的屈服强度，低于0.15％，会增加炼钢工序成本。高于0.50％，在这种成分组合中易使板坯产生难以去除的再生铁皮，影响成品钢板的表面质量。因此确定其范围为0.15％～0.55％。
Mn主要溶于铁素体起强化作用，提高钢的淬透性，又是钢中冶炼时必然存在的元素。根据要达到的强度级别水平确定其含量范围，但使其低于0.15％对冶炼要求高，增加成本。但含量太高时易引起偏析，因此确定其范围为0.50％～1.60％。
P易于导致偏析，对焊接性和成型性能不利。为保证焊接性和成型性能要求，本发明控制其低于0.020％。
S是有害元素，从力学性能上来说，自然是越低越好，但过低会导致工序成本增加，本发明控制其低于0.020％。
Ni是贵金属元素，提高淬透性元素，提高钢的强度且不降低其韧性，其起到明显耐腐蚀作用的范围是1.0％以上，适当加入这种元素主要还可防范板坯加热时表面Cu裂现象。为控制成本，限定其范围为0.08％～0.30％。
Cu对于提高耐蚀性有良好效果，必要的含量是0.20％，但是含量超过0.60％，其作用达到饱和，因此限定其范围为0.20％～0.60％。
Cr强烈提高淬透性元素，强碳化物形成元素，与Cu配合使用提高钢的耐蚀性，必要的量是0.30％，因此限定其含量范围为0.30％～1.50％。
Bi改善耐蚀性有效元素，其在表面形成一层致密的高于基体几倍的富含Bi、Ti、Cu、Cr等元素的致密氧化膜，因而具有高的抗硫酸露点腐蚀腐蚀能力；低于0.01％没有效果，大于0.30％由于存在热加工劣化倾向，因此其含量在0.01％～0.30％之间为宜。
Als传统的固氮元素，形成AlN可以细化奥氏体晶粒，因此限定其含量范围为0.015％～0.045％。
Ti强碳氮化物形成元素，形成TiN、TiC在均热和再加热过程中均可以阻止奥氏体晶粒长大，细化奥氏体晶粒。宜限定其含量范围为0.010～0.050％。
本发明的生产工艺特点是，加热温度限定在1230±20℃，在奥氏体再结晶区和非再结晶区进行轧制，1210℃是必要的温度，而超过1250℃，能耗升高，钢坯的氧化损失大。所以确定加热温度为1230±20℃；开轧温度限定在1200℃以上，钢的塑性好，强度低，易于轧制，坯头尾不会因温差而导致尺寸不良以及发生翘头、瓢曲等形状不良而影响下步工序的正常进行。
终轧温度在大于850℃，轧后空冷。终轧温度高于950℃，晶粒细化不足，影响强化效果。低于850℃，轧机的负荷会增加。而钢板的横纵向性能差异变大。
本发明其特点是能够在含高硫的燃料燃烧所产生排气的硫酸露点腐蚀环境下具有良好的耐腐蚀性能。它克服了传统低合金耐硫酸露点腐蚀钢在使用硫含量超过2％的含高硫燃料的设备不能发挥充分的耐腐蚀的缺点，可广泛用于石油、化工、电力等行业的装置中易出现硫酸露点腐蚀的锅炉预热器和省煤气设备，以及输送管道和烟囱上。
具体实施方式
本发明钢其组成成分重量百分比(Wt％)为：
C：0.02％～0.15％，Si：0.15％～0.55％，Mn：0.50％～1.60％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Ni：0.08％～0.30％，Cu：0.20％～0.60％，Cr：0.30％～1.50％，Bi：0.02％～0.30％，Als：0.015％～0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明钢成分中还可添加Nb、Ti、V等微量元素一种或二种以上，总量不超过0.22％。
该钢板的生产工艺为：
将按上述配比冶炼后的钢锭在1220～1250℃均热，轧制，终轧温度大于850℃，轧后空冷。可用于生产低合金耐硫酸露点腐蚀钢板。
根据本发明钢技术方案组分配比，在实验室用80kg进行冶炼与轧制。
化学成分见表1，2。
表1 类似产品与本发明钢成分对比(余量为Fe)
表3 对比钢与本发明钢实际性能
| Rel(MPa) | Rm(MPa) | A(％) | KV2(20℃)(J) | 70℃，50％H2SO4溶液，腐蚀速率(g/m2.h) | |
| 对比钢1 | 385 | 542 | 25.6 | 63 | 25.0 |
| 对比钢2 | 320 | 430 | 38.0 | - | 11.4 |
| 实施例1 | 385 | 530 | 26.0 | 115 | 8.58 |
| 实施例2 | 370 | 490 | 29.5 | 180 | 5.21 |
| 实施例3 | 390 | 575 | 26.5 | 266 | 4.61 |
| 实施例4 | 420 | 510 | 32.0 | 223 | 5.10 |
| 实施例5 | 400 | 525 | 26.0 | 177 | 3.88 |
表4 本发明钢生产工艺
| 编号 | 加热温度℃ | 开轧温度℃ | 终轧温度℃ |
| 实施例1 | 1230 | ＞1200 | 860 |
| 实施例2 | 1220 | ＞1200 | 880 |
| 实施例3 | 1225 | ＞1200 | 850 |
| 实施例4 | 1250 | ＞1200 | 890 |
| 实施例5 | 1235 | ＞1200 | 860 |
Claims (2)
1.一种低合金耐硫酸露点腐蚀钢板，其特征在于，组成成分按重量百分比为：
C：0.04%，Si：0.53%，Mn：1.49%，P：0.010%，S：0.006，Ni：0.30%，Cu：0.26%，Cr：1.2%，Bi：0.15%，Als：0.045%，Nb：0.048，V：0.030，余量为Fe和不可避免的杂质，其钢板的20℃时冲击韧性177J，在70℃，50%H2SO4溶液下，腐蚀速率3.88g/m2.h。
2.如权利要求1所述的一种低合金耐硫酸露点腐蚀钢板的制造方法，其特征在于：按上述配比冶炼后的钢锭在1235℃均热，开轧温度1200℃以上，终轧温度860℃，轧后空冷。
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| JP4319817B2 (ja) * | 2001-11-19 | 2009-08-26 | 新日本製鐵株式会社 | 耐塩酸腐食性および耐硫酸腐食性に優れた低合金鋼およびその溶接継手 |
| JP4728129B2 (ja) * | 2006-01-25 | 2011-07-20 | 株式会社神戸製鋼所 | 耐食性および靭性に優れた船舶用鋼材 |
-
2009
- 2009-09-18 CN CN200910187512.2A patent/CN102021498B/zh active Active
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