CN108286017B - 一种厚规格q420级别耐高温高压硫酸露点腐蚀钢板及其生产方法 - Google Patents

一种厚规格q420级别耐高温高压硫酸露点腐蚀钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种厚规格Q420级别耐高温高压硫酸露点腐蚀钢板的生产工艺方法，其中钢的成分及重量百分比含量为；C：0.10～0.15％，Si：0.20～0.40％，Mn：0.60～1.00％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cu:0.25～0.40％,Cr:0.40～0.80％,Sb:0.02～0.07％,Ni:0.08～0.15％,Nb：0.015～0.035％，Ti:0.015～0.035％,Al:0.020～0.040％，并控制CEV≤0.40％，Ni/Cu≥0.3，其余为Fe和不可避免的夹杂。本发明生产的钢种为相关行业的发展提供了有利的技术支撑。

Description

一种厚规格Q420级别耐高温高压硫酸露点腐蚀钢板及其生产 方法
技术领域
本发明属于低合金钢生产技术领域，具体涉及一种厚规格Q420级别耐高温硫酸露点腐蚀钢板及其生产方法。
背景技术
目前，我国以煤为主要燃料的企业多采用硫量最高能达到3％的贫瘦煤，远远超过了我国GB 50051—2002《烟囱设计规范》中2.5％最高腐蚀性标准。在冶金、电力、石化等工业领域中以重油或燃煤为主要燃料的烟气处理***，普遍会遇到因燃料中较高硫含量而产生的“硫酸露点腐蚀”进而造成设备腐蚀问题。同时，我国对环境治理力度不断加大，对各发电、化工、石油、钢铁企业提出了添加脱硫装置的新环保要求。但目前国内大约95％的脱硫装置采用湿法脱硫，在采用该方法脱硫后的烟气中单位体积内稀释硫酸含量反而有一定程度的增加，故此脱硫后的烟气环境可能使烟气处理***的腐蚀状况进一步恶化。在多种解决该类硫酸露点腐蚀问题的方案中，最行之有效的办法就是采用具有较高抗硫酸露点腐蚀能力的耐硫酸露点腐蚀钢板。
随着相关行业的发展，耐硫酸露点腐蚀钢板具有日趋广阔的市场前景，并向着低成本、高耐硫酸腐蚀性、高强塑性和良好焊接性的方向发展。目前，国内该类钢板执行GB/T28907-2012《耐硫酸露点腐蚀钢板和钢带》标准，该标准中只设置了Q315NS和Q345NS两个牌号，其强度级别已逐渐不能满足相关行业发展的用钢高强化需求；且该标准中关于钢板的厚度规格不大于40mm的限制也已无法满足实际的应用需求。
在本发明之前，根据相关的已授权及已公开的专利技术查新结果，有如下相关专利，其中：
中国专利CN200680006324.X公开了一种“耐硫酸露点腐蚀性优异的钢”，系冷轧钢，在实验室采用真空冶炼炉冶炼50kg钢锭，然后进行热轧、冷轧并退火得到板卷；中国专利CN201010116893.8公开了一种“耐硫酸露点腐蚀钢KNS及其轧制方法”,涉及一种4mm薄规格钢卷，没给出钢材的具体性能和耐硫酸露点腐蚀性能；中国专利CN201110268721.7公开了一种“抗拉强度≥800MPa级耐硫酸露点腐蚀钢及其制备方法”,涉及一种板卷，其成分设计中未添加Nb和Sb元素，所产钢卷延伸率较低且未给出冲击性能，仅给出20℃、20％硫酸条件耐硫酸露点腐蚀性能；中国专利CN201310568537.3公开了一种“耐磨耐硫酸露点腐蚀热连轧钢及其制造方法”,涉及一种耐磨耐硫酸露点腐蚀热连轧钢带(卷)及其制造方法，采用热连轧机组的方式生产出满足耐磨性能及耐硫酸露点腐蚀的热连轧钢带(卷)，其成分设计中未添加Cr、Ni元素，仅给出30℃、20％硫酸条件下耐酸性能，未给出其力学性能；中国CN201310595866.7公开了一种“一种低成本耐硫酸露点腐蚀用低合金钢及其生产工艺与用途”，涉及一种热连轧工艺生产的圆钢，其成分设计采用低碳、低锰、高铬，未添加铌元素，强度级别为Q320-340，仅给出70℃、50％硫酸条件下耐酸性能。以上五个专利的钢材产品的外观形貌分别为薄规格板卷/钢带和圆钢，板卷很难做宽做厚，其应用相对狭隘；其生产工艺与本申请的“厚规格Q420级别耐高温硫酸露点腐蚀热轧钢板”差别较大，成分设计方面也有不同。
中国专利CN200910187512.2公开了一种“一种低合金耐硫酸露点腐蚀钢板及其制造方法”,其成分设计中添加了Bi元素，未添加Sb元素，其实施实例为在实验室完成的80kg钢锭的冶炼与轧制，其强度为Q370-420级别，仅给出70℃、50％硫酸条件下耐酸性能；中国专利CN 201010211471.9公开了一种“一种耐高温硫酸露点腐蚀的稀土低合金钢”,在合金设计方面添加RE(La，Ce)，未添加Sb元素，但未给出产品的生产工艺、外观形貌和力学性能；中国专利CN 201110418531.9公开了“一种含Zr耐硫酸露点腐蚀钢板及其制造方法”,其合金设计方面添加了稀有的Zr元素，其实施实例在实验室中完成冶炼和轧制，仅给出20℃、20％硫酸条件耐硫酸露点腐蚀性能。上述提及的三种专利分别添加了稀有的Bi、RE(La，Ce)与Zr元素，势必会增加生产成本和生产组织难度；且其实施实例在实验室完成，其工业生产的可行性尚未可知。
此处，还额外提供了与本申请专利关联度较大的四个专利申请，其区别如下：
中国专利申请CN 201510272614.X公布了一种“高性能耐硫酸露点钢板及其制造方法”,但其成分设计及生产工艺上与本次申请专利相比差别较大：其合金成分设计中采用低碳、高铜、高镍、高铬，其合金成本较高，并且采用控轧+回火工艺生产，增加了回火工艺势必增加生产成本；其厚度规格>30mm钢板的强度和低温冲击功均较低，且其仅给出了相对腐蚀速率，未给出腐蚀条件及对比钢种。
中国专利申请CN 201510870140.9公布了一种“一种低成本无Nb薄规格耐硫酸露点腐蚀钢及其生产方法”,只是涉及薄规格的8-12mm钢板，在成分设计方面添加了V元素，未添加Nb元素；并且其强度较低，未给出冲击性能和耐硫酸露点腐蚀性能。
中国专利申请CN 201610499180.1公布了一种“一种改进型09GrCuSb耐硫酸露点腐蚀用钢及其制造方法”,其强度及低温冲击功较低，仅给出温度70℃、50％硫酸条件下的耐腐蚀性能。
中国专利申请CN 201410551555.5公布了一种“一种耐硫酸露点腐蚀钢板及其制造方法”,该专利申请在合金设计方面未添加Sb元素，但添加了V元素，且采用了相对的低碳和高锰；其厚度最大仅能达到32mm，仅给出温度70℃、50％硫酸条件下的耐腐蚀性能。
现有技术中的钢材中并不存在低成本、综合力学性能、高温高压条件下耐硫酸露点腐蚀性能、焊接性能、成形性能均优异的高级别耐硫酸露点腐蚀钢板。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种低成本、综合力学性能、耐硫酸露点腐蚀性能、焊接性能、成形性能均优异的Q420级别耐硫酸露点腐蚀钢板及其生产方法。
本发明首先提供了一种Q420级别耐硫酸露点腐蚀钢板，所述钢板的化学成分含量按重量百分比含量为：C：0.10～0.15％，Si：0.20～0.40％，Mn：0.60～1.00％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cu:0.25～0.40％,Cr:0.40～0.80％,Sb:0.02～0.07％,Ni:0.08～0.15％,Nb：0.015～0.035％，Ti:0.015～0.035％,Al:0.020～0.040％，CEV≤0.40％，Ni/Cu≥0.3其余为Fe和不可避免的夹杂。
作为上述钢板一种更好的选择，Ti/N≥3.4，优选在4.0～4.5。
作为上述钢板一种更好的选择，所述钢板的化学成分及重量百分比含量为：C：0.13％，Si：0.25％，Mn：0.75％，P：0.010％，S：0.005％，Cu：0.30％，Ni：0.13％，Cr：0.60％，Nb：0.025％，Ti：0.025％，Al：0.025％，其余为Fe和不可避免的夹杂。
作为上述钢板一种更好的选择，在耐硫酸露点腐蚀钢板的实际服役工况：温度130℃、硫酸浓度30％、压强8-9KPa，全浸24h的条件下，其腐蚀速率≤52mm/a，相对腐蚀速率为≤10％。
本发明进一步提供了所述钢板的生产方法，步骤如下：
冶炼：采用转炉冶炼，期间采用双渣操作以降低P含量；通过LF+RH精炼，降低O、H、N等有害气体及S含量，[N]≤0.0040％；[H]≤0.0002％；[O]≤0.0025％，[S]：≤0.005％。
连铸：采用耐候专用保护渣进行全保护浇注，配合轻压下工艺，轻压下量控制在5～6mm，拉坯速度控制在1.1～1.3m/min，保证浇注期间钢水过热度≤20℃，且连铸坯下线缓冷48h以上。
加热：控制加热炉内的气氛，保证其为还原性或中性。优选的，本步骤采用低温烧钢，均热时间不少于40min以保证钢坯烧匀烧透；控制出炉温度在1080～1130℃之间，同时加快在1100℃以上高温区间的升温速度在9-10min/cm，以缩短在该温度区间的停留时间，保证出炉即轧，以尽可能降低“铜脆”缺陷的发生。
轧制工艺：采用双机架两阶段控轧工艺，粗轧机进行>1000℃的完全再结晶轧制，待温厚度为2.5～4.5倍成品厚度，精轧开轧温度控制在880～950℃，轧后钢板立即进行加速冷却，冷速在6～10℃/s，终冷温度控制在600～650℃之间。
优选的，冶炼工艺控制Ca含量为0.0008-0.0030％，Ca/S≥1.0，以改善夹杂物形态；Ti/N≥3.4，Ti/N数值范围优选为4.0～4.5。
本发明的钢种成本相对低廉，工艺简单易于操作，适合连续化大生产。钢板综合性能良好，且具有满足为以煤或重油为主燃料的冶金、电力、石化等行业的烟气处理***高温下的耐硫酸露点腐蚀性能和焊接性能。
本发明涉及的厚规格Q420级别耐高温硫酸露点腐蚀钢板可有效地支撑相关行业的发展，为以煤或重油为主燃料的冶金、电力、石化等行业的烟气处理***的耐硫酸露点腐蚀性能提升提供技术支撑
附图说明
图1、图2为发明实例3钢板的显微组织(1/4、1/2厚度处)。
具体实施方式
如下为本发明的实施例，其仅用做对本发明的解释而并非限制。
按照本发明提供的成分设计和生产工艺，实施例1～3均按以下工艺生产，钢的主要化学成分见表1，实际生产工艺见表2，钢的力学性能见表3。
所述钢板的生产方法，步骤如下：
冶炼：采用转炉冶炼，期间采用双渣操作以降低P含量；通过LF+RH精炼，降低O、H、N等有害气体及S含量。
连铸：采用耐候专用保护渣进行全保护浇注，配合轻压下工艺，轻压下量控制在5～6mm，拉坯速度控制在1.1～1.3m/min，加强连铸过程一冷、二冷工艺控制，且连铸坯下线缓冷48h以上。
加热：控制加热炉内的气氛，保证其为还原性或中性。优选的，本步骤采用低温烧钢，均热时间不少于40min以保证钢坯烧匀烧透；控制出炉温度在1080～1130℃之间，同时加快在1100℃以上高温区间的升温速度以缩短在该温度区间的停留时间，保证出炉即轧，以尽可能降低“铜脆”缺陷的发生。
轧制工艺：采用双机架两阶段控轧工艺，粗轧机进行>1000℃的完全再结晶轧制，待温厚度为2.5～4.5倍成品厚度，精轧开轧温度控制在880～950℃，轧后钢板立即进行加速冷却，冷速在6～10℃/s，终冷温度控制在600～650℃之间。
为了更好地反映出本发明耐硫酸露点腐蚀钢板耐高温硫酸露点腐蚀性能的特点，本实施方法提供了1组钢板的耐大气腐蚀检测结果见表4。实验标准除了参照GB/T 28907-2012《耐硫酸露点腐蚀钢板和钢带》附录A中规定的两个实验条件：实验条件1：温度20℃、硫酸浓度20％，全浸24h；实验条件2：温度70℃、硫酸浓度50％，全浸24h外，还根据耐硫酸露点腐蚀钢板工业应用期间的实际服役条件，确定了实验条件3：温度130℃、硫酸浓度30％、压强8-9KPa，全浸24h。对所得数据进行分析后得到不同实验室全浸试验条件下的腐蚀率，见表4。
从以上表中数据可以看出，该工艺简单易于操作，适合大规模工业生产；所产钢板具有良好的综合力学性能和高温高压条件下耐硫酸露点腐蚀性能。
表1本发明钢板化学成分实例
表2本发明钢板实际生产工艺实例
表3本发明钢板力学性能实例
表4本发明钢板不同全浸试验条件下的腐蚀率(mm/a)
本发明并不局限于上述实例，按照本发明提供的成分要求和生产工艺要求，均可实施。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种厚规格Q420MPa级别耐高温高压硫酸露点腐蚀钢板，其特征在于：所述钢板的化学成分含量按重量百分比含量为：C：0.10～0.15％，Si：0.20～0.40％，Mn：0.60～1.00％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cu:0.25～0.40％,Cr:0.40～0.80％,Sb:0.02～0.07％,Ni:0.08～0.15％,Nb：0.015～0.035％，Ti:0.015～0.035％,Al:0.020～0.040％，CEV≤0.40％，Ni/Cu≥0.3，其余为Fe和不可避免的夹杂；在耐硫酸露点腐蚀钢板的实际服役工况，即温度130℃、硫酸浓度30％、压强8-9kPa，全浸24h的条件下，其腐蚀速率＜52mm/a，相对腐蚀速率为＜10％。
2.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于：Ti/N≥3.4。
3.权利要求1-2任一所述钢板的生产方法，包括如下步骤：
1)冶炼：采用转炉冶炼，期间采用双渣操作以降低P含量；通过LF+RH精炼，降低O、H、N及S含量；
2)连铸：采用耐候专用保护渣进行全保护浇注，配合轻压下工艺，轻压下量控制在5～6mm，拉坯速度控制在1.1～1.3m/min，保证浇注期间钢水过热度≤20℃，且连铸坯下线缓冷48h以上；
3)加热：控制加热炉内的气氛，保证其为还原性或中性；
4)轧制工艺：采用双机架两阶段控轧工艺，粗轧机进行>1000℃的完全再结晶轧制，待温厚度为2.5～4.5倍成品厚度，精轧开轧温度控制在880～950℃，轧后钢板立即进行加速冷却，冷速在6～10℃/s，终冷温度控制在600～650℃之间；
步骤2)均热时间不少于40min以保证钢坯烧匀烧透；控制出炉温度在1080～1130℃之间，同时加快在1100℃以上高温区间的升温速度为9-10℃/min。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于：步骤1)控制[N]≤0.0040％；[H]≤0.0002％；[O]≤0.0025％，[S]：≤0.005％。
5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于：Ca含量为0.0008-0.0030％，Ca/S≥1.0，以改善夹杂物形态；Ti/N≥3.4。
6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，冶炼工艺中Ti/N数值范围为4.0～4.5。
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