耐硫酸露點腐蝕無縫鋼管用低合金鋼——09CrCuSb(ND鋼)的製作方法
2023-05-09 02:16:06
專利名稱：耐硫酸露點腐蝕無縫鋼管用低合金鋼——09CrCuSb(ND鋼)的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種低合金結構鋼，特別是一種耐硫酸露點腐蝕用低合金鋼，包括無縫鋼管、板、鍛件及其專用焊材。
背景技術：
目前能源問題變得越來越重要，隨著石油和煤的大量開採，燃料中硫的含量越來越高，從而導致燃燒或熱交換系統設備遭受嚴重的腐蝕，特別是在冷卻過程中發生的露點腐蝕。例如在20g低碳鋼製造的省煤器，因為腐蝕而運行不到一個周期。如果排煙溫度略有降低或硫含量稍有升高，就會引起省煤器管很快洩漏。在這種環境下不鏽鋼的腐蝕速率比低碳鋼還高，因此也不易使用不鏽鋼。為解決這一難題，人們採用提高排煙溫度的方法，或採用玻璃管等非金屬材料管代替鋼管，然而這樣影響了熱效率，也增加了技術上的難度。
發明內容
本發明目的是研製開發一種耐硫酸露點腐蝕的低合金鋼，取代常用的20g低碳鋼或高合金鋼。
本發明耐硫酸露點腐蝕鋼的構成元素為C、Si、Mn、Cr、Cu、Sb、Ti與Fe。其化學成分(重量％)為C≤0.12％，Si0.20-0.40％，Mn0.35-0.65％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr0.70-1.10％，Cu0.25-0.45％，Sb0.04-0.10％，Ti0.03-0.07％，Fe餘量。
本發明ND鋼是通過電化學和表面技術研製開發出的一種低合金鋼。由於在腐蝕過程中ND鋼能在其表面形成一層緻密的高於基體幾倍富含Cr、Cu、Sb、Ti等元素的緻密鈍化膜，因而具有高的抗硫酸露點腐蝕的能力。試驗表明在70℃50％硫酸水溶液中，本發明ND鋼的抗均勻腐蝕的能力是20g低碳鋼的10倍，是304不鏽鋼的3倍，是日本同類鋼種CR1A的1.5倍。
本發明的ND鋼的生產工藝用超高功率電弧爐冶煉，偏心爐底出鋼，LF精煉爐精煉，VD真空脫氣爐脫氣，大方坯連鑄機連鑄，熱送連軋。
本發明ND鋼的性能力學性能本發明ND鋼的延伸率δ5≥25％，與20g低碳鋼相當，但抗拉強度σb390-550Mpa，屈服強度σs≥245 Mpa，比20g低碳鋼高。當溫度高於200℃時，20g低碳鋼的σs、σb明顯減小，然而本發明ND鋼的σs、σb幾乎沒有發生變化。
焊接性能本發明ND鋼具有良好的焊接性能，與其它鋼種如20g低碳鋼、16MnR低合金鋼也有良好的焊接性。表1是ND鋼焊縫和母材的力學性能比較，焊縫的力學性能幾乎與母材相同，取ND鋼焊縫和母材試樣在70℃下50％的硫酸溶液中浸泡6小時，母材的腐蝕速率是7.12mg/cm2h，而焊縫的腐蝕速度是3.04mg/cm2h。也就是說ND鋼焊條具有良好的可焊接性，同時焊縫耐蝕性也較高。這主要是因為焊條在焊接過程中有良好的元素過渡，保證了焊縫的化學成份和組織。
表1 本發明ND鋼母材和焊縫的力學性能
耐蝕性對大多數鋼而言，在70℃50％H2SO4水溶液中的腐蝕速率最大，因此在此條件下測定鋼的耐腐蝕性具有加速試驗的代表性。本發明ND鋼在70℃50％H2SO4水溶液中的腐蝕電位是-350mv，而A3鋼的是-400mv。本發明ND鋼從-200mv到+400mv範圍內存在一個鈍化區，而A3鋼始終處於活化狀態。特別是當鈍化膜在ND鋼表面形成時，只有較低的維鈍電流。
在70℃下50％H2SO4溶液中浸泡6小時後計算腐蝕速率，本發明ND鋼為7.3mg/cm2h，而A3鋼為103.5mg/cm2h，CRIA鋼為63.0mg/cm2h，20g低碳鋼為56.4mg/cm2h，Corten鋼為13.4mg/cm2h。因此與國內外其它鋼種相比較，本發明ND鋼具有較高的耐蝕性。試驗結果表明，本發明ND鋼不但具有高的抗硫酸露點腐蝕能力，而且在Cl-和Cl-+SO42環境中也具有很高的耐蝕性。
由於本發明ND鋼具有很高的耐蝕性，可廣泛應用於石油、化工、電力、冶金等行業，用來製造煤器、空氣預熱器、熱交換器、餘熱鍋爐、煙囪等。最成功的例子是用於製造煉油廠催化車間加熱爐的省煤器。以前省煤器採用20g低碳鋼製造，由於煤氣中含有SO2、SO3、CO2、H2S等有害氣體，該有害氣體各成分含量見表2，這些有害氣體使省煤器管不斷發生局部腐蝕導致洩漏，使用壽命不到2個月，其中最短的只有12天。換用本發明ND鋼後，省煤器連續運行了五年也未發生洩漏。
表2省煤氣煙氣成分
具體實施方式
按照本發明ND鋼的化學成分，採用超高功率電弧爐冶煉，偏心爐底出鋼，爐外精煉，真空脫氣，連續澆注，接著熱送連軋製備了三爐鋼。其具體化學成份見表3表3ND鋼的化學成份(重量％)
經試驗測得的三爐鋼的性能列於表4
表4ND鋼的性能
權利要求
1.一種耐硫酸露點腐蝕用低合金鋼，包括無縫鋼管板、鍛件及其專用焊材，其特徵在於其構成元素為C、Si、Mn、Cr、Cu、Sb、Ti與Fe。
2.根據權利要求1所述的耐硫酸露點腐蝕用低合金鋼，包括無縫鋼管、板、鍛件及其專用焊材，其特徵在於其化學成分(重量％)為C≤0.12％，Si0.20-0.40％，Mn0.35-0.65％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr0.70-1.10％，Cu0.25-0.45％，Sb0.04-0.10％，Ti0.03-0.07％，Fe餘量，其耐蝕性為在70℃50％H2SO4中的腐蝕速率≤13mg/cm2h。
3.根據權利要求1所述的耐硫酸露點腐蝕用低合金鋼，包括無縫鋼管、板、鍛件及其專用焊材的用途是製造石油、化工、電力、冶金用省煤器、熱交換器、空氣預熱器、餘熱鍋爐、煙囪等。
全文摘要
本發明提供一種耐硫酸露點腐蝕用低合金ND鋼，包括無縫鋼管、板、鍛件及其專用焊材。該鋼通過超高功率電爐冶煉、爐外精煉、真空脫氣、連鑄連軋工藝製造。由於ND鋼在腐蝕過程中能在其表面形成一層富含Cr、Cu、Sb、Ti等元素的緻密鈍化膜，因而具有很高的耐硫酸露點腐蝕能力。其在70℃50％H
文檔編號C22C38/60GK1490427SQ0313082
公開日2004年4月21日 申請日期2003年5月8日 優先權日2003年5月8日
發明者朱忠亞 申請人:朱忠亞