耐硫酸腐蝕性優良的鋼及其製造方法
2023-06-12 09:03:11 1
專利名稱：耐硫酸腐蝕性優良的鋼及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有耐硫酸腐蝕性的鋼及其製造方法，所述鋼被用作發電廠鍋爐中的管道、空氣預熱器、鍋爐管和它們的組成部件的材料，更具體地說，涉及一種具有耐硫酸腐蝕性的鋼及其製造方法，所述鋼能夠在低溫度-硫酸濃度區域中通過提高耐硫酸腐蝕性來延長設備的壽命。
背景技術：
當燃燒含硫燃料時，在廢氣中形成SOX，然後SOX與廢氣中的水分發生化學反應而形成硫酸。當廢氣被冷卻到硫酸的露點(大約160℃)時，硫酸冷凝到在鋼的表面上，因此鋼被冷凝後的硫酸嚴重地腐蝕。火電廠的設備中在200℃或200℃以下的低溫範圍下使用的材料要求具有優良的特性(例如耐硫酸腐蝕性)，而且當所述材料的力學性能滿足傳統低合金鋼的要求時，所述材料可被用於傳統的低合金鋼。然而，在200℃或200℃以上的溫度下工作的鍋爐管道或空氣預熱器，除了要求耐硫酸腐蝕性優良之外，還要求優良的高溫拉伸性能。
通常，已經開發了通過向鋼中添加銅(Cu)和其它耐腐蝕合金的組合確保耐腐蝕性的各種鋼，本領域公知的典型技術包括第2001-010931號、第2003-0047470號和第2003-0047469號韓國專利特許公開，以及第2002-327236號日本專利特許公開。
第2001-010931號韓國專利特許公開披露了一種通過添加Cu-Co複合物來提高耐硫酸腐蝕性的技術。第2003-0047470號韓國專利特許公開披露了一種通過分別將Cr和Ni添加到Cu-Co鋼中來提高耐腐蝕性並改善表面缺陷的技術，第2003-0047469號韓國專利特許公開披露了一種通過將Nb添加到Cu-Co鋼中來確保強度的技術。在上面的公開中，Cu-Co鋼體系具有提高了的耐硫酸腐蝕性，但是該體系要求在低溫低濃度條件下的耐硫酸腐蝕性，因此仍然要進一步改善Cu-Co鋼體系的物理性能。另外，Cu-Co鋼體系中的組分的力學性能不足以應用到高溫環境，這使其難以安裝在鍋爐管道、空氣預熱器等中。
第2002-327236號日本專利特許公開披露了一種通過將諸如Cu-Cr-(Ti、Nb、V、Mo、W等)的合金組分添加到鋼來使力學性能適於應用在高溫下的鋼，但是該鋼的問題在於在低溫度-硫酸濃度範圍內的耐腐蝕特性劣化。
發明內容
技術問題 本發明的一方面提供了一種鋼，所述鋼在低溫-低濃度範圍下具有更加提高了的耐硫酸腐蝕性和優良的強度。
本發明的另一方面提供了一種高溫高強度鋼及其製造方法，所述鋼在從室溫到500℃的溫度範圍下具有優良的力學性能。
技術方案 根據本發明的一方面，提供一種在低溫-低濃度範圍下具有優良的耐硫酸腐蝕性的鋼，所述鋼按重量計包括以下組分C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，餘量為Fe和其它不可避免的雜質。
根據本發明的另一方面，提供一種具有耐硫酸腐蝕性的高溫高強度鋼，所述鋼按重量計包括以下組分C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，餘量為Fe和其它不可避免的雜質，其中，所述鋼具有從由針狀鐵素體、貝氏體鐵素體和貝氏體的低溫結構組成的組中選擇的至少一種。
根據本發明的又一方面，提供一種用於製造具有耐硫酸腐蝕性的高溫高強度鋼的方法，所述方法包括以下步驟對按重量計包括以下組分的鋼進行熱軋C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，餘量為Fe和其它不可避免的雜質；加速冷卻鋼；在500℃至660℃的溫度下卷取鋼，使得所述鋼可具有低溫結構。
在根據本發明的鋼中，Mn的含量可以在按重量計1.51％到2.0％的範圍內。另外，根據本發明的具有耐硫酸腐蝕性的高溫高強度鋼還可包含釩(V)。
根據本發明的具有耐硫酸腐蝕性的高溫高強度鋼可包含按重量計為20％或更多的從由針狀鐵素體、貝氏體鐵素體和貝氏體組成的組中選擇的至少一種低溫結構。
對於根據本發明的鋼，優選地，諸如Mn、Cr、Ni和Nb的組分滿足下式。
有益效果 根據本發明的鋼可用於提高在低溫度-硫酸濃度範圍下的耐腐蝕性，還可提高在室溫和高溫下的強度。
圖1和圖2是示出根據本發明的一個示例性實施例的發明的鋼的根據卷取溫度的微結構的照片。這裡，在圖1的情況下，在高溫下卷取發明的鋼；在圖2的情況下，在低溫下卷取發明的鋼。
具體實施例方式 在下文中，將參照附圖詳細描述本發明的示例性實施例。
為了提高在鋼易於腐蝕的低溫度-硫酸濃度範圍下諸如耐腐蝕性和強度的物理性能，在用於製備Cu-Co組分體系中的最適宜組成的研究過程中設計了本發明。對於本發明，在Cu-Co組分體系中添加增加後的含量為按重量計大約2.0％的Mn，以提高具有耐硫酸腐蝕性的鋼的強度性能。為了防止由於添加Mn而使耐腐蝕性降低，在添加Nb的同時，將Ni的上限調節為按重量計0.1％或更低，並將Cr的含量調節為按重量計0.1％至1.0％。與含有本領域公知的Cu-Co組分體系的具有耐硫酸腐蝕性的鋼不同，通過統計地控制諸如Mn、Nb、Cr和Ni的組分的含量，根據本發明的鋼具有改善了的物理性能，例如，在低溫度-硫酸濃度範圍下的耐腐蝕性和強度。為了解決關於由在Cu-Co組分體系中添加Cu而造成的表面缺陷的問題，需要添加含量為按重量計0.1％或更多的Ni，然而，在根據本發明的添加Nb-Cr的鋼中不出現表面缺陷，而且當添加含量為按重量計0％至1.0％的Ni時，添加Nb-Cr的鋼的耐腐蝕性提高。
另外，本發明的特徵還在於當設計為包含上述組分的鋼經過加速冷卻和低溫卷取工藝時，所述鋼具有進一步提高的在高溫下的強度。也就是說，沉澱強化效應和低溫結構的形成使得根據本發明的鋼提高了在高溫下的強度。
優選地，碳(C)的含量為按重量計0.15％或更低。
當碳(C)的含量超過按重量計0.15％時，耐硫酸腐蝕性和焊接特性會劣化，這導致在本發明中使用的設備的壽命縮短，並增加了產生缺陷的可能性。因此，優選地，以按重量計0.15％或更低的含量添加碳(C)。
優選地，矽(Si)的含量為按重量計1.0％或更低。
矽(Si)是主要添加的用來提高鋼的強度的元素。然而，當矽(Si)的含量超過按重量計1.0％時，鋼在低溫度-硫酸濃度範圍下的耐腐蝕性會劣化。因此，優選地，以按重量計1.0％或更低的含量添加矽(Si)。
優選地，錳(Mn)的含量為按重量計2.0％或更低。
通常添加錳(Mn)用來防止由溶解硫(S)導致的熱脆性，這是通過使傳統鋼中的溶解硫(S)以硫化錳的形式沉澱來實現的。在本發明的情況下，還添加錳(Mn)用來防止熱脆性並提高在室溫和高溫下的鋼強度。當錳(Mn)的含量超過按重量計2.0％時，相對於強度提高效果而言耐硫酸腐蝕性劣化。因此，優選地，錳(Mn)的含量上限被調節為按重量計2.0％。為了提高在室溫和高溫下的強度，優選地，將錳(Mn)的含量調節到按重量計1.51％至2.0％的範圍。當錳(Mn)的含量在上述範圍內時，可提高鋼的強度而不使鋼的韌性劣化。當然，可以適當地選擇錳(Mn)的含量以獲得期望的強度，如果需要的話，錳(Mn)的含量可以在按重量計0.5％至1.50％的範圍內。
優選地，硫(S)的含量為按重量計0.03％或更低。
優選地，以儘可能低的含量添加硫(S)。當硫(S)的含量超過按重量計0.03％時，產生缺陷的可能性會由於熱脆性而增大。因此，優選地，將硫(S)的含量上限調節為按重量計0.03％。
優選地，磷(P)的含量為按重量計0.02％或更低。
當磷(P)的含量超過按重量計0.02％時，可期望提高鋼的強度，但耐硫酸腐蝕性會大大降低。因此，優選地，將磷(P)的含量上限調節為按重量計0.02％。
優選地，鋁(Al)的含量為按重量計0.01％至0.1％。
鋁(Al)是為了在精煉工藝中脫氧的目的而添加的元素。當鋁(Al)的含量少於按重量計0.01％時，脫氧效果差，而當鋁(Al)的含量超過0.1％時，由於Al的氧化物增多而導致在鋼表面產生缺陷的可能性增加。
優選地，銅(Cu)的含量為按重量計0.2％至1.0％。
銅(Cu)是考慮到耐硫酸腐蝕性而必然要添加的元素。這裡，銅(Cu)的含量應該超過按重量計0.2％，以表現出高耐腐蝕特性。當銅(Cu)的含量超過按重量計1.0％時，相對於添加的銅的量的增加，耐腐蝕性提高得很少。因此，優選地，將銅(Cu)的含量的上限限制為按重量計1.0％。
優選地，鈷(Co)的含量為按重量計0.02％至0.1％。
除了銅(Cu)以外，鈷(Co)也是一種耐硫酸腐蝕鋼的典型元素。與單獨使用鈷(Co)的時候相比，當鈷(Co)與銅(Cu)一同添加時，能保證非常好的耐腐蝕性。當鈷(Co)的含量少於按重量計0.02％時，其添加效果差。相反，當鈷(Co)的含量超過按重量計0.1％時，相對於添加的鈷(Co)的量，耐腐蝕性提高得很少，且製造成本非常高。
優選地，鉻(Cr)的含量為按重量計0.1％至1.0％。
添加鉻(Cr)，以通過在高溫下在鋼的表面形成Cr基氧化物來提高鋼的耐腐蝕性。這裡，當添加的鉻(Cr)的含量少於按重量計0.1％時，難以在鋼的表面形成保護膜。隨著添加的鉻(Cr)的量增加，保護膜的形成更加容易，這就帶來提高了的保護效果。然而，當鉻(Cr)的含量超過按重量計1.0％時，過多的鉻(Cr)幾乎不影響保護效果。
優選地，鎳(Ni)的含量為按重量計0.1％或更低。
鎳(Ni)是強烈抑制耐硫酸腐蝕性的元素，但在以往添加鎳(Ni)是為了防止在含銅鋼的連鑄或熱軋工藝中會引起的表面缺陷。然而，當添加含量為按重量計0.1％或更少的鎳(Ni)時，鋼同時具有平滑表面和提高了的耐腐蝕性。另外，製造成本也會降低。
優選地，鈮(Nb)的含量為按重量計0.02％至0.1％。
由於鈮(Nb)沉澱為精細的NbC，所以鈮(Nb)是對提高鋼在室溫和高溫下的強度做出很大貢獻的元素。應當添加含量為按重量計0.02％或更高的鈮(Nb)，以保證鋼的期望強度。在這種情況下，鋼的強度隨著鈮(Nb)的量增大而提高。然而，當添加的鈮(Nb)的量超過按重量計0.1％時，鋼的延性大大劣化，並且還由於缺少溶解的碳(C)而難以期望鈮(Nb)沉澱為NbC。因此，優選地，將鈮(Nb)的含量上限限制為按重量計0.1％。與其它合金組分相比，由於鈮(Nb)起著有效地提高鋼的強度的作用而不降低鋼的耐腐蝕性，所以鈮(Nb)最適宜。
如果需要，另外的合金組分可被添加到符合上述組分的要求的鋼中。作為所述另外的合金組分的典型示例，可添加釩(V)以提高鋼的強度。
優選地，釩(V)的含量為按重量計0.02％至0.1％。
當添加含量為按重量計0.02％或更低的釩(V)時，鋼的強度提高得很少，而當釩(V)的含量超過按重量計0.1％時，鋼的耐腐蝕性會劣化。
符合關於上述組分體系要求的鋼可具有多邊形鐵素體的結構。在這種情況下，鋼在低溫和低硫酸濃度範圍內的耐腐蝕性提高，且具有優良的強度性能。另外，當通過加速冷卻工藝製造具有低溫結構的鋼時，鋼具有進一步改善了的高溫拉伸性質。對於本發明，所述低溫結構包括從由針狀鐵素體、貝氏體鐵素體和貝氏體組成的組中選擇的至少一種。最優選地，所述低溫結構在鋼中以20％至100％的比率存在。
對於根據本發明的符合關於組分體系要求的鋼，當根據下式(如下所示)對諸如Mn、Nb、Ni和Cr的組分進行統計學的控制時，鋼的物理性能(例如耐腐蝕性和強度)最佳。然而，本發明不特別限制於此。
下面，將詳細描述根據本發明的製造鋼的方法。
根據本發明，包含上述組成的鋼可根據一種本領域公知的傳統方法來再加熱並且熱軋，以製備熱軋鋼，或者再將熱軋鋼進行冷軋，以製備冷軋鋼。
根據本發明的鋼可具有多邊形鐵素體的結構。在這種情況下，鋼在低溫和低硫酸濃度範圍內的耐腐蝕性提高，且具有優良的強度性能。另外，當通過加速冷卻工藝製造包括低溫結構的鋼時，鋼具有進一步提高了的高溫拉伸性質。對於本發明，所述低溫結構包括從由針狀鐵素體、貝氏體鐵素體和貝氏體組成的組中選擇的至少一種。
具有多邊形鐵素體結構的鋼不是根據一種特殊方法來製造，而是根據一種本領域公知的傳統方法來製造。也就是說，加速冷卻工藝和低溫卷取工藝不應用到根據本發明的鋼的製造中。因此，根據本發明，將基於加速冷卻工藝來更詳細地描述製造包括低溫結構的鋼的方法。
首先，對符合關於根據本發明的組分體系要求的鋼進行熱軋、加速冷卻，然後在500℃至660℃的溫度下卷取。設置這些製造條件以獲得低溫結構。以30℃/s或更快的平均冷卻速率，更優選地以30℃/s至50℃/s的平均冷卻速率，執行優選的加速冷卻工藝。對於本發明，當可以在上述卷取溫度下獲得低溫結構時，加速冷卻條件是足夠的，並且本發明不特別限於上述加速冷卻速率。
最佳實施方式 在下文中，將更詳細地描述本發明的示例性實施例。
[實施例] 通過使符合如下面的表1中所列的組成要求的組分溶解(dissolving)來製備鋼錠，在加熱爐中將鋼錠在1250℃下再加熱1小時，然後進行熱軋。熱軋精軋溫度設置為870℃至890℃的溫度範圍，並將組成物的卷取溫度設置為560℃和660℃的兩個溫度範圍，考慮到大多數客戶的期望厚度，熱軋鋼板的精軋厚度設置為6.0mm的厚度範圍。將熱軋測試樣本在70℃下浸在50％硫酸溶液中3個小時，然後測量低溫-低濃度條件下的耐硫酸腐蝕性。另外，通過在室溫/高溫(500℃)下執行拉伸測試來評價熱軋測試樣本的力學性能。在下面的表2中列出了結果。當在高溫下執行拉伸測試時，拉伸樣品被加熱到期望的溫度並保持30分鐘，以使溫度差異最小化。在如表1所列的A1至A12鋼種中，鋁(A1)以0.03％的含量存在。
表1
表2
如表2所列，表明雖然在加速冷卻工藝中在低溫下卷取根據本發明的符合關於組分體系要求的諸如A4、A7、A8、A9、A10、A11和A12的鋼種，但這些鋼種具有期望的結構。具體地說，當在加速冷卻工藝中在低溫下卷取這些鋼時，這些鋼在室溫和高溫下的強度大大增強。圖1示出了當在高溫下卷取然後在加速冷卻工藝中在低溫下卷取A4鋼時A4鋼的微結構的變化。如圖1B所示，表明低溫結構分布在整個A4鋼中。
A2鋼是添加了Ti的鋼，並具有令人滿意水平的低溫結構，但是A2鋼的耐硫酸腐蝕性弱。因此，考慮到Ti對耐腐蝕性的影響，Ti不是最佳的合金元素。另外，表明A5鋼是添加P的鋼，A5鋼在強度提高方面具有滿意的效果，但是對耐腐蝕性是不利的。
權利要求
1、一種具有優良的耐硫酸腐蝕性的鋼，所述鋼按重量計包括以下組分C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％；餘量為Fe和其它不可避免的雜質。
2、如權利要求1所述的鋼，其中，組分Mn、Cr、Ni和Nb的重量百分比滿足下式
3、一種具有優良的耐硫酸腐蝕性的鋼，所述鋼按重量計包括以下成分C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，餘量為Fe和其它不可避免的雜質，其中，所述鋼包括從由針狀鐵素體、貝氏體鐵素體和貝氏體組成的組中選擇的至少一種低溫結構。
4、如權利要求1和3所述的鋼，其中，Mn的含量在按重量計1.51％至2.0％的範圍內。
5、如權利要求1和3所述的鋼，其中，Mn的含量在按重量計0.5％至1.50％的範圍內。
6、如權利要求1和3所述的鋼，其中，在具有耐硫酸腐蝕性的鋼中，釩以按重量計0.02％至0.1％的含量存在。
7、如權利要求3所述的鋼，其中，從由針狀鐵素體、貝氏體鐵素體和貝氏體組成的組中選擇的所述至少一種低溫結構以按重量計為20％或更高的含量存在。
8、一種製造具有優良的耐硫酸腐蝕性的鋼的方法，所述方法包括以下步驟
對按重量計包括以下組分的鋼進行熱軋C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，餘量為Fe和其它不可避免的雜質；
加速冷卻鋼；
在500℃至660℃的溫度下卷取鋼，使得所述鋼具有低溫結構。
9、如權利要求8所述的方法，其中，以30℃/s至50℃/s的平均冷卻速率來執行加速冷卻步驟。
10、如權利要求8所述的方法，其中，Mn的含量在按重量計1.51％至2.0％的範圍內。
11、如權利要求8所述的方法，其中，Mn的含量在按重量計0.5％至1.50％的範圍內。
12、如權利要求8所述的方法，其中，在具有耐硫酸腐蝕性的鋼中，釩以0.02％至0.1％的含量存在。
全文摘要
本發明提供了一種對冷凝後的硫酸具有優良的耐腐蝕性的鋼及其製造方法。具有優良的耐硫酸腐蝕性的鋼按重量計包括以下組分C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，餘量為Fe和其它不可避免的雜質。因此，所述鋼可具有多邊形鐵素體，或者具有從由針狀鐵素體、貝氏體鐵素體和貝氏體的低溫結構組成的組中選擇的至少一種。另外，包含低溫結構的鋼表現出在從室溫到5000C的寬溫度範圍中的優良的力學性能。
文檔編號C22C38/04GK101542006SQ200780043175
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月20日 優先權日2006年11月21日
發明者李秀姬, 鄭琪朝, 金教星, 金在翼, 金聖煥 申請人:Posco公司