[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢铁行业中的低合金结构钢领域，特别是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。

背景技术

目前能源问题变得越来越严重，随着石油和煤的大量开采，特别高硫油田和煤矿的开采，燃料中硫含量越来越高，从而导致燃烧或热交换系统设备遭受严重的腐蚀，特别是在冷却过程中发生露点腐蚀。例如在20g低碳钢制造的省煤器，因为腐蚀而运行不到一个周期。如果排烟温度略有降低或硫含量稍有升高，就会引起省煤器管很快泄漏。在这种环境下不锈钢的腐蚀速率比碳钢还高，因此也不易使用不锈钢。为解决这一难题，人们采用提高排烟温度的方法，或采用玻璃管等非金属材料代替钢管，然而这样影响了热效率，也增加了技术上的难度。

现有《耐硫酸露点腐蚀无缝钢管用低合金钢----09CrCuSb(ND钢)》专利，尽管钢管在耐腐蚀性能方面有所提高，但是由于该钢种化学成分的设计以及生产工艺决定了，该钢种耐腐蚀性能不高，并且该钢种在实际生产时，炼钢、连铸、轧钢生产难度很大，成本很高，钢材表面经常出现严重三角口裂纹和树皮状裂纹，连铸坯需要在线采用火焰清理（连铸坯四个面需要火焰清理掉约3～5cm）,轧材需要采用多道次的剥皮处理，才能保证钢材的表面质量，因此该钢种的成材率只有80～90%，生产成本很高。不具备钢坯火焰清理和钢材剥皮设备的厂家，不能够生产该钢种。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中，耐硫酸露点腐蚀钢材料的生产难度大、成本很高，工序复杂。

为解决这一技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种低成本耐硫酸露点腐蚀用低合金钢（ZNH钢），该低合金钢构成元素为C、Si、Mn、Cr、Cu、Sb、Ni、Ti、AL、S、P与Fe，上述化学成分按重量百分比计为：

C：是强化钢的有效元素，随着C含量的增加，钢的强度和硬度提高，但钢的塑性、韧性、耐候、焊接性随之降低，并且钢的碳含量在0.07—0.17%时，为包晶钢，特别是钢中加入Cu、Sb、S等低熔点，并容易在晶界析出的元素，钢坯表面容易出现纵向裂纹，连铸生产难度加大，所以限定C含量为≤0.07%。

Si：在钢中能溶入铁素体，能提高合金钢的强度和硬度，降低钢的塑性和韧性。Si是炼钢过程中不可缺少的脱氧剂，对堆积在钢表面的腐蚀生成物的组成、结构给予影响，起着容易剥离锈层的作用，可以说硅对耐硫酸腐蚀性不利。因此，Si的含量必须抑制在可达到的低水平，Si的极低化与C的极低化一并进行的场合，能带来显著的协同效果。

Cu：是耐候钢中对提高耐大气腐蚀性能最主要的、最普遍使用的合金元素，Cu与其他元素（如Cr）复合使用时耐大气腐蚀性能更好。Cu质量含量为0.25％时，已能使钢具有良好的耐候性能，含量超过0.30%时，耐蚀性能提高得缓慢，继续增加Cu效果不大。同时含Cu钢有热加工敏感性问题，易产生网状裂纹。Cu在铁素体内的溶解度约0.13％，高于该含量的Cu在铸坯凝固过程中会在晶界析出，形成低熔点化合物，导致热脆。因此为提高耐大气腐蚀性能，同时又防止钢材产生裂纹，Cu含量设计为0.25～0.45%。

Ni：含Cu钢在热加工时，由于表面选择性氧化的原因，在钢坯表层形成富Cu相。由于钢坯的加热温度均高于Cu的熔点（1083℃），富Cu相中便出现了部分液相，使得液态富Cu相沿奥氏体晶界浸入。在钢中加入Ni元素，能够和铜在钢中能形成一种熔点较高的铜合金，降低了含Cu、Sb钢的裂纹敏感性，可用于防止Cu、Sb所导致的热加工性劣化，但含量过高时存在耐蚀性劣化的倾向。因此设计Ni含量为0.10～0.45％。

Ti：是形成析出物对强韧化有效的元素，且能细化晶粒，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。但含量过高时存在耐蚀性劣化的倾向。Ti可与Cu形成无限固溶、高韧性晶间强化质点，减少裂纹的发生。因此设计Ti含量为0.06～0.10％。

S：易与钢中的Cu结合促使钢的表面形成Cu2S钝化膜，从而抑制阳极反应和阴极的电化学反应，缓解硫酸露点腐蚀。如果含S量不足，就不能形成Cu₂S表面膜，Cu只是堆积在表面，增大了阳极面积，反而加速腐蚀。所以对耐硫酸露点腐蚀用钢而言，要有一定量的S存在,所以S元素范围确定为0.035-0.055%。