[发明专利]一种耐稀硫酸腐蚀的微合金化钢及其钢板/钢管的热处理方法

说明书

一种耐稀硫酸腐蚀的微合金化钢及其钢板/钢管的热处理方法，该钢化学成分质量百分比为：C：0.01～0.20％，Mn：0.2～0.70％，S：0.01～0.04％，P≤0.018％，Cu：0.10～0.40％，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素还须满足如下关系式：Mn/S≤24。该微合金化钢具有比20G、10^#、20^#等碳钢更优的耐稀硫酸腐蚀性，具体性能指标如下：在常规稀硫酸酸洗条件即60℃‑10.3wt％下的24h腐蚀率≤50g/m².h，屈服强度Rel≥250MPa，抗拉强度Rm≥350MPa，延伸率≥25％。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种耐稀硫酸腐蚀的微合金化钢及其钢板/钢管的热处理方法。

背景技术

首先，硫酸腐蚀机理随浓度不同而呈现为氧化腐蚀和电化学腐蚀，如高浓度的发烟硫酸表现为氧化性，碳钢可生成钝化膜而耐蚀，而稀硫酸表现为电化学腐蚀，不仅碳钢腐蚀严重，不锈钢也发生腐蚀；其次，硫酸腐蚀性也随温度而变化较大，且不呈线性关系，因此耐硫酸腐蚀选材尤其是材质开发一直是热点和难点。

石化厂、煤电厂、钢铁冶炼厂等常年产生烟气，其中含有大量的如SO₃、SO₂等酸性气体，SO₂在催化作用下进一步生成SO₃，继而形成硫酸腐蚀环境。另外，冶炼、化工等行业的众多碳钢制造设备在正常运行时为非酸环境，但常用稀硫酸酸洗除垢，即只有除垢时才遭受稀硫酸腐蚀。如碱法炼铝厂通常采用常规的碳钢制作换热器管束，酸洗除垢时经常造成管束泄露而失效，因此需要选用具备耐稀硫酸腐蚀性的材质。尽管可以采用高合金等材质升级方式应对上述环境的腐蚀问题，但高合金性价比差，上述行业总体还是倾向采用碳钢体系材质。现有耐硫酸腐蚀的低合金钢成分总体上主要依靠Cr、Cu、Sb、Mo、Al、Ni、Ti、V、B、Sn等合金化提高耐蚀性，而未发挥钢铁常用的热处理方法及其工艺实现组织优化，进而提高材质耐蚀性，即现有耐酸钢热处理主要着眼于改善机械性能等，而未兼顾同时使珠光体微小化达到耐稀硫酸腐蚀性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐稀硫酸腐蚀的微合金化钢及其钢板/钢管的热处理方法，该微合金化钢具有比20G、10^#、20^#等碳钢更优的耐稀硫酸腐蚀性，具体性能指标如下：在常规稀硫酸酸洗条件即60℃-10.3wt％下的24h腐蚀率≤50g/m².h，屈服强度Rel≥250MPa，抗拉强度Rm≥350MPa，延伸率≥25％，该钢种可用于稀硫酸腐蚀环境。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明总体发明构思是以微合金化为主导，并辅之于热处理来提高钢材料的耐稀硫酸腐蚀性。首先，本发明的耐稀硫酸腐蚀新材质属于微合金化钢体系，不需额外添加Cr、Mo、Ni、Ti、V等元素；本发明主要依赖微量的元素Cu、常规残留的元素S等以及Mn/S配比实现耐蚀性。其次，常规碳钢是铁素体+珠光体的两相组织，二者电位存在差异，而稀硫酸腐蚀是电化学腐蚀，因此两相组织对耐稀硫酸腐蚀是有害的。本发明通过热处理使珠光体消融转变成微小碳化物，可减少甚至消除腐蚀界面的电位差异，从而提高耐稀硫酸的电化学腐蚀性，即在兼顾改善机械性能的同时，热处理可进一步提高钢的耐稀硫酸腐蚀性。

具体的，一种耐稀硫酸腐蚀的微合金化钢，其化学成分质量百分比为：C：0.01～0.20％，Mn：0.2～0.70％，S：0.01-0.04％，P≤0.018％，Cu：0.10～0.40％，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素还须满足如下关系式：Mn/S≤24。

优选的，所述耐稀硫酸腐蚀的微合金化钢的化学成分中C含量为0.06～0.18％，以质量百分数计。

优选的，所述耐稀硫酸腐蚀的微合金化钢的化学成分中Mn含量为0.27～0.60％，以质量百分数计。