專利名稱：一種含Zr耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼板及其制造方法
一種含Zr耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼板及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含Zr耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
酸性氣體腐蝕是石油、化工、電力等行業(yè)中遇到的最普遍的一種侵蝕形式，對(duì)設(shè)備既可形成均勻腐蝕也可形成局部腐蝕。耐硫酸露點(diǎn)腐蝕一般出現(xiàn)在鍋爐預(yù)熱器和省煤氣設(shè)備，以及輸送管道和煙囪上。鍋爐所用的燃料如重油和煤中都含有大量的硫(S)，經(jīng)燃燒分解成二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3),在露點(diǎn)溫度與水蒸汽結(jié)合變成硫酸(H2SO4)由稀變濃對(duì)設(shè)備有強(qiáng)烈的腐蝕作用。SO2會(huì)導(dǎo)致金屬表面薄液膜的酸性化，它的存在能引起腐蝕產(chǎn)物自催化的加速作用。
耐硫酸露點(diǎn)腐蝕用鋼是一種既耐硫酸露點(diǎn)腐蝕又耐大氣腐蝕鋼種。耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼合金成分設(shè)計(jì)繼1933年誕生于美國(guó)的耐候鋼之后，對(duì)硫酸露點(diǎn)凝結(jié)現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)含有一定Cu、P、 Cr、Ni等合金元素的CORTEN鋼具有一定的耐蝕性，以此為開端將這種低合金鋼首次開始應(yīng)用于鍋爐的空氣預(yù)熱器。最初發(fā)現(xiàn)鋼中添加0.2% 0.5%的銅可以極大地提高鋼對(duì)各種濃度硫酸的耐蝕性，銅成為耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼的基本成分之一。
日本開發(fā)的耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼按照使用環(huán)境主要?jiǎng)澐譃閮深?(I)以0.2% 0.5% Cu,> 0010% S為基體，添加少量Sn和Sb元素，其化合物成為對(duì)氫發(fā)生反應(yīng)的抑制劑；(2)對(duì)于高溫、高濃度硫酸的第IV腐蝕環(huán)境，把和CORTEN鋼同系統(tǒng)的Cu、Cr或者Cu、Cr,Ni作為基礎(chǔ)開發(fā)的。如特公昭43-14585號(hào)公報(bào)所述，復(fù)合添加Cu、Sb具有耐硫酸露點(diǎn)腐蝕性能并得以應(yīng)用證實(shí)。
國(guó)內(nèi)對(duì)于耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼的研制和開發(fā)起步較晚，成分體系及使用標(biāo)準(zhǔn)一般借鑒日本的鋼種，其中典型的有寶鋼股份公司的B48 5NL、鞍鋼的I OCr I Cu，此外江陰特鋼的ND (09CuCrSb)鋼、濟(jì)鋼的12MnCuCr及寶鋼一鋼公司的NS耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼產(chǎn)品。
美國(guó)的CORTEN鋼以及國(guó)內(nèi)的寶鋼股份公司的B485NL、鞍鋼的IOCrlCu,濟(jì)鋼的12MnCuCr為Cr、Cu系鋼(公開號(hào):90101258.0)，但在Cr、Cu系成分設(shè)計(jì)中省略了耐硫酸露點(diǎn)良好的元素Sn和Sb，在酸性環(huán)境中其耐蝕性并不理想。
如上所述，所期望的在酸性氣體腐蝕環(huán)境具有良好的耐腐蝕性能和良好焊接性能的鋼板?，F(xiàn)在還沒有更適宜的生產(chǎn)技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種在酸性氣體腐蝕環(huán)境下具有良好的耐腐蝕性能和良好焊接性能的鋼板及其制造方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:該含Zr耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼板的組成成分重量百分比(Wt% )為:C:0.02% 0.15%, Si:0.15% 0.55%,Mn:0.50% 1.60%,P:彡 0.020%,S: ^ 0.020 %, Ni:0.08 % 0.30 %，Cu:0.20 % 0.60 %，Cr:0.30 % 1.50 %，Sb:0.04 % 0.30 %，Zr:0.0l % 0.05 %，Als:0.015 % 0.045 %，Nb:彡 0.07 %，T1:0.01% 0.05%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明在合金中加入Zr，Zr是一個(gè)強(qiáng)氧化物、強(qiáng)氮化物形成元素.其化合物不僅熔點(diǎn)高(如ZrO2熔點(diǎn)為2677°C，ZrN熔點(diǎn)為3255°C )，硬度也高，在鋼中可以抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，鋼中的鐵素體也是細(xì)晶鐵素體。晶粒細(xì)化可提高腐蝕的均勻性，特別是對(duì)耐局部腐蝕性有利。Zr的耐腐蝕性能還取決于它們的致密氧化膜ZrO2以及在腐蝕介質(zhì)中的鈍化行為，Zr的鈍化電位區(qū)小，有過鈍化現(xiàn)象，因而具有提高耐硫酸露點(diǎn)腐蝕能力；Zr元素可以有效促進(jìn)針狀鐵素體形成，顯著地提高焊縫的韌性。
本發(fā)明成分設(shè)計(jì)理由如下:
本發(fā)明的重要特點(diǎn)之一是C元素的選擇，碳含量最大不宜超過0.30 %，C元素是強(qiáng)化兀素，碳含量偏低將損害材料的強(qiáng)度，選擇碳含量在0.02% 0.15%。降低碳含量,一方面有利于提高韌性，同時(shí)可顯著改善鋼板焊接性能。
Si強(qiáng)化元素，固溶于鐵素體提高鋼的屈服強(qiáng)度，低于0.15%，會(huì)增加煉鋼工序成本。高于0.50%，在這種成分組合中易使板坯產(chǎn)生難以去除的再生鐵皮，影響成品鋼板的表面質(zhì)量。因此確定其范圍為0.15% 0.55%。
Mn主要溶于鐵素體起強(qiáng)化作用，提高鋼的淬透性，又是鋼中冶煉時(shí)必然存在的元素。根據(jù)要達(dá)到的強(qiáng)度級(jí)別水平確定其含量范圍，但低于0.15%對(duì)冶煉要求高，增加成本，含量太高時(shí)易引起偏析，因此確定其范圍為0.50 1.60%。
P易于導(dǎo)致偏析 ，對(duì)焊接性和成型性能不利。為保證焊接性和成型性能要求，本發(fā)明控制其低于0.020%。
S是有害元素，從力學(xué)性能上來(lái)說(shuō)，自然是越低越好，但過低會(huì)導(dǎo)致工序成本增加，本發(fā)明控制其低于0.020%。
Ni是貴金屬元素，提高淬透性元素，提高鋼的強(qiáng)度且不降低其韌性，其起到明顯耐腐蝕作用的范圍是1.0%以上，適當(dāng)加入這種元素主要還可防范板坯加熱時(shí)表面Cu裂現(xiàn)象。為控制成本，限定其范圍為0.08 0.30%。
Cu對(duì)于提高耐蝕性有良好效果，必要的含量是0.20 %，但是含量超過0.60 %，其作用達(dá)到飽和，因此限定其范圍為0.20% 0.60%。
Cr強(qiáng)烈提高淬透性元素，強(qiáng)碳化物形成元素，與Cu配合使用提高鋼的耐蝕性，必要的量是0.30%，因此限定其含量范圍為0.30 1.50%。
Sb改善耐蝕性有效元素，其在表面形成一層致密的高于基體幾倍的富含Sb、Zr、Cu、Cr等元素的致密氧化膜，因而具有高的抗硫酸露點(diǎn)腐蝕腐蝕能力；低于0.04%沒有效果，大于0.30%由于存在熱加工劣化傾向，因此其含量在0.04% 0.30%之間為宜。
Als傳統(tǒng)的固氮元素，形成AlN可以細(xì)化奧氏體晶粒，因此限定其含量范圍為0.015% 0.045%。
Zr強(qiáng)碳氮化物形成元素，形成ZrN、ZrC在均熱和再加熱過程中均可以阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化奧氏體晶粒，即使在高溫奧氏體再結(jié)晶區(qū)下形變也能獲得超細(xì)晶粒。還可控制硫化物的形態(tài)、提高橫向沖擊韌性，改善鋼材的焊接性能。納米級(jí)晶粒尺寸的腐蝕速率低于普通晶粒的腐蝕速率，隨著納米晶粒尺寸的減小腐蝕速率也降低。Zr耐腐蝕性能取決于它們的氧化膜Zr02，以及在腐蝕介質(zhì)中的鈍化行為。Zr的氧化物比Ti的氧化物形成能更低，亦即更能細(xì)化粗晶熱影響區(qū)的組織。Zr元素可以有效促進(jìn)針狀鐵素體形成，顯著地提高焊縫的韌性。Zr的含量范圍宜限定在0.010% 0.050%。
Ti強(qiáng)碳氮化物形成元素，形成TiN、TiC在均熱和再加熱過程中均可以阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化奧氏體晶粒。Ti含量范圍宜限定在0.010% 0.050%。
Nb熱軋時(shí)可以推遲奧氏體再結(jié)晶而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的，在隨后冷卻和熱軋過程中，NbCN彌散析出，起到析出強(qiáng)化作用，提高強(qiáng)度。在再加熱過程中，阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。由于Nb含量達(dá)到0.07%時(shí)細(xì)化晶粒作用達(dá)到飽和。所以限定其含量上限為0.07%。
本發(fā)明含Zr耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼板的制造方法包括冶煉和軋制，其特點(diǎn)是鋼坯的加熱溫度為1210±20°C，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和非再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行軋制，溫度過高能耗升高，鋼坯的氧化損失大；開軋溫度限定在1070°C以下，鋼的塑性好，強(qiáng)度低，易于軋制，坯頭尾不會(huì)因溫差而導(dǎo)致尺寸不良以及發(fā)生翹頭、瓢曲等形狀不良而影響下步工序的正常進(jìn)行；終軋溫度大于850°C，但終軋溫度高于950°C，晶粒細(xì)化不足，影響強(qiáng)化效果，低于850°C，軋機(jī)的負(fù)荷會(huì)增加，鋼板的橫縱向性能差異變大；軋制的最后道次壓下量> 30% ;在850 700°C兩相區(qū)進(jìn)行適當(dāng)噴水加速冷卻，冷卻速度為10 15°C /s，終冷溫度660 550°C，終冷溫度低于660°C，形成晶?；静婚L(zhǎng)大，但過低的溫度對(duì)于卷板而言，難于卷曲；軋后進(jìn)行空冷。
本發(fā)明鋼種在酸性氣體腐蝕環(huán)境下具有良好的耐腐蝕性能和良好的焊接性能，且制造工藝簡(jiǎn)單，該鋼種特別適用于石油、煤化工、電力等行業(yè)易出現(xiàn)酸性腐蝕的鍋爐預(yù)熱器和省煤氣設(shè)備，以及輸送管道和煙囪上。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)技術(shù)方案的組分配比，在實(shí)驗(yàn)室用80kg進(jìn)行冶煉與軋制。本發(fā)明鋼種的化學(xué)成分見表I。本發(fā)明實(shí)施例鋼的化學(xué)成分見表2。本發(fā)明實(shí)施例鋼的軋制工藝見表3。本發(fā)明實(shí)施例鋼的性能見表4。
表I本發(fā)明鋼種的化學(xué)成分(wt % )
權(quán)利要求
1.一種含Zr耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼板，其特征在于鋼板的組成成分重量百分比為:C:0.02% 0.15%，Si:0.15% 0.55%，Mn:0.50% 1.60%，P:彡 0.020%，S:彡 0.020%,Ni:0.08% 0.30%,Cu:0.20% 0.60%,Cr:0.30% 1.50%, Sb:0.04% 0.30%,Zr:0.01% 0.05%, Als:0.015% 0.045%, Nb..( 0.07%, Ti:0.01% 0.05%，余量為 Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求1所述含Zr耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼板的制造方法，包括冶煉和軋制，其特征在于鋼坯的加熱溫度為1210±20°C，軋制溫度1070 850°C，最后道次壓下量彡30%，兩相區(qū)加速 冷卻，冷卻速度 0 15°C /s，終冷溫度660 550°C，軋后空冷。
全文摘要
本發(fā)明提供一種含Zr耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼板及其制造方法，其成分C0.02％～0.15％，Si0.15％～0.55％，Mn0.50％～1.60％，P≤0.020％，S≤0.020％，Ni0.08％～0.30％，Cu0.20％～0.60％，Cr0.30％～1.50％，Sb0.04％～0.30％，Zr0.01％～0.05％，Als0.015％～0.045％，Nb≤0.07％，Ti0.01％～0.05％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其方法包括冶煉和軋制，其特點(diǎn)是鋼坯的加熱溫度1210±20℃，軋制溫度1070～850℃，最后道次壓下量≥30％，兩相區(qū)冷卻速度10～15℃/s，終冷溫度660～550℃，軋后空冷。本發(fā)明鋼種在酸性氣體腐蝕環(huán)境下具有良好的耐腐蝕性能和良好的焊接性能，且制造工藝簡(jiǎn)單，特別適用于石油、煤化工、電力等行業(yè)易出現(xiàn)酸性腐蝕的設(shè)備，以及輸送管道和煙囪上。
文檔編號(hào)C21D8/02GK103160753SQ20111041853
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者郭曉宏, 劉志偉, 王東明, 劉鳳蓮 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司