新型抗低溫露點腐蝕用ND鋼管的開發

2014-12-28 12:03:26胡才望吳冬梅

鋼管 2014年5期

胡才望，徐敏，吳娜，吳冬梅，李淼

（江陰市無縫鋼管總廠，江蘇江陰 214442）

ND鋼即指09CrCuSb耐硫酸低溫露點腐蝕用鋼，被廣泛應用于制造在高含硫煙氣中服役的省煤器、空氣預熱器等以抵御含硫煙氣結露點腐蝕。目前，石油煉化企業及各電站鍋爐省煤器、空氣熱交換器所使用的鋼管也逐步被ND鋼管所代替。由于原ND鋼的化學成分設計及冶金工藝的缺點，其鋼管的耐腐蝕性能達不到理想要求，因此江陰市無縫鋼管總廠從2009年開始，在原ND鋼的基礎上，進一步研究開發出一種新型抗低溫露點腐蝕用ND鋼管（簡稱新型ND鋼管），以下將詳細介紹。

1 ND鋼管的生產要求

ND鋼的使用環境相當苛刻。在省煤器和空氣熱交換器中的ND鋼管，熱面是含有SO2及SO3的酸性氣體，冷面則是低溫的空氣或水。特別是當鋼管帶有裂紋或焊口未焊透時，冷水噴出與煙氣中的SO2、SO3形成高溫低濃度的硫酸腐蝕，對壁厚只有2～4 mm的ND鋼管只需10余天就會穿透；所以，不僅要保證ND鋼具有合格的化學成分和耐腐蝕性，還要確保ND鋼管無裂紋或超標缺陷。

在省煤器和空氣熱交換器的制造中，存在很多焊接點，因此對焊條的化學成分有一定要求，考慮到高溫焊接時部分化學成分元素的燒損，一般用化學成分略高于ND鋼管的焊條，焊接后要對焊口進行100%X光拍片檢查，確保焊接質量。

2 ND鋼管的生產工藝流程及關鍵點

新型ND鋼管的生產流程：鐵水深脫S、P→煉鋼→爐外精煉（LF）→真空脫氣（VD）→喂絲→弧形連鑄→緩冷→軋制管坯→管坯酸洗→斷料穿孔→精軋或冷拔→熱處理（正火）→檢驗、探傷→包裝入庫。

煉鋼及澆鑄的關鍵點如下：①采用夾雜物含量低的優質廢鋼加深脫S、P鐵水，電爐冶煉時應合理配入生鐵、海綿鐵和優質廢鋼。②為了保證新型ND鋼管的抗腐蝕性能，生產過程中必須嚴格控制S含量。③控制好電爐下渣量，電爐渣中P含量是減少鋼水回磷量的關鍵。④因氧化末期C含量較低，鋼水氧化嚴重，出鋼前應定氧并加入適量的脫氧劑使鋼水充分脫氧。在LF爐外精煉時喂入Al線確保Al的含量，經LF精煉后的鋼水必須進行VD真空脫氣處理，喂入一定的Si-Ca絲對鋼中Al2O3夾雜物球化處理，通入Ar氣使鋼水上下翻動（LF和VD精煉時以剛好破渣為宜），確保合金均勻及氣體的溢出。⑤采用弧形連鑄+Ar氣保護+電磁攪拌鑄成方坯，嚴格控制拉坯頻率、拉坯速度、冷卻水量和進出水溫度。⑥由于新型ND鋼需深度脫碳以及確保鋼坯內部氫氣的溢出，以改善鋼坯內外表面質量，因此連鑄方坯要采用堆放進行緩冷［1］。

3 新型ND鋼管熱處理工藝及耐腐蝕試驗

對軋制好的新型ND鋼管進行正火熱處理，為選取合適的正火溫度，進行了以下試驗。

首先通過計算，得到新型ND鋼的AC3溫度大約為860℃，由于正火溫度一般采用AC3線或Acm線上 30～50 ℃［3］，因此選取 860 ℃、880 ℃、900℃、930℃等4種不同的正火溫度，在箱式電爐中對Φ42 mm×3 mm新型ND鋼管進行正火，保溫時間為20 min。

正火后，分別在成品鋼管上取10 mm管段試樣，將試樣內外表面氧化鐵皮清除干凈，測量并計算試樣的全表面積；按試樣全表面積配制50%濃度的H2SO4溶液，溶液配制量不少于20 mL/cm2，水和硫酸的配比按質量配制（采購標稱為95%～98%的硫酸分析純或優質純）；試樣稱重后放入配制好的溶液中，并放入70℃±2℃的恒溫箱內浸泡24 h后取出，沖洗干凈，測量腐蝕后試樣的質量，最后計算出試樣腐蝕速率［2］。

Φ42 mm×3 mm新型ND鋼管正火后的腐蝕試驗統計結果見表1。從表1可以看出：正火溫度為880℃時，新型ND鋼管的晶粒度為9級，腐蝕速率最低，平均只有 4.36 mg/（cm2·h）。故生產選用880℃對新型ND鋼管進行正火處理，并制定出熱處理工藝制度，具體見表2。

表1 Φ42 mm×3 mm新型ND鋼管正火后的腐蝕試驗統計結果

根據可查資料顯示：從日本引進的同類鋼種的腐蝕速率為 13.4 mg/（cm2·h），我國同行業 ND鋼管的腐蝕速率為7.3 mg/（cm2·h），并一直保持在這一水平［4］。研發的新型ND鋼管的腐蝕速率為4.0～5.0 mg/（cm2·h）（表 1），達到并超過國際先進水平。

4 新型ND鋼管的性能

新型ND鋼管與原ND鋼管的化學成分對比見表3。在實際生產中，為了保證ND鋼的耐腐蝕性能，對其化學元素含量必須嚴格控制，如w（C）必須小于 0.10%，w（Sb）≤0.15%，w（Ni） ∧0.10%，w（Mo） ∧0.10%，w（P）≤0.15%和 w（S）≤0.005%，同時還要求Cr、Cu、Sb、Ti元素在鋼中的均勻性。需要指出的是：并不是合金元素含量越高耐腐蝕性越強，耐腐蝕性能主要取決于各合金元素的配比，任何合金成分中元素的偏析都將使ND鋼的耐腐蝕性能受到影響。應通過嚴格控制合金成分以及冶金工藝，使合金元素達到均勻化、耐腐蝕的目的。新型ND鋼管金相組織為鐵素體+珠光體，晶粒度為9級，如圖1所示，其力學性能見表4。