含鎳元素耐硫酸露點腐蝕鋼的開發與應用

張霞，王成建

（天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津300301）

含鎳元素耐硫酸露點腐蝕鋼的開發與應用

張霞，王成建

（天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津300301）

為滿足市場需求，通過制定合理的煉鋼、連鑄、軋鋼工藝流程，開發出含鎳元素耐硫酸露點腐蝕鋼。其表面質量良好、夾雜物控制級別低，通過添加鎳元素，降低了耐腐蝕鋼中銅元素在晶界處的富集，有效阻止了發生銅脆的可能性，保證了產品質量，能夠滿足生產要求。

耐硫酸露點腐蝕鋼；鎳；銅脆；開發

1　引言

耐硫酸露點腐蝕用鋼主要應用于高含硫煙氣中的省煤氣、空氣預熱器、熱交換器和蒸發器，以抵御含硫煙氣的結露腐蝕，提高了電力石化領域設備的使用壽命和生產效率，符合國家對企業節能減排、綠色生產的要求，具有良好的市場前景及開發價值。為加快企業轉型升級，改善產品結構，進一步提高高端產品比例，天鋼以市場需求為導向，成功開發了添加鎳元素的耐硫酸露點腐蝕鋼。與市場上的同類產品相比，由于其添加了鎳元素，有效地降低了銅元素在晶界的析出，因而產品具有更加優越的耐腐蝕性能和加工性能，充分滿足了市場對產品日益嚴格的要求。

2　鎳元素在鋼中的作用

在抗硫酸腐蝕性能鋼中Cu元素起著至關重要的作用，它在鋼材中起強化鐵素體的作用，同時它和鋼中的雜質元素硫結合，在鋼的表面形成Cu2S鈍化膜，起到了抗硫酸腐蝕的作用［1］。但在實際生產與加工中，含Cu鋼的銅脆現象是不可回避的問題。一方面，Cu元素的液化析出溫度為1 083℃，比鋼的熔點低很多，高溫下熔化的銅在鋼中沿晶界滲透擴散，嚴重時會使被加熱的鋼在鍛造時出現星形裂紋而報廢。另一方面，由于銅比鐵難氧化，當鋼中含銅量大于0.20%時，將鋼加熱到1 100～1 200℃，氧化性氣體與鋼坯發生氧化反應。隨著鋼坯表面氧化鐵皮的不斷形成，鋼坯表層的鐵含量逐漸降低，銅含量相對增加，直至超過其在鐵中的固溶度［2］。銅在鱗皮下富集，富集的銅易于沿晶界分布并擴散，富銅層晶界在1 100℃左右開始熔化即導致銅脆。

Ni元素的加入可以有效降低Cu元素在晶界的析出，最大限度地緩解Cu元素產生的銅脆現象。這是因為鎳元素可使鋼表面銅富集層變為熔點超過1 200℃的銅鎳富集層，產生熔點較高的銅鎳化合物，這種化合物分布在晶間區域，在高溫下不會熔化，因而避免鋼材產生銅脆缺陷，加入比例控制在Cu∶Ni=1∶1。

3　生產工藝實踐

加鎳鋼工藝流程為：高爐煉鐵→120 t復吹轉爐→120 tLF精煉→VD真空處理→方坯連鑄機→加熱→除鱗→粗、中軋→上冷床→定尺→檢驗→緩冷→成品收集、入庫。

3.1煉鋼工藝

3.1.1轉爐冶煉

應充分利用轉爐工序提供的有利條件進行脫磷操作，盡快形成高堿度、高氧化性、流動性良好的熔渣，避免后期溫度升高引起回磷。同時，為避免回磷，還應適當提高脫氧前的爐渣堿度，擋渣出鋼盡量避免下渣。除了要做好脫磷工作，還應控制終點碳含量。終點碳含量的控制與終點氧含量有密切的關系。鋼水中碳含量小于0.08%時，隨著碳含量的降低，鋼中氧含量迅速增加；而當終點鋼水碳含量大于0.08%時，鋼中氧含量可以控制在500×10-6以下，可有效提高鋼的潔凈度，降低鋼中夾雜物及有害元素的含量，從而提高鋼材的實物質量。因此，終點碳含量應控制在0.08%以上。

3.1.2LF精煉

LF精煉應提供高溫、高堿度的條件，促進脫硫反應的進行。根據鋼水情況分期分批加入精煉渣料和還原劑，盡快形成白渣，保證其堿度≥3，保證白渣精煉時間≥20min。采用全程底吹氬攪拌，加速鋼-渣之間物質傳遞，以利于鋼液脫氧和脫硫反應，并促進鋼液中夾雜物的去除，同時控制合適的吹氬強度，避免鋼液裸露。

3.1.3VD真空處理

耐腐蝕鋼對氣體含量要求較嚴格，因此為了更好地去除鋼水中的氣體，應控制高的真空度及真空度保持時間，根據實際情況控制真空度小于67 Pa，且保持時間不小于10min。增加軟吹氬時間可以促進鋼水內夾雜物的上浮，因此控制軟吹氬攪拌結束到連鑄開澆間隔時間大于10min。

3.2連鑄工藝

由于該鋼種含有較多的裂紋敏感元素，因此應加強二冷強度與鑄坯拉速的動態控制，采用比水量為1.00 L/kg的弱冷制度，采用目標拉速（2.2±0.2）m/min，以保證鑄坯表面質量。同時，連鑄應防止鋼液二次氧化，并采取各種措施促進夾雜物上浮［3］。防止二次氧化方面，從鋼包到中間包再到結晶器均采用保護澆鑄，注意保護套管的密封性；中間包使用雙層渣覆蓋以更好地隔絕空氣；結晶器內保護渣要保證均勻覆蓋，不得有局部透紅，保證渣層厚度，及時撈出渣條和渣圈。在促進夾雜物上浮方面，采用中間包吹氬改善鋼液流動狀況，并延長鋼液在中間包內的停留時間，促進夾雜物上浮；保證合理的浸入式水口開口形狀和角度，控制鑄流的運動，促進夾雜物的上浮分離；保證浸入式水口的插入深度，避免產生結晶器卷渣，影響夾雜物的上浮；采用結晶器電磁攪拌，促進夾雜物的上浮。

3.3軋鋼工藝

由于該鋼種含有裂紋敏感元素，在軋制工序需要嚴格控制加熱制度和除鱗制度。加熱制度采用低溫加熱制度，有效控制銅元素在鋼材表面的富集，減少鋼材銅析出造成的龜裂缺陷。預熱段溫度控制在730～820℃，加熱段溫度控制在1 000～1 050℃，均熱段溫度控制在1 050～1 080℃。除鱗壓力控制在不低于15.0 MPa，可有效去除氧化鐵皮，提高鋼材的表面質量。采用低溫軋制對于鋼材的低溫變形延展性非常不利，在軋制過程中采用大圓弧孔型系統，減少金屬變形阻礙，控制圓鋼表面折疊缺陷。鋼材中碳含量控制非常低，鋼材的硬度值偏小，對于鋼材的表面劃傷控制提出了嚴格要求，軋制前檢查更換導槽、輥道等生產線，控制表面劃傷。

4　實物質量情況

4.1表面質量

對產品表面進行HCl酸洗后，觀察表面有無裂紋。圖1為熱酸洗后的產品表面示意圖，從圖中可以看出，其表面質量良好，并無裂紋出現。

圖1　產品熱酸洗后表面情況示意圖

4.2內部質量

對產品的非金屬夾雜物進行評級，如表1所示。可以看出非金屬夾雜物級別都較低，均不超過1.0級，說明煉鋼連鑄工序對夾雜物的去除措施是有效的。

表1　夾雜物級別

4.3添加鎳元素的效果

圖2為未添加鎳元素時，耐硫酸腐蝕鋼晶界處的能譜分析，可以看出其中除了含有Fe、C、Si、Mn、O、Cr元素外，還含有Cu元素。

圖2　未添加鎳元素晶界能譜分析

圖3為添加鎳元素后，耐硫酸腐蝕鋼晶界處的能譜分析，可以看出其中只含有Fe、C、Si、Mn、O、Cr元素，而不含有Cu元素。這表明，添加鎳元素后，有效地降低了耐硫酸腐蝕鋼中Cu元素在晶界的析出，有效阻止了發生銅脆的可能性。

圖3　添加鎳元素晶界能譜分析

5　結論

通過制定合理的工藝流程以及對生產過程各流程的嚴格把控，得到了產品表面質量良好、夾雜物控制級別低的耐硫酸露點腐蝕用鋼。同時，通過添加鎳元素，降低了耐腐蝕鋼中銅元素在晶界處的富集，有效阻止了發生銅脆的可能性，為產品后續加工提供了良好的質量保證，滿足了市場對產品日益嚴格的要求。

［1］蔡昊.09CrCuSb鋼在鍋爐制造中的應用［J］.工業鍋爐，2005（5）：23-25.

［2］李娜.銅在鋼中的作用綜述［J］.遼寧科技大學學報，2011，34（2）：157-158.

［3］朱苗勇.現代冶金學［M］.北京：冶金工業出版社，2005.

Development and App lication of Sulfuric Acid Dew Point Corrosion Resistant Nickeliferous Steel

ZHANG Xia and WANG Cheng-jian
（Technology Center of Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China）

In order to fulfillmarket demand，sulfuric acid dew point corrosion resistant nickeliferous steel was developed by formulating reasonable steel-making，casting and rolling processes.Its surface quality was good and inclusion level low.With the addition of nickel element，the enrichment of copper at grain boundary for corrosion resistant steelwas reduced，which effectively prevented the possibility of copper brittleness.The productquality was ensured and production requirement could bemet.

sulfuric acid dew point corrosion resistant steel；nickel；copper brittleness；development

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.04.004

2016-03-07

2016-04-07

張霞（1985—），女，山西人，碩士，主要從事產品開發方面的研究工作。