[发明专利]一种低合金耐硫酸露点腐蚀钢

说明书

本发明涉及一种Cu-Cr-RE系列低合金耐硫酸露点腐蚀钢（以下简称Cu-Cr-RE钢），特别适用于制造锅炉空气预热器及其它接触二氧化硫、三氧化硫气氛，受硫酸露点腐蚀的设备部件。

锅炉通常所用的燃料如重油、煤中都含有一定量的硫（S），硫燃烧生成二氧化硫（SO₂），其中一部分还会再氧化生成三氧化硫（SO₂），三氧化硫与烟气中的水蒸汽结合成为硫酸蒸汽（H₂SO₄），在锅炉的低温部位如空气预热器，当其金属表面温度低于烟气露点时，硫酸就会凝结在金属表面上，引起硫酸露点腐蚀。

目前，世界上多数锅炉所设置的空气预热器采用普碳钢制造，耐低温硫酸露点腐蚀性能差，使用寿命短，更换频繁。空气预热气腐蚀漏泄不仅降低锅炉的热效率，而且增加大量的检修费用，甚至造成停产损失。不仅是锅炉，其它接触二氧化硫、三氧化硫气氛，受硫酸露点腐蚀的设备部件也同样存在类似的问题。为了解决上述问题，各国专家都进行了不懈的努力，相继地研制出一些钢种，其中有代表性的是美国专利US3443934号的“含Cu、Cr、Sn（或Sb）的耐硫酸腐蚀钢”，这种钢含有一定量的Sn或Sb，成本较高。基于这种情况，本发明人研制出一种Cu-Cr-RE钢，它不使用价格昂贵的Sn或Sb以及Ni等，Cr的加入量较少，最具特点的是它加入了一定量的RE元素，具有优异的耐硫酸露点腐蚀性能及合金元素用量少、冶炼工艺简单，成本低廉、机械性能良好等特点。

在低合金钢中，Cu的加入不仅能使钢产生固溶强化，提高钢的屈强比及疲劳强度，而且提高钢的耐硫酸露点腐蚀性能。少量Cu的加入，在钢中以弥散状态存在，起微阴极作用，Fe基则为微阳极。在腐蚀过程中，随着Fe的腐蚀在Fe氧化层和基体之间形成富Cu层，这个富Cu层能阻滞或延缓腐蚀的进行;Cr的加入是利用其所特有的优异的纯化性能，可使Fe基合金产生一钝化层，阻滞阳极过程，从而抑制腐蚀的发展;RE的加入，可以细化晶粒，提高钢的均匀性，改善夹杂物形状。经试验研究表明：RE的加入对提高钢耐硫酸腐蚀性能有着及其显著的作用。通过Cu、Cr和RE元素在钢中的加入及其适当的配比，以及对S、Si、P的适当控制，可使Cu-Cr-RE系列低合金钢具有良好的机械、工艺性能和极其优异的耐硫酸露点腐蚀性能。

本发明所提出的Cu-Cr-RE钢的化学成分如下：C≤0.13%，S＝0.2%～0.8%，Mn＝0.2%～1.0%，P≤0.035%，S＝0.01%～0.035%，Cu＝0.2%～0.4%，Cr＝0.4%～1.0%，RE≤0.2%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明所提出的Cu-Cr-RE钢，可在平炉或转炉上按常规优质镇静钢生产工艺冶炼，如采用炉外精炼则可进一步提高其综合性能。在冶炼过程中，Cu、Cr在炉内加入，RE可在出钢过程中或出钢后的钢包中加入，采用下注法浇注，钢锭脱膜后热送初轧，控制均热炉呈中性或还原性气氛，尽量减少待轧时间，最后按优质镇静钢工艺轧制成材。

本发明的Cu-Cr-RE钢的特点结合实施例说明如下：

国内某电厂燃油锅炉，使用含硫0.5%的重油，由于这种油酸值高，煤油厂在炼制过程中加入了大量的碱（NaOH），结果造成该电厂锅炉受热面严重结渣，被迫在运行中采用低温水冲洗，致使锅炉尾部受热面严重腐蚀，其中的空气预热器3～4年更换一次。在这种情况下，本发明人推荐使用Cu-Cr-RE钢代替原碳素钢制造空气预热器，所推荐钢种的化学成分为：C＝0.1%，Si＝0.38%，Mn＝0.56%，P＝0.012%，S＝0.0265%，Cu＝0.295%，Cr＝0.638%，RE＝0.106%，其余为Fe和不可避免的杂质。其机械性能与A₃钢的比较情况如下表：

Cu-Cr-RE钢与A₃钢机械性能对比 表1

在进行Cu-Cr-RE钢试验中，也与Cu-Cr钢进行了比较，表2给出了Cu-Cr-RE钢与Cu-Cr钢及A₃钢的耐硫酸和硫酸露点腐蚀的试验结果：

从表2可以看到，在浓度为20%与40%的硫酸条件下，Cu-Cr-RE钢的耐腐蚀率分别为A₃钢的19倍和14倍;在浓度为85%的流酸加活性炭条件下，Cu-Cr-RE钢的耐腐蚀率为A₃钢的3.8倍。从表2还可以看到，加RE元素的Cu-Cr-RE钢比不加RE元素的Cu-Cr钢耐腐蚀率有显著提高。