[发明专利]含钼贝茵体低合金钢及热处理工艺

说明书

本发明涉及一种含钼贝茵体低合金钢及热处理工艺，主要用于抗应力腐蚀开裂的热风炉壳板和围管。

产生应力腐蚀开裂破坏须同时具备如下三个条件：特定的钢种，在特定的腐蚀介质中，处于一定的应力状态下才会产生应力腐蚀开裂破坏！

碳钢和其他一些低合金钢在热风炉钢板条件下就满足了上述三条件。热风炉外壳钢板通常仅处在50～80℃，但这正是热风炉内的含氮气氛在高温下形成NO_X和硝酸及硝酸盐后，通过耐火砖开始冷凝在钢壳板上的露点温度。这就具备了合适的腐蚀性介质条件。此外，热风炉工作时，炉内送风压力往往在1～6Pa之间变动，从而在钢板中产生了动态的脉动应力，再加上热风炉钢板中原有的焊接残余应力和加工应力，这就使热风炉钢板易遭受应力腐蚀开裂破坏（图1）。

国际上，工业发达国家自60年代以来不断发生热风炉的应力腐蚀开裂严重事故，大型热风炉停产一天就损失上百万元。原因在于这些工业发达国家为了提高生产率和降低能耗而大大提高了燃烧温度（1200～1300℃）。这就促进和加剧了硝酸盐介质的形成，为发生应力腐蚀开裂过程而创造了条件。欧美各国近20年来集中研究这一问题，迄今尚未研制出一种可以有效地防止热风炉壳板应力腐蚀开裂的新钢种。

我国热风炉大多采用A3钢，由于燃烧温度低（1000～1100℃），不能形成或很少形成硝酸盐介质，致使应力腐蚀开裂的条件不充分，我国迄今虽未发生热风炉壳板断裂事故，但在大修时发现壳板有大量小裂纹，如进一步发展，造成应力腐蚀开裂事故，其后果是不堪设想的。

在已公开的专利文献中，有日本的特开昭59-23849提出抗氢腐蚀的低合金钢，Mo含量为0.45～0.60%，这是为了保证钢的强度和韧性，并含有0.01～0.20%的稀土元素La，主要用于石油工业、化学工业的高温高压氢环境下的压力容器和管道，目的是为了防止高温高压氢损伤破坏。另外还有一些类似的含Mo低合金钢，Mo的含量都较低，旨在提高高温强度，改变蠕变强度，通常用在石油工业和化学工业的压力容器上，这类钢经试验证明，并不适用于抗应力腐蚀开裂的炼铁热风炉上，也就是说不具备抗应力腐蚀开裂的性能。

由上述可知，选择适合的合金成分，及采用适当的热处理工艺获得用于热风炉的钢种一直是人们急待解决的问题，尽管国内外的一些科研人员从事这方面的研究工作，但至今尚未得到令人满意的研制结果。

本发明的目的在于，提供一种含Mo的贝茵体低合金钢及热处理工艺，解决热风炉应力腐蚀开裂问题。

为实现上述任务，本发明是将合金成分为（按重量百分比）

C0.12～0.18%，Si0.20～0.60%

Mn0.40～0.65%，P≤0.045%

S≤0.045%，Mo0.60～0.94%

Fe余量

的钢种经过适当的热处理制度，使铁素体组织转变为贝茵体组织，该热处理工艺是，将含Mo低合金钢在925～950℃保温20～60分钟，实现全奥氏体化处理，接着在盐浴炉中淬火冷却至325～425℃，保温20～40分钟，实现贝茵体转变，然后空冷至室温。

慢应变速率的应力腐蚀试验结果表明，钢样表面层凡为贝茵体组织处均未受腐蚀，而其他铁素体组织处均已被腐蚀，见图2，应力腐蚀裂纹扩展达到贝茵体处可以停止扩展前进，见图3。显然贝茵体组织具有较高的耐蚀性和抗应力腐蚀开裂的性能。本发明获得贝茵体组织，见图4，因此，含Mo贝茵体钢在热风炉的硝酸盐环境介质中具有良好的抗应力腐蚀开裂性能。下面结合具体实验数据进一步说明本发明的实施效果。（表一见文后）

其热处理工艺是：在950℃保温30分钟，再在盐浴炉中淬火冷却至360℃，保温20分钟，然后空冷至室温。

图5为不同含Mo钢在1MNaNO₃溶液中的应力腐蚀裂纹扩展速率。

图6为各种含.Mo钢在不同温度的1MNaNO₃溶液中的应力腐蚀裂纹扩展速率。

由图5和图6得知：

（1）不含Mo的常规16Mn钢在25℃（室温）直至90℃在1MNaNO₃溶液中均具有显著的应力腐蚀开裂敏感性，且随温度升高而增大。

（2）对于含Mo是为0.280%的钢，在硝酸盐溶液中的应力腐蚀开裂敏感性已明显减小，在25℃时已无敏感性，但高于25℃直至90℃仍有应力腐蚀开裂敏感性。

（3）对于含Mo量为0.505%的钢，在硝酸盐溶液中的应力腐蚀开裂敏感性进一步下降，在50℃以下已无敏感性，高于50℃直至90℃仍有应力腐蚀开裂敏感性。