CN101542006A - 耐硫酸腐蚀性优良的钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对冷凝后的硫酸具有优良的耐腐蚀性的钢及其制造方法。具有优良的耐硫酸腐蚀性的钢按重量计包括以下组分：C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。因此，所述钢可具有多边形铁素体，或者具有从由针状铁素体、贝氏体铁素体和贝氏体的低温结构组成的组中选择的至少一种。另外，包含低温结构的钢表现出在从室温到5000C的宽温度范围中的优良的力学性能。

Description

耐硫酸腐蚀性优良的钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有耐硫酸腐蚀性的钢及其制造方法，所述钢被用作发电厂锅炉中的管道、空气预热器、锅炉管和它们的组成部件的材料，更具体地说，涉及一种具有耐硫酸腐蚀性的钢及其制造方法，所述钢能够在低温度-硫酸浓度区域中通过提高耐硫酸腐蚀性来延长设备的寿命。

背景技术

当燃烧含硫燃料时，在废气中形成SO_X，然后SO_X与废气中的水分发生化学反应而形成硫酸。当废气被冷却到硫酸的露点(大约160℃)时，硫酸冷凝到在钢的表面上，因此钢被冷凝后的硫酸严重地腐蚀。火电厂的设备中在200℃或200℃以下的低温范围下使用的材料要求具有优良的特性(例如耐硫酸腐蚀性)，而且当所述材料的力学性能满足传统低合金钢的要求时，所述材料可被用于传统的低合金钢。然而，在200℃或200℃以上的温度下工作的锅炉管道或空气预热器，除了要求耐硫酸腐蚀性优良之外，还要求优良的高温拉伸性能。

通常，已经开发了通过向钢中添加铜(Cu)和其它耐腐蚀合金的组合确保耐腐蚀性的各种钢，本领域公知的典型技术包括第2001-010931号、第2003-0047470号和第2003-0047469号韩国专利特许公开，以及第2002-327236号日本专利特许公开。

第2001-010931号韩国专利特许公开披露了一种通过添加Cu-Co复合物来提高耐硫酸腐蚀性的技术。第2003-0047470号韩国专利特许公开披露了一种通过分别将Cr和Ni添加到Cu-Co钢中来提高耐腐蚀性并改善表面缺陷的技术，第2003-0047469号韩国专利特许公开披露了一种通过将Nb添加到Cu-Co钢中来确保强度的技术。在上面的公开中，Cu-Co钢体系具有提高了的耐硫酸腐蚀性，但是该体系要求在低温低浓度条件下的耐硫酸腐蚀性，因此仍然要进一步改善Cu-Co钢体系的物理性能。另外，Cu-Co钢体系中的组分的力学性能不足以应用到高温环境，这使其难以安装在锅炉管道、空气预热器等中。

第2002-327236号日本专利特许公开披露了一种通过将诸如Cu-Cr-(Ti、Nb、V、Mo、W等)的合金组分添加到钢来使力学性能适于应用在高温下的钢，但是该钢的问题在于在低温度-硫酸浓度范围内的耐腐蚀特性劣化。

发明内容

技术问题

本发明的一方面提供了一种钢，所述钢在低温-低浓度范围下具有更加提高了的耐硫酸腐蚀性和优良的强度。

本发明的另一方面提供了一种高温高强度钢及其制造方法，所述钢在从室温到500℃的温度范围下具有优良的力学性能。

技术方案

根据本发明的一方面，提供一种在低温-低浓度范围下具有优良的耐硫酸腐蚀性的钢，所述钢按重量计包括以下组分：C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。

根据本发明的另一方面，提供一种具有耐硫酸腐蚀性的高温高强度钢，所述钢按重量计包括以下组分：C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，余量为Fe和其它不可避免的杂质，其中，所述钢具有从由针状铁素体、贝氏体铁素体和贝氏体的低温结构组成的组中选择的至少一种。

根据本发明的又一方面，提供一种用于制造具有耐硫酸腐蚀性的高温高强度钢的方法，所述方法包括以下步骤：对按重量计包括以下组分的钢进行热轧：C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，余量为Fe和其它不可避免的杂质；加速冷却钢；在500℃至660℃的温度下卷取钢，使得所述钢可具有低温结构。

在根据本发明的钢中，Mn的含量可以在按重量计1.51％到2.0％的范围内。另外，根据本发明的具有耐硫酸腐蚀性的高温高强度钢还可包含钒(V)。

根据本发明的具有耐硫酸腐蚀性的高温高强度钢可包含按重量计为20％或更多的从由针状铁素体、贝氏体铁素体和贝氏体组成的组中选择的至少一种低温结构。

对于根据本发明的钢，优选地，诸如Mn、Cr、Ni和Nb的组分满足下式。

$\frac{(\mathrm{Mn}+\mathrm{Cr}+\mathrm{Nb})}{\mathrm{Ni}}\≥20$

有益效果

根据本发明的钢可用于提高在低温度-硫酸浓度范围下的耐腐蚀性，还可提高在室温和高温下的强度。

附图说明

图1和图2是示出根据本发明的一个示例性实施例的发明的钢的根据卷取温度的微结构的照片。这里，在图1的情况下，在高温下卷取发明的钢；在图2的情况下，在低温下卷取发明的钢。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。

为了提高在钢易于腐蚀的低温度-硫酸浓度范围下诸如耐腐蚀性和强度的物理性能，在用于制备Cu-Co组分体系中的最适宜组成的研究过程中设计了本发明。对于本发明，在Cu-Co组分体系中添加增加后的含量为按重量计大约2.0％的Mn，以提高具有耐硫酸腐蚀性的钢的强度性能。为了防止由于添加Mn而使耐腐蚀性降低，在添加Nb的同时，将Ni的上限调节为按重量计0.1％或更低，并将Cr的含量调节为按重量计0.1％至1.0％。与含有本领域公知的Cu-Co组分体系的具有耐硫酸腐蚀性的钢不同，通过统计地控制诸如Mn、Nb、Cr和Ni的组分的含量，根据本发明的钢具有改善了的物理性能，例如，在低温度-硫酸浓度范围下的耐腐蚀性和强度。为了解决关于由在Cu-Co组分体系中添加Cu而造成的表面缺陷的问题，需要添加含量为按重量计0.1％或更多的Ni，然而，在根据本发明的添加Nb-Cr的钢中不出现表面缺陷，而且当添加含量为按重量计0％至1.0％的Ni时，添加Nb-Cr的钢的耐腐蚀性提高。

另外，本发明的特征还在于：当设计为包含上述组分的钢经过加速冷却和低温卷取工艺时，所述钢具有进一步提高的在高温下的强度。也就是说，沉淀强化效应和低温结构的形成使得根据本发明的钢提高了在高温下的强度。

优选地，碳(C)的含量为按重量计0.15％或更低。

当碳(C)的含量超过按重量计0.15％时，耐硫酸腐蚀性和焊接特性会劣化，这导致在本发明中使用的设备的寿命缩短，并增加了产生缺陷的可能性。因此，优选地，以按重量计0.15％或更低的含量添加碳(C)。

优选地，硅(Si)的含量为按重量计1.0％或更低。

硅(Si)是主要添加的用来提高钢的强度的元素。然而，当硅(Si)的含量超过按重量计1.0％时，钢在低温度-硫酸浓度范围下的耐腐蚀性会劣化。因此，优选地，以按重量计1.0％或更低的含量添加硅(Si)。

优选地，锰(Mn)的含量为按重量计2.0％或更低。

通常添加锰(Mn)用来防止由溶解硫(S)导致的热脆性，这是通过使传统钢中的溶解硫(S)以硫化锰的形式沉淀来实现的。在本发明的情况下，还添加锰(Mn)用来防止热脆性并提高在室温和高温下的钢强度。当锰(Mn)的含量超过按重量计2.0％时，相对于强度提高效果而言耐硫酸腐蚀性劣化。因此，优选地，锰(Mn)的含量上限被调节为按重量计2.0％。为了提高在室温和高温下的强度，优选地，将锰(Mn)的含量调节到按重量计1.51％至2.0％的范围。当锰(Mn)的含量在上述范围内时，可提高钢的强度而不使钢的韧性劣化。当然，可以适当地选择锰(Mn)的含量以获得期望的强度，如果需要的话，锰(Mn)的含量可以在按重量计0.5％至1.50％的范围内。

优选地，硫(S)的含量为按重量计0.03％或更低。

优选地，以尽可能低的含量添加硫(S)。当硫(S)的含量超过按重量计0.03％时，产生缺陷的可能性会由于热脆性而增大。因此，优选地，将硫(S)的含量上限调节为按重量计0.03％。

优选地，磷(P)的含量为按重量计0.02％或更低。

当磷(P)的含量超过按重量计0.02％时，可期望提高钢的强度，但耐硫酸腐蚀性会大大降低。因此，优选地，将磷(P)的含量上限调节为按重量计0.02％。

优选地，铝(Al)的含量为按重量计0.01％至0.1％。

铝(Al)是为了在精炼工艺中脱氧的目的而添加的元素。当铝(Al)的含量少于按重量计0.01％时，脱氧效果差，而当铝(Al)的含量超过0.1％时，由于Al的氧化物增多而导致在钢表面产生缺陷的可能性增加。

优选地，铜(Cu)的含量为按重量计0.2％至1.0％。

铜(Cu)是考虑到耐硫酸腐蚀性而必然要添加的元素。这里，铜(Cu)的含量应该超过按重量计0.2％，以表现出高耐腐蚀特性。当铜(Cu)的含量超过按重量计1.0％时，相对于添加的铜的量的增加，耐腐蚀性提高得很少。因此，优选地，将铜(Cu)的含量的上限限制为按重量计1.0％。

优选地，钴(Co)的含量为按重量计0.02％至0.1％。

除了铜(Cu)以外，钴(Co)也是一种耐硫酸腐蚀钢的典型元素。与单独使用钴(Co)的时候相比，当钴(Co)与铜(Cu)一同添加时，能保证非常好的耐腐蚀性。当钴(Co)的含量少于按重量计0.02％时，其添加效果差。相反，当钴(Co)的含量超过按重量计0.1％时，相对于添加的钴(Co)的量，耐腐蚀性提高得很少，且制造成本非常高。

优选地，铬(Cr)的含量为按重量计0.1％至1.0％。

添加铬(Cr)，以通过在高温下在钢的表面形成Cr基氧化物来提高钢的耐腐蚀性。这里，当添加的铬(Cr)的含量少于按重量计0.1％时，难以在钢的表面形成保护膜。随着添加的铬(Cr)的量增加，保护膜的形成更加容易，这就带来提高了的保护效果。然而，当铬(Cr)的含量超过按重量计1.0％时，过多的铬(Cr)几乎不影响保护效果。

优选地，镍(Ni)的含量为按重量计0.1％或更低。

镍(Ni)是强烈抑制耐硫酸腐蚀性的元素，但在以往添加镍(Ni)是为了防止在含铜钢的连铸或热轧工艺中会引起的表面缺陷。然而，当添加含量为按重量计0.1％或更少的镍(Ni)时，钢同时具有平滑表面和提高了的耐腐蚀性。另外，制造成本也会降低。

优选地，铌(Nb)的含量为按重量计0.02％至0.1％。

由于铌(Nb)沉淀为精细的NbC，所以铌(Nb)是对提高钢在室温和高温下的强度做出很大贡献的元素。应当添加含量为按重量计0.02％或更高的铌(Nb)，以保证钢的期望强度。在这种情况下，钢的强度随着铌(Nb)的量增大而提高。然而，当添加的铌(Nb)的量超过按重量计0.1％时，钢的延性大大劣化，并且还由于缺少溶解的碳(C)而难以期望铌(Nb)沉淀为NbC。因此，优选地，将铌(Nb)的含量上限限制为按重量计0.1％。与其它合金组分相比，由于铌(Nb)起着有效地提高钢的强度的作用而不降低钢的耐腐蚀性，所以铌(Nb)最适宜。

如果需要，另外的合金组分可被添加到符合上述组分的要求的钢中。作为所述另外的合金组分的典型示例，可添加钒(V)以提高钢的强度。

优选地，钒(V)的含量为按重量计0.02％至0.1％。

当添加含量为按重量计0.02％或更低的钒(V)时，钢的强度提高得很少，而当钒(V)的含量超过按重量计0.1％时，钢的耐腐蚀性会劣化。

符合关于上述组分体系要求的钢可具有多边形铁素体的结构。在这种情况下，钢在低温和低硫酸浓度范围内的耐腐蚀性提高，且具有优良的强度性能。另外，当通过加速冷却工艺制造具有低温结构的钢时，钢具有进一步改善了的高温拉伸性质。对于本发明，所述低温结构包括从由针状铁素体、贝氏体铁素体和贝氏体组成的组中选择的至少一种。最优选地，所述低温结构在钢中以20％至100％的比率存在。

对于根据本发明的符合关于组分体系要求的钢，当根据下式(如下所示)对诸如Mn、Nb、Ni和Cr的组分进行统计学的控制时，钢的物理性能(例如耐腐蚀性和强度)最佳。然而，本发明不特别限制于此。

$\frac{(\mathrm{Mn}+\mathrm{Cr}+\mathrm{Nb})}{\mathrm{Ni}}\≥20$

下面，将详细描述根据本发明的制造钢的方法。

根据本发明，包含上述组成的钢可根据一种本领域公知的传统方法来再加热并且热轧，以制备热轧钢，或者再将热轧钢进行冷轧，以制备冷轧钢。

根据本发明的钢可具有多边形铁素体的结构。在这种情况下，钢在低温和低硫酸浓度范围内的耐腐蚀性提高，且具有优良的强度性能。另外，当通过加速冷却工艺制造包括低温结构的钢时，钢具有进一步提高了的高温拉伸性质。对于本发明，所述低温结构包括从由针状铁素体、贝氏体铁素体和贝氏体组成的组中选择的至少一种。

具有多边形铁素体结构的钢不是根据一种特殊方法来制造，而是根据一种本领域公知的传统方法来制造。也就是说，加速冷却工艺和低温卷取工艺不应用到根据本发明的钢的制造中。因此，根据本发明，将基于加速冷却工艺来更详细地描述制造包括低温结构的钢的方法。

首先，对符合关于根据本发明的组分体系要求的钢进行热轧、加速冷却，然后在500℃至660℃的温度下卷取。设置这些制造条件以获得低温结构。以30℃/s或更快的平均冷却速率，更优选地以30℃/s至50℃/s的平均冷却速率，执行优选的加速冷却工艺。对于本发明，当可以在上述卷取温度下获得低温结构时，加速冷却条件是足够的，并且本发明不特别限于上述加速冷却速率。

最佳实施方式

在下文中，将更详细地描述本发明的示例性实施例。

[实施例]

通过使符合如下面的表1中所列的组成要求的组分溶解(dissolving)来制备钢锭，在加热炉中将钢锭在1250℃下再加热1小时，然后进行热轧。热轧精轧温度设置为870℃至890℃的温度范围，并将组成物的卷取温度设置为560℃和660℃的两个温度范围，考虑到大多数客户的期望厚度，热轧钢板的精轧厚度设置为6.0mm的厚度范围。将热轧测试样本在70℃下浸在50％硫酸溶液中3个小时，然后测量低温-低浓度条件下的耐硫酸腐蚀性。另外，通过在室温/高温(500℃)下执行拉伸测试来评价热轧测试样本的力学性能。在下面的表2中列出了结果。当在高温下执行拉伸测试时，拉伸样品被加热到期望的温度并保持30分钟，以使温度差异最小化。在如表1所列的A1至A12钢种中，铝(A1)以0.03％的含量存在。

表1

表2

如表2所列，表明虽然在加速冷却工艺中在低温下卷取根据本发明的符合关于组分体系要求的诸如A4、A7、A8、A9、A10、A11和A12的钢种，但这些钢种具有期望的结构。具体地说，当在加速冷却工艺中在低温下卷取这些钢时，这些钢在室温和高温下的强度大大增强。图1示出了当在高温下卷取然后在加速冷却工艺中在低温下卷取A4钢时A4钢的微结构的变化。如图1B所示，表明低温结构分布在整个A4钢中。

A2钢是添加了Ti的钢，并具有令人满意水平的低温结构，但是A2钢的耐硫酸腐蚀性弱。因此，考虑到Ti对耐腐蚀性的影响，Ti不是最佳的合金元素。另外，表明A5钢是添加P的钢，A5钢在强度提高方面具有满意的效果，但是对耐腐蚀性是不利的。

Claims (12)

1、一种具有优良的耐硫酸腐蚀性的钢，所述钢按重量计包括以下组分：C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％；余量为Fe和其它不可避免的杂质。

2、如权利要求1所述的钢，其中，组分Mn、Cr、Ni和Nb的重量百分比满足下式：

$\frac{(\mathrm{Mn}+\mathrm{Cr}+\mathrm{Nb})}{\mathrm{Ni}}\≥20.$

3、一种具有优良的耐硫酸腐蚀性的钢，所述钢按重量计包括以下成分：C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，余量为Fe和其它不可避免的杂质，其中，所述钢包括从由针状铁素体、贝氏体铁素体和贝氏体组成的组中选择的至少一种低温结构。

4、如权利要求1和3所述的钢，其中，Mn的含量在按重量计1.51％至2.0％的范围内。

5、如权利要求1和3所述的钢，其中，Mn的含量在按重量计0.5％至1.50％的范围内。

6、如权利要求1和3所述的钢，其中，在具有耐硫酸腐蚀性的钢中，钒以按重量计0.02％至0.1％的含量存在。

7、如权利要求3所述的钢，其中，从由针状铁素体、贝氏体铁素体和贝氏体组成的组中选择的所述至少一种低温结构以按重量计为20％或更高的含量存在。

8、一种制造具有优良的耐硫酸腐蚀性的钢的方法，所述方法包括以下步骤：

对按重量计包括以下组分的钢进行热轧：C，0.15％或更低；Si，1.0％或更低；Mn，2.0％或更低；S，0.03％或更低；P，0.02％或更低；Al，0.01％至0.1％；Cu，0.2％至1.0％；Co，0.02％至0.1％；Cr，0.1％至1.0％；Ni，0.1％或更低；Nb，0.02％至0.1％，余量为Fe和其它不可避免的杂质；

加速冷却钢；

在500℃至660℃的温度下卷取钢，使得所述钢具有低温结构。

9、如权利要求8所述的方法，其中，以30℃/s至50℃/s的平均冷却速率来执行加速冷却步骤。

10、如权利要求8所述的方法，其中，Mn的含量在按重量计1.51％至2.0％的范围内。

11、如权利要求8所述的方法，其中，Mn的含量在按重量计0.5％至1.50％的范围内。

12、如权利要求8所述的方法，其中，在具有耐硫酸腐蚀性的钢中，钒以0.02％至0.1％的含量存在。

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