CN104630657B - 耐磨耐硫酸露点腐蚀热连轧钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐磨耐硫酸露点腐蚀热连轧钢带（卷）及其制造方法，主要解决现有耐硫酸露点腐蚀用钢耐磨性能较差的技术问题。技术方案：一种耐磨耐硫酸露点腐蚀热连轧钢，其特征是各种成分的质量百分比为：C：0.10%—0.20%，Si：0.1%—0.35%，Mn：1.0%—1.8%，P：≤0.02%，S：≤0.01%，Cu：0.2%—0.5%，Sb：0.04%—0.1%，Ti：0.01%—0.06%，Nb：0.01%—0.03%，余量为Fe。本发明目的就是采用热连轧机组的方式生产出满足耐磨性能及耐硫酸露点腐蚀的热连轧钢带（卷）。

Description

耐磨耐硫酸露点腐蚀热连轧钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种耐磨耐硫酸露点腐蚀热连轧钢带（卷）及其制造方法，属于金属材料及其制造技术领域。

背景技术

硫酸露点腐蚀环境一般出现在烧结烟气脱硫装置、干熄焦发电设备、电厂锅炉预热器/省煤器以及烟道、烟囱等部位。根据文献资料介绍，目前在正在使用的耐硫酸露点腐蚀用钢，主要有09CrCuSb、S-ten1、ND，JNS等钢种，相关专利的成分与性能见表1与表2。

表1 耐硫酸露点腐蚀用钢相关专利化学成分

表2 耐硫酸露点腐蚀用钢的性能

这些钢种虽然能够满足耐硫酸露点腐蚀的要求，但在钢结构表面有固体颗粒流动产生的冲蚀时，因钢种的强度级别较低——耐磨损性能不能满足使用要求。本发明就是提供一种耐磨性能优良的耐硫酸露点腐蚀热连轧钢带（卷）/板。

发明内容

本发明的目的：提供一种耐磨性能优良的耐硫酸露点腐蚀用钢。主要解决现有耐硫酸露点腐蚀用钢耐磨性能较差的技术问题。

为保证耐磨耐硫酸露点腐蚀特性，申请人在理论研究的基础上，经过反复试验摸索，提出了本发明钢种的各组成元素成分的质量百分比为：C：0.10%—0.20%，Si：0.1%—0.35%，Mn：1.0%—1.8%，P：≤0.02%，S：≤0.01%，Cu：0.2%—0.5%，Sb：0.04%—0.1%，Ti：0.01%—0.06%，Nb：0.01%—0.03%，余量为Fe。

本发明钢种成分的各组成元素具有如下作用：

C元素：钢种强化元素，C元素是一种最经济的强化元素，提高C元素的含量有利于钢种的强度与硬度的提高，提高钢的耐磨性能。但C元素含量的提高对钢种的焊接性能不利，现有耐硫酸露点腐蚀的C元素含量一般要求C<0.10%。而本发明要求C元素含量的范围在C：0.10%—0.20%。

Mn元素：钢种传统的强化元素，提高Mn元素的含量可以增加钢种的耐磨性能。Mn元素含量太高，易造成钢种成份偏析严重。现有耐硫酸露点腐蚀钢的Mn元素含量为Mn：0.4—0.8%;本发明专利要求Mn：1.0%—1.8%。

Nb元素：微合金强化元素，增加微量的Nb元素可以提高钢种的强度与韧性，不会显著提高钢种的C当量，有利于焊接性能的提高，要求Nb：0.01%—0.03%。

Cu元素：Cu元素也是一种强化元素，Cu与Fe为互熔性金属，在Fe基体中配加一定量的Cu元素，可以显著提高其耐磨性能。而且Cu在钢的腐蚀过程中起着活性阴极的作用，一定条件下可以促进钢产生阳极钝化，从而降低钢的腐蚀速度，Cu在锈层中的富集能够极大地改善锈层的保护性能。为达到锈层中的Cu富集的效果，要求Cu：0.2%—0.5%。

Sb元素：能抑制阳极反应，同时与钢中的Cu元素在钢表面形成Cu₂Sb被膜，可抑制阴极反应，对硫酸腐蚀有很好的抑制效果。试验证时配加Sb元素也对阻止稀H₂SO₄的腐蚀起明显作用。为在钢表面形成Cu₂Sb被膜，要求Sb元素含量为0.04%—0.10%的水平。

Ti元素：由于加入Sb元素可能会使钢材的再加工性能受到一定的影响。在钢中加入微量钛，可在钢中形成钛的氮化物或碳化物，可延迟奥氏体晶粒的再结晶和长大的倾向，从而改善钢的性能，尤其能够有效提高再加工的焊接性能。要求Ti元素含量在0.010%～0.060%范围以内。

本发明采用传统的钢铁生产制造长流程：高炉炼铁→铁水预脱硫→转炉顶底复合吹炼→Ar站／或LF炉精炼→连铸→无缺陷连铸板坯→检验→加热→初轧→精轧→冷却→卷取→成品热轧板卷。生产控制要求：铁水预脱硫将S元素控制到0.010%以下；转炉顶底复合吹炼，Ar站／或LF炉精炼将C、Si、Mn、S、P、Cu、Sb、Nb等成分调整到控制要求，保证钢水的纯净度；全程吹Ar保护浇铸；经加热炉将板坯加热至1200℃后，在连续热连轧轧机组上轧制；精轧连轧机组在再结晶区和未再结晶区控制轧制后，精轧入口温度要求大于1020℃，终轧温度要求大于850℃；控制冷却喷水量和卷取温度，在600℃以上进行卷取。产品厚度为2.0-12.0mm。

试验证明，本发明在保证耐硫酸露点腐蚀特性的前提下，显著提高钢种的硬度和力学性能—也即提高了钢种的耐磨性能。既耐硫酸露点腐蚀，耐腐损性能也显著提高。与现有技术相比，其显著的实质性特点和突出的进步主要体现在以下几个方面。

1、目前公开的专利与相关文献资料显示，耐硫酸露点腐蚀钢种成分设计基本上是基于耐大气腐蚀用钢和日本耐硫酸露点腐蚀用钢S-ten系列用钢的成分设计体系、钢种成分中都含有Cu、Cr两种耐腐蚀必须选择加下的元素。而本发明的成分设计体系是基于钢种的功能需求，结合钢种成分各元素的相关作用组成配方达到功能要求来进行设计的。为保证耐硫酸腐蚀的特点，钢种配加了一定含量的铜元素，其理论依据是：酸腐蚀的主要为电极腐蚀，金属元素的电极电势的热力学稳定性是评估酸腐蚀的一项主要指标：查金属在25℃的标准电极电势及其热力学稳定性的一般特性可知，铬元素为不稳定的金属元素，铜为稳定元素，因此，成本设计中仅选择了铜元素，而没有选铬元素。少加合金元素而可以达到同样的耐硫酸腐蚀效果，可显著降低钢种的生产制造的合金成本。

2、钢种成分中配加了一定量的铜元素后，带来的负作用是在热轧生产过程中，因铜与铁的氧化性不同，在板坯加热过程中因选择性氧化的原因会造成板坯表面铜元素的富集而引起表面裂纹及麻点质量缺陷。通常的解决措施为钢种配加一定量的镍元素，将铜与镍形成铜镍合金，提高铜元素的熔点，解决表面裂纹与麻点的质量缺医陷。本发明成分设计中没有配加价格昂贵的镍元素，而是以锑元素替代镍元素。在钢种成分中配加一定量的锑元素，因锑元素的较铜元素氧化，且熔点低，在板坯加热过程中形成的高熔点的氧化物可预防铜元素的富集问题而解决表面裂纹及麻点的质量缺陷。为产品的生产制造实现创造了有利的条件。同时配加少量的锑元素，锑与铜元素结合可显著提高钢种的耐硫酸的腐蚀性能。仅配加铜元素，其耐硫酸腐蚀性能与普通钢种相比，耐蚀性能提高仅约4～15倍，而配加锑元素后，其耐硫酸腐蚀性能提高至25 倍。

3、 对比 2011102687217 ，也是一强高强度与耐硫酸露点腐蚀钢种，但其两种钢种的强化机制是不同。对比专利的合金元素含量达对比专利中的合金含量达3.0%，且含有价格昂贵的铬和镍合金元素，本发明铌元素起微金强化作用，充分发挥碳元素的强化作用，钢种合金含量2.0%，而节约成本达300 元/吨，效果显蓍。而且铌微合金强化可提高强度和降低钢种的碳当量值，满足后序焊接工艺的要求，对提高钢种的可焊性性能效果显著。

具体实施方式

下面结合实施案例对本发明做进一步说明。

采用传统的钢铁生产制造长流程：高炉炼铁→铁水预脱硫→转炉顶底复合吹炼→Ar站／或LF炉精炼→连铸→无缺陷连铸板坯→检验→加热→初轧→精轧→冷却→卷取→成品热轧板卷。生产控制要求：铁水预脱硫将S元素控制到0.010%以下；转炉顶底复合吹炼，Ar站／或LF炉精炼将C、Si、Mn、S、P、Cu、Sb、Nb等成分调整到控制要求，保证钢水的纯净度；全程吹Ar保护浇铸；经加热炉将板坯加热至1200℃后，在连续热连轧轧机组上轧制；精轧连轧机组在再结晶区和未再结晶区控制轧制后，精轧入口温度要求大于1020℃，终轧温度要求大于850℃；控制冷却喷水量和卷取温度，在600℃以上进行卷取。产品厚度为2.0-12.0mm。

本实施案例的耐磨性能优良的耐硫酸露点腐蚀用钢及对比钢种各组成元素质量百分比见表3。

表3 元素组成配比（组分为ｗ％，余量为Fe）

本实施案例的耐磨性能优良的耐硫酸露点腐蚀用钢及对比钢种的耐硫酸腐蚀性能见表4。两种产品的耐硫酸腐蚀性能相当。

表4 硫酸浸泡腐蚀试验结果（试验条件：20%硫酸+30℃+24h）

注：腐蚀速率按下式计算：V =△w／（S ·T）

其中：△w：失重(mg)；S：表面积(cm²)；T：浸泡时间(h)。

本实施案例的耐磨性能优良的耐硫酸露点腐蚀用钢及对比钢种的硬度值与力学性能见表5。力学性能与硬度值显著提高—耐磨性能显著提高，与现有耐硫酸露点腐蚀钢相比，耐磨性能提高70%。

表5板卷取样的力学性能及硬度对比

Claims (1)

1.一种耐磨耐硫酸露点腐蚀热连轧钢，其特征是各种成分的质量百分比为：C：0.10%—0.20%，Si：0.1%—0.35%，Mn：1.0%—1.8%，P：≤0.02%，S：≤0.01%，Cu：0.2%—0.5%，Sb：0.04%—0.1%，Ti：0.01%—0.06%，Nb：0.01%—0.03%，余量为Fe；其制造方法包括以下步骤：高炉炼铁→铁水预脱硫→转炉顶底复合吹炼→Ar站／或LF炉精炼→连铸→无缺陷连铸板坯→检验→加热→初轧→精轧→冷却→卷取→成品热轧板卷，其特征是：经加热炉将板坯加热至1200℃后，在连续热连轧轧机组上轧制；精轧连轧机组在再结晶区和未再结晶区控制轧制后，精轧入口温度要求大于1020℃，终轧温度要求大于850℃；在600℃以上进行卷取。