CN113025925B

CN113025925B - 一种无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的生产方法

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Publication number: CN113025925B
Application number: CN202110261686.XA
Authority: CN
Inventors: 王新志; 李勇; 韦弦; 孙玉强; 王中歧; 夏志升; 张振申; 孙拓; 孔德南; 管刘辉; 王海燕; 刘海强; 高新军; 张远强; 陈�全; 安亮亮
Original assignee: Anyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Anyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2041-03-10
Also published as: CN113025925A

Abstract

本发明提供了一种无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的生产方法，其化学成分为：C≤0.070wt%、Cu≤0.50wt%，Cr≤1.0wt%、Sb≤0.10wt%、Si≤0.35wt%、S≤0.015wt%、P≤0.020wt%、Mn≤1.0wt%、N≤0.0080wt%，其余为Fe和不可控微量元素或杂质。其生产方法为：采用复吹转炉冶炼，冶炼终点采用转炉氩气底吹搅拌，转炉终点C≤0.050wt%、P≤0.018wt%，终点温度不低于1640℃，转炉出钢过程中加入石灰、精炼剂；经氩站混匀搅拌送直LF精炼炉，在精炼炉进行所有成分合金化作业、温度微调；采用常规板坯连铸机进行生产，铸坯切断后以温装的方式送入加热炉，加热采用控制一加温度与二加工艺，采用TMCP工艺通过热连轧进行轧制、卷取。该生产方法可节约生产成本，节约贵金属资源。

Description

一种无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁材料技术领域，具体涉及一种无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的生产方法。

背景技术

耐硫酸露点腐蚀用钢在国民生产建设中有着重要的用途，社会需求量也逐年增加。随着冶炼生产技术的不断进步，人们对新型耐硫酸露点腐蚀用钢的研制逐渐向着两个研制方向开发，一种向着主要用于特殊设备制造、高镍含量、厚规格耐低温冲击韧性材料的方向开发；一种向着主要用于废烟气管道/煤气热交换器、低镍含量、薄规格经济型材料的方向开发。低镍含量的耐硫酸露点腐蚀用钢的成分设计主要为：C：0.05-0.10%、Si：0.10-0.50%、Mn：≤1.0%、P：≤0.02%、S：≤0.02%、Cr：0.50-1.0%、Cu：0.2-0.5%、Sb：0.04-0.10%、Ni：≤0.65%，允许加入Nb+Ti≤0.15%等微量元素，余量为Fe。低镍含量的耐硫酸露点腐蚀用钢的成分设计加入Ni成分设计的原因，主要考虑到含Cu钢，容易引起板坯表面微裂纹，易引发热轧钢板“铜脆”缺陷，一般需要按铜/镍比不低于2:1设计；高镍含量的耐硫酸露点腐蚀用钢的成分设计加入Ni成分设计的原因，主要考虑特种设备或结构件的耐低温冲击性能或特殊环境下的高耐腐蚀性能考虑。

开发经济型无镍耐硫酸露点腐蚀用钢，需要特别限定其适用条件和用途，需在规定的成分设计范围内和特定的工艺条件下来实现。开发成功后，可有效节约贵重资源镍金属的使用，按当前镍金属市场价格测算，每降低0.01%的镍含量，吨钢可降低成本9-12元，按低镍含量的耐硫酸露点腐蚀用钢的常规成分设计测算，吨钢可降低生产成本120-180元，经济效益非常可观。

发明内容

本发明的目的是提供一种无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的生产方法，其材料主要用于制作输送含硫酸介质腐蚀性气体的废烟气管道或热交换器使用，以开发出针对性更强的经济型耐硫酸露点腐蚀用钢，从而可节约生产成本，节约贵金属资源的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的生产方法，是针对特殊用途，在规定的成分设计范围内和特定的工艺条件下来实现的，其技术方案具体为：

所述无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的化学成分为：C≤0.070wt%、Cu≤0.50wt%，Cr≤1.0wt%、Sb≤0.10wt%、Si≤0.35wt%、S≤0.015wt%、P≤0.020wt%、Mn≤1.0wt%、N≤0.0080wt%，其余为Fe和不可控微量元素或杂质；

所述生产方法包括以下步骤：

采用复吹转炉冶炼，铜合金化采用转炉随废钢加入，冶炼终点采用转炉氩气底吹搅拌，转炉终点C≤0.050wt%、P≤0.018wt%，终点温度不低于1640℃，转炉出钢过程中加入石灰、精炼剂；经氩站混匀搅拌3-5min后送直LF精炼炉，在精炼炉进行所有成分合金化作业、温度微调；采用常规板坯连铸机进行生产，铸坯切断后以温装的方式送入加热炉，加热采用控制一加温度与二加工艺，采用TMCP工艺通过热连轧进行轧制、卷取，最终得到对应的组织性能为屈服强度不大于480MPa，抗拉强度不大于630Mpa的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢产品。

进一步，所述转炉冶炼终点采用氩气底吹搅拌时间不低于3min，转炉出钢过程中石灰加入量吨钢2-3Kg、精炼剂加入量吨钢1.0-1.5Kg。

进一步，所述精炼剂的成分为：Al₂O₃ 30-40wt %、Al 20-25wt%、CaO 20-30wt%、SiO₂ 6-15%、其他5-8%。

进一步，浇注板坯厚度不大于230mm，轧制厚度压缩比不小于10。

进一步，铸坯切断后温装温度按200-600℃考虑。

进一步，该无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的成分设计范围：Cu+Mn+Cr≤1.80wt%，冷裂纹指数Pcm≤0.18。

进一步，板坯连铸过程中，拉速0.9-1.20m/min，结晶器振动采用液压振动，振幅±2.5-3.5mm、频率90-125次/min，二冷采用弱冷控制，比水量0.40-0.60L/kg。

进一步，加热采用温装工艺，一加加热温度控制在1060-1080℃，二加加热温度快速提升到1250℃左右，高温保持时间60-100min。

进一步，轧制采用热连轧机组轧制，热轧轧制厚度应控制在不大于10mm来保证合理的压缩比，控制终轧温度在850-910℃，层流冷却可采用分散冷却或二阶段冷却方式，终冷温度不应低于600℃，稳定控制铁素体析出比例大于75%，组织设计以等轴铁素体或准多边形铁素体+分散块状珠光体为主。

在此种工艺下可以得到无缺陷的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢材料，其主要原因说明如下：①采用低碳成分设计，同时将Cu+Mn+Cr≤1.80wt%和对应的材料冷裂纹指数Pcm≤0.18，是考虑到C是间隙固溶体，而Cu、Mn、Cr是置换固溶体，加以限制后可提高铸坯热态下的延塑性，降低铸坯的表面缺陷发生的风险，故在综合考虑材料的强度设计、表面质量控制、焊接加工性能要求等因素下，将Cu+Mn+Cr元素含量之和做了进一步的产品设计要求；同时优化炼钢工艺控制钢中的氮含量，以避免氮含量升高造成铸坯的热塑性降低；②采用常规铸机生产，二冷采用弱冷控制，比水量0.40-0.60L/kg，主要是以此来控制铸坯冷却时铸坯内部的温度梯度，减少内部热应力；同时结晶器振动采用液压振幅±（2.5-3.5）mm、频率90-125次/min的振动方式，可降低振痕深度，减轻Cu元素在振痕底部的聚集程度；③加热采用温装工艺，一加加热温度控制在1060-1080℃，二加加热温度快速提升到1250℃左右，可实现Cu在奥氏体中的快速固溶，避免铜在1100℃内形成低熔点共生物产生，降低表面裂纹风险；④采用热连轧机组轧制10mm以内规格，可提高压缩比，增加金属流动性；⑤采用分散冷却或二阶段冷却方式，利用卷取自回火的功能以减轻内应力，同时终冷温度不低于600℃，以稳定铁素体的析出比例和析出相，提高材料的延伸性能，控制轧制结疤风险。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、采用此技术方案生产的钢材实用性较强，主要用于制作输送含硫酸介质腐蚀性气体的废烟气管道或热交换器，该制作工艺可操作性较好，在常规板坯铸机生产工艺的基础上控制钢材成分，控制裂纹生成。

2、采用此技术方案可以省去镍金属的使用，可有效节约贵重资源镍金属的使用，降低成本，吨钢可节约生产成本在120-180元，经济效益明显。

3、采用此技术方案生产的钢铁缺陷少，材料性能优异，可提高钢铁材料在应用过程的性价比。

附图说明

图1为实施例1的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的表层组织图；

图2为实施例1的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的1/4位置组织图；

图3为实施例1的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的1/2位置组织图；

图4为实施例1的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢在热交换器上的加工应用；

图5为实施例2的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢在热交换器上的加工应用。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

本实施例的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的生产方法，包括以下步骤：

第一步：首先转炉冶炼时将铜板随废钢加入，吹炼结束后，采用底吹氩气搅拌3.5min，转炉终点C：0.043wt%、P：0.012wt%，终点温度1653℃；

第二步：出钢过程中石灰加入量吨钢2.3Kg、精炼剂加入量吨钢1.2Kg，氩站氩气搅拌4.5min；

第三步：LF精炼进行成分与温度微调后，钢水成分 [C]：0.055wt%、[Cr]：0.79wt%、[Cu]：0.29wt%、[Sb]：0.079wt%、[Si]：0.23wt%、[Mn]：0.43wt%、[S]：0.006wt%、[P]：0.013wt%、[N]：0.0053wt%，其余为Fe和不可控杂质，Pcm：0.14，Cu+Mn+Cr：1.51%；

第四步：采用厚度（200-230mm）×宽度（1000-1650mm）的常规板坯连铸机进行生产，在连铸浇钢过程中，结晶器水温39℃，拉速0.95m/min，结晶器振动采用液压振动，振幅±3.0mm、频率110次/min，二冷水比水量设定为0.43NL/kg；连铸矫直温度控制在907℃；

第五步：铸坯下线堆冷后12小时后，表面温度在305℃时装钢，一加加热温度控制在1072℃，二加加热温度快速提升到1250℃；

第六步：加热温度达到目标值后，保温77min；

第七步：板坯厚度230mm，轧制规格10mm，开轧温度1171℃，粗轧终轧温度1086℃，中间坯厚度58mm，精轧开轧温度1030℃，精轧终轧温度893℃。道次压下率在20～50%，终轧道次压下率17%，入水温度862℃，采用层流冷却方式，具体为分散冷却，冷却速率25℃/s，CT温度638℃；

第八步：轧后进行材料表面及性能检查：表面质量良好，无缺陷；工艺性能屈服强度381MPa、抗拉强度486MPa，伸长38%，焊接冷裂纹指数为0.141Pcm，整体性能表现稳定。

本实施例制备的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的材料组织如图1-3所示。从图1-3可以看出，无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的中心无明显带状组织，铁素体以等轴及准多边形为主，铁素体比例达到78-80%，其他以弥散块状珠光体为主，晶粒度9.0-10.5级，整体接近稳态组织，该类产品的晶间腐蚀及组织应力腐蚀可得到有效控制。

实施例2

第一步：首先转炉冶炼时将铜板随废钢加入，吹炼结束后，采用底吹氩气搅拌3.5min，转炉终点C：0.038wt%、P：0.011wt%，终点温度1661℃；

第二步：出钢过程中石灰加入量吨钢2.2Kg、精炼剂加入量吨钢1.0Kg，氩站氩气搅拌3.5min；

第三步：LF精炼进行成分与温度微调后，钢水成分为：[C]：0.06wt%、[Cr]：0.33wt%、[Cu]：0.29wt%、[Sb]：0.073 wt%、[Si]：0.21wt%、[Mn]：0.34 wt%、[S]：0.004wt%、[P]：0.012wt%、[N]：0.0047wt%，其余为Fe和不可控杂质，Pcm：0.12，Cu+Mn+Cr：0.96%；

第四步：采用厚度（200-230mm）×宽度（1000-1650mm）的常规板坯连铸机进行生产，在连铸浇钢过程中，结晶器水温40℃，拉速0.95m/min，结晶器振动采用液压振动，振幅±3.0mm、频率110次/min，二冷水比水量设定为0.43NL/kg，连铸矫直温度控制在911℃；

第五步：铸坯下线后8小时后，表面温度在403℃时装钢，一加加热温度控制在1075℃，二加加热温度快速提升到1250℃；

第六步：加热温度达到目标值后，保温93min；

第七步：板坯厚度210mm，轧制规格2.3mm，开轧温度1176℃，粗轧终轧温度1082℃，中间坯厚度48mm，精轧开轧温度1032℃，精轧终轧温度877℃。道次压下率在20～50%，终轧道次压下率18.2%，入水温度855℃，采用层流冷却方式，具体为分散冷却，冷却速率27℃/s，CT温度668℃；

第八步：轧后进行材料表面及性能检查：表面质量良好，无缺陷；工艺性能屈服强度379MPa、抗拉强度475MPa，伸长39.5%，焊接冷裂纹指数为0.118Pcm，整体性能表现稳定。

上述实施例1和实施例2制得的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的性能如表1所示。

表1 实施例1和实施例2的材料性能

测试样品	表面裂纹	屈服强度，Rcm	抗拉强度，Rm	断裂伸长率，A/%	焊接冷裂纹指数，Pcm
						实施例1	无	381	486	38	0.141
实施例2	无	379	475	39.5	0.118

注：焊接冷裂纹指数Pcm(%)=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B

上述实施例1和实施例2制得的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的可以在热交换器上的加工应用，如图4和5所示。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种热交换器上低成本无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的生产方法，其特征在于，所述无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的化学成分为：C：0.06wt%、Cr：0.33wt%、Cu：0.29wt%、Sb：0.073wt%、Si：0.21wt%、Mn：0.34 wt%、S：0.004wt%、P：0.012wt%、N：0.0047wt%，其余为Fe和不可控杂质；

所述无镍耐硫酸露点腐蚀用钢表面无裂纹，屈服强度379MPa，抗拉强度475MPa，断裂伸长率A 39.5%，焊接冷裂纹指数 0.118%；

所述生产方法包括以下步骤：

采用复吹转炉冶炼，铜合金化采用转炉随废钢加入，冶炼终点采用转炉氩气底吹搅拌3.5min，转炉终点C：0.038wt%、P：0.011wt%，终点温度1661℃；

转炉出钢过程中加入吨钢2.2Kg的石灰、吨钢1.0Kg的精炼剂，经氩站混匀搅拌3.5min后送直LF精炼炉；

在精炼炉进行所有成分合金化作业、温度微调；

采用常规板坯连铸机进行生产，在连铸浇钢过程中，结晶器水温40℃，拉速0.95m/min，结晶器振动采用液压振动，振幅±3.0mm、频率110次/min，二冷水比水量设定为0.43NL/kg，连铸矫直温度控制在911℃；

铸坯下线后8小时后，表面温度在403℃时装钢，一加加热温度控制在1075℃，二加加热温度快速提升到1250℃；加热温度达到目标值后，保温93min；

板坯厚度210mm，轧制规格2.3mm，开轧温度1176℃，粗轧终轧温度1082℃，中间坯厚度48mm，精轧开轧温度1032℃，精轧终轧温度877℃；

入水温度855℃，采用层流冷却方式，具体为分散冷却，冷却速率27℃/s，CT温度668℃，最终得无镍耐硫酸露点腐蚀用钢。

2.根据权利要求1所述的无镍耐硫酸露点腐蚀用钢的生产方法，其特征在于，所述精炼剂的成分为：Al₂O₃ 30-40wt %、Al 20-25wt%、CaO 20-30wt%、SiO₂ 6-15%、其他5-8%。