TW554051B - Steel with excellent sulfuric acid dew-point corrosion resistance - Google Patents

Description

554051 A7 B7 五、發明説明（1 技術領域 本發明係有關使重油、石炭、垃圾等燃燒後曝露在排 氣中之煙道、煙自、鍋爐空氣預熱器等設備所使用的優異 耐硫酸露點腐餘性鋼材。 背景技術 當燃燒含有硫分的燃料時’排氣中產生s〇x，該s〇x 與排乳中的水分化合生成硫酸。排氣的溫度降低，當到達 大約160°C程度之硫酸的露點時，硫酸氣體凝結，在鋼材表 面附著硫酸濃度80〜90%程度之高濃度硫酸，產生腐蝕現 象。於是，當溫度再降低至8(rc附近時，加上水的凝結形 成硫酸濃度40〜50%程度之比較化濃度的硫酸，其腐餘現 象加速。換言之，鋼材因凝結硫酸所產生的腐蝕條件，如 第1圖中所示，有比較高溫高濃度的條件和低溫化濃度的條 件兩者。 針對此類硫酸露點腐蝕問題，過去以來一直進行在硫 酉欠環i兄中開發發揮耐餘性的鋼材。例如在特公昭43_14585 號公報中曾提及：提供一種實用上對耐硫酸腐蝕性有效之 經Sb、Cu複合添加處理後之化合金鋼。 但是，以往的鋼，並不能使在前述之2項腐蝕條件〇6〇 C附近、80〜90%硫酸的條件和8(^c附近、4〇〜5〇%硫酸 的條件）下之耐蝕性共存。因此，就頻繁曝露在重複啟動、 停止由高溫至低溫循環之設備而言，存在有未必能發揮所 期待之耐蝕性的問題。 發明的開示 本紙張尺ϋ用中國國家標準（CNS) Μ規格（210Χ297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂— 五、發明説明（2 ) 鑒於以上的狀況，本發明係提供一種由高溫至低溫在 全溫度範圍之硫酸露點腐蝕環境中，可確保良好耐蝕性之 鋼材及應用該鋼材之空氣預熱器。 針對前述的課題，本發明者們製作各種鋼成分之共試 材，在（a)40%硫酸，60°C，（b)50%硫酸，8(rc低溫條件之2 條件，以及（c)80%硫酸，140t，（d)90%硫酸，16(rc高溫 條件之2條件，進行計4條件下的腐蝕試驗，並基於4條件的 最大腐蝕速度進行耐蝕性的評價。其結果，就以往技術的 分系而言，即使可以將低溫、高溫之任丨條件的耐蝕性改 善，但必須兩足全條件之耐蝕性的取得則有困難，並經發 現達成該目標，必須有超過以往技術範疇的成分設計。 本發明中，擔負主要功能之合金元素，係、Cu及处 之3元素。第2圖中，係將前述4條件下之最大腐蝕速度對 Si、Cu及Sb之各含有量加以整理而成。因而，宏觀而言當 Si置增加時判定腐蝕速度有降低的傾向，而該狀況限於外 及Cu兩者共存的情形，但不含有讣或以其中任1項情形 日守，即便Si量多亦未必能獲得滿足低溫、高溫所有條件下 之耐姓性。 換言之，單獨添加即使在任1項之條件下有效，但不 能達成所有條件下為目的之耐蝕性的取得，為解決所期待 的課題，發現3元素必須複合添加。本發明係將Si、及 Sb之各必要量，分別規定在i 2%以上、〇 〇5以上、〇 以上。 接著重要的元素為C。就前述si、Cl!及Sb之複合系， 五、發明説明（3 ) 第3圖中係顯示使C含有量變化之鋼材的腐蝕速度。因此， 當C量不適當時，發現即使前述3元素的共同效果如何活 用，亦不能取得充分的耐蝕性。本發明而言，c量至少必 須抑制在0.20%以下的低水準，理想含有量係在〇1〇%以 下，0.010%以下則更理想。 如以上所述，本發明由於Si、以及讣之複合添加，加 上低C化之要素的參入，首先在硫酸露點腐蝕環境取得全 狐度條件下滿足之耐餘性者，其要旨如以下所述。 (1) 一種優良之耐硫酸露點腐餘性之鋼，其特徵在於： 依質量 ％，係含有 C : S0.20%、Si : 1.2 〜3.5〇/〇、Ca : 0.05 〜1.0%、Sb : 0.03 〜0.30%、Mn : g 1·〇〇/0、p : ^ 〇 05%、 SS 〇·〇5%、A1S 〇·1〇%、N : $ 0.050%，其殘留部份則係由 含有附隨的成分及/或不可避的不純物之Fe所構成者。 (2) —種優異之耐硫酸露點腐姓性 < 鋼，其特徵在於： 依質量％，係含有 C : $0.10%、Si ·· L2〜3 5〇/c、Ca : 〇 〇5 〜l.〇%、Sb:0.〇l〜〇.30%、Mn:0.2〜l.〇%、P:^〇.〇5%、 〇·〇5%、Alg 〇·1〇%、N : $ 0.020% ;其殘留部份則係由 含有附隨的成份及/或不可避的不純物之Fe所構成者。 (3) —種優異之耐硫酸露點腐蝕性之鋼，其特徵在於： 依質量％，係含有C : S0.10〇/〇、Si : 1.2〜3.5%、Ca : 0.05 〜l.O/ί)、Sb· 0.01 〜0.30%' Μη ·· 0.2 〜1.0%、p: 〇5%、 SS0.05%、Α1$0·10%、N: g〇.010% ;其殘留部份則係由 含有附隨的成份及/或不可避的不純物之Fe所構成者。 (4) 如（1)、（2)或（3)記載之優異耐硫酸露點腐蝕性之 554051 A7 --------B7_ 五、發明説明(T~) — 鋼，其特徵在於：該鋼成分，依質量％，更含有（^·· ^1〇%、 Μ〇 · ^ 1.0% > Ni ： ^ 0.5% - Nb ： ^ 0.1% - V ： ^ 〇Λ〇/0 Λ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Τι · $0·1°/〇、Sn : 0.01 〜〇·2%、Β : 0.005〜Ο.οιοο/^!種或 2種以上者。 (5)—種空氣預熱器，其特徵在於：其中傳熱元件係由 (1)〜（4)中任1項之鋼所構成者。 圖面的簡單說明 第1圖係顯示將溫度和硫酸濃度作為指標之鋼材的硫 酸露點腐蝕舉動橫式圖。 第2圖係顯示涉及硫酸露點腐蝕之以、〇11及北的影響 圖不。縱軸的腐蝕速度，係表示在（a)4〇%硫酸，6〇它，（b)5〇% 硫酸，8(TC，⑷8〇%硫酸，14〇t：，⑷％%硫酸，16〇。" 條件下之腐蝕速度最大值。 第3圖係有關硫酸露點腐蝕之c的影響圖示。縱軸的腐 蝕速度，係表示在（a)40%硫酸，6(rc，（b)5〇%硫酸，8(Γ(：， (c)80%硫酸，14(rc，（d)9〇%硫酸，16〇t4條件下腐蝕速度 之最大值。 第4圖係顯示空氣預熱器之構造的概略圖。 實施本發明之最良的形態 有關本發明中鋼成分之限定理由陳述如下。 C: C由於會使耐餘性劣化，其含有量儘量以低水準為 宜；尤其超過0.20〇/〇含有量時，不能使低溫、高溫兩條件 下的耐蝕性並存，故將上限設定成〇 2〇%。又，理想含有 量係在0.10%以下，0_010%以下則更理想。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） 554051 五、發明説明（ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Si、Cii、Sb :為確保在低溫、高溫兩條件下良好的耐 硫酸腐姓性，則必須將3元素的共同效果引出。因此各元素 的必要最少含有量，係Si: 1.2%、Cu: 〇.〇5%、Sb: 〇.〇1%。 此類元素實用上理想含有量的上限如以下所述。

Si的上限·在低溫、高溫兩條件下作為耐餘性改善有 效的元素儘可能使其多量含有者為宜，但使其含有超過 3.5%時由於其耐蝕性改善效果飽和，故將上限設定為 3.5% 〇

Cxi的上限·主要係在低溫條件下有效的改善耐餘性， 但s使其含有超過1 ·〇%時其熱加工性劣化，故將上限設定 為 1.0%。

Sb的上限·係有效的改善低溫條件的耐餘性，但使其 含有多1時其高溫條件下的耐蝕性劣化同時熱加工性降 低。因此，將上限設定成0 30〇/〇。 Μη : Μη係對強化有效的元素，像本發明般化碳化而 有必要補填強度降低情形時使其含有適量的Μη。理想含有 夏係在0.2%以上，但由於含有]^11超過1〇%時其耐蝕性劣 化，故將上限設定為1.〇〇/〇。 Ρ :係精練過程中殘留的不純物，當殘留超過〇 〇5%時 其耐#性劣化，故將上限設定為〇 〇5〇/〇。 S ·與Ρ同樣係不純物，當殘留超過0 05%時由於其熱 加工性、耐蝕性劣化，故將上限設定為〇 〇5%。 Α1 :在精練過程中依脫氧目的使其含有μ亦無妨，但 當含有Α1超過〇·ι〇%時由於熱加工性劣化，故將上限設定

五、發明説明（6 ) 為 0.10% 〇 N :與P，S同樣皆為不純物，儘可能低水準為宜，將 其上限設定為〇.〇50%。理想者係在〇.〇2〇%以下，〇〇1〇%以 下則更理想。 本發明的鋼板，係將以上的元素做為基本成分，此類 兀素及加工Fe’進一步基於耐蝕性改善，機械特性的調整、 熱加工性改善的目的，而含有以下的元素亦無妨。

Cr Mo ·雖對強度的提昇有效，但對低溫條件下之耐 蝕性無助。經考慮兩者的平衡後之範圍以1〇%以下為宜。

Ni:雖可利用防止Cu之熱加工性劣化，但含有量超過 0.5%時其耐紐有劣化的傾向，故添加情形係將上限設定 為0.5%添加者為宜。 / V、Τι ·形成析出物對強靭化係有效的元素，但 當含有量超過G.1%時其耐錄有劣化的傾向，故添加時將 添加的上限設定為0.1%者為宜。 %:對耐餘性改善係有效的元素，未滿001%時效果 未顯現，當超過0·2%時其熱加工性有劣化的傾向，故添加 時’設定為0.01〜0.2%者為宜。 Β ·當含有多量Sb、Cu、Sn即所謂耐肺改善元素情 形時，可以作為抑制熱加工性劣化之有用的元素 0.0005%時不能取得充分的效果，而超敎嶋時，反而 熱加工性有劣化的傾向，故添加時將範圍設定极_〜 0·010%者為.宜。 又，在鋼板中，不使上述耐钱性、強度、加工性劣化 五、發明説明（7 ) 的範圍下’例如含有〜(在〇·5%以下有改善高溫強度的傾 向）、Ca、Mg、REM(合計50 ppm以下有改善熱加工性的效 果）專之其他附隨的成份亦無妨。 由以下的組成所構成鋼，依通常的方法經熔製、鑄造 處理後，再經鍛造或壓延所謂通例的熱加工方法加工成 板、官、棒等的形狀而可供實用。再者，針對需要對熱加 口 κ施退火專的熱處理亦可，或者接著實施酸洗後，再 加以冷加工亦無妨。經該般製造步驟所製得之鋼材的耐蝕 性亚不因步驟條而有所影¥，可與通常的碳素鋼鋼材以同 樣的步驟加以製造。 由以上組成所構成之鋼的用途，舉凡火力發電廠之鋼 爐周邊設備，化學廠中之硫酸精製設備和貯藏槽、製鐵廠 之酸洗槽等的硫酸環境下所使用之多樣的設備機器構件， 其中則以事業用火力發電所和民生用鋼爐附帶之空氣預熱 裔熱70件材最為妥適。茲將空氣預熱器顯示在第*圖中。^ 的箭頭係意指排氣的流向，2的箭頭係指送入鍋爐之空氣的 流向，3的箭頭意指旋轉翼的回轉，4係旋轉子，5係指轉子 内所收藏的監子，6則意指籃子内所裝填的傳熱元件將成形 處理成波板形狀的鋼板裝配而成者）。係將排氣的顯熱蓄積 在傳熱元件，而形成使送入鍋爐的空氣產生預熱效果的構 ^ °玄傳熱元件由於重複曝露在含有SOx的排氣中，故重 視係耐硫酸露點腐蝕性的構件，作為本發明的用途甚為妥 適。 貫施例 554051 A7 —------_____ 五、發明説明（8 ) 將顯示在表1中化學成分之鋼在真空熔解爐陽性處理 鑄造成50 kg塊錠後，再經熱壓延成厚度12mm的板材，接 著採取t3 20 40mm尺寸的短冊試驗片進行硫酸腐蝕試驗。 在該代表處於硫酸露點腐蝕環境之低溫範圍，高溫範圍的 條件 ’（a)40%硫酸，60°C，（b)50°/〇硫酸，8〇。〇，（c)8〇%硫 酸，140C，以及（d)90%硫酸，16°C之4條件下進行浸潰試 驗，求得腐蝕速度。 將其試驗結果顯示在表2。因此，（a)〜中任丨項條件 下之最大腐蝕速度，相對於比較例1^〇11〜18之145〜489〇 mg/m2/hr而言，發明例No.^w係在6〇〜99g/m2/hr，明顯 的具有優勢。 並且’ 4條件下腐蝕速度的最大值和最小值的差異， 發明鋼的方面，比比較例小，且對溫度和硫酸濃度的變化 其腐蝕速度的變化亦較小之點而言，發明鋼得以賦與工廠 设计之自由度的提昇。 又’比較例No.ll Sb含有量未滿本發明規定的範圍，

No_12 C、Si的含有量、ν〇·13 Si含有量、Νο·14 Si、Cu含 有量、No· 15 Cu含有量、No· 16 Si、Μη含有量、No. 17 C含 有虽、No. 18 Si、Cu、Sb含有量，由於分別偏離本發明規 定的範圍’造成4條件之任1項條件下產生激烈腐蝕現象的 結果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) μ規格（21〇><297公楚）

t— Ϊ- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •訂— 554051 A7B7 五、發明説明（9 ) 表1供試材的化學成分（質量％) 區 分 No. C Si Μη Ρ S Cu A1 Sb N 其他 本 發 明 1 0.0029 1.21 0.35 0.009 0.010 0.32 0.025 0.09 0.0091 2 0.0028 1.55 0.35 0.009 0.010 0.32 0.026 0.10 0.0051 Ni ： 0.15% 3 0.0029 1.61 0.28 0.009 0.010 0.29 0.024 0.11 0.0213 Cr ： 0.31% 4 0.0029 3.37 0.25 0.009 0.010 0.33 0.026 0.03 0.0111 5 0.0069 1.51 0.33 0.010 0.011 0.33 0.025 0.11 0.0089 Sn ： 0.05% 6 0.0029 1.33 0.21 0.009 0.010 0.31 0.025 0.10 0.0071 B ： 0.0035% 7 0.0028 1.30 0.32 0.008 0.011 0.32 0.026 0.11 0.0039 Ti : 0.03%，Nb : 0.03% 8 0.0027 1.60 0.31 0.008 0.011 0.50 0.018 0.12 0.0045 Mo : 0.5%，V : 0.03% 9 0.0215 1.22 0.63 0.011 0.009 0.27 0.031 0.08 0.0078 10 0.1590 1.22 0.63 0.011 0.009 0.27 0.031 0.08 0.0065 比 較 例 11 0.0079 1.45 0.51 0.009 0.011 0.31 0.032 0.00 0.0039 12 0.2231 0.27 0.35 0.014 0.006 0.27 0.027 0.10 0.0080 Ni ： 0.15% 13 0.0078 0,84 0.87 0.011 0.006 0.28 0.033 0.13 0.0078 Ni ： 0.20% 14 0.0020 0.26 0.34 0.020 0.004 0.01 0.043 0.10 0.0065 15 0.0122 1.43 0.35 0.015 0.011 0.02 0.033 0.09 0.0036 16 0.0212 0.07 0.35 0.015 0.015 0.28 0.004 0.00 0.0189 17 0.2103 1.22 0.63 0.011 0.009 0.27 0.031 0.08 0.0056 18 0.0031 0·80 0.31 0.009 0.009 0.00 0.031 0.00 0.0068 表中黑格部分為超出本發明範圍之外者 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 12 554051 A7 B7 五、發明説明（l〇 ) 表2硫酸腐食試驗結果 腐食速度(g/m2/hr) 區分 No. 40%硫酸、 60 °C 50%硫酸、 80 °C 80%硫酸、 140 °C 90%硫酸、 160 °C 本 發 明 1 42 60 55 59 2 38 64 49 75 3 37 55 35 66 4 23 18 29 69 5 40 61 58 61 6 41 79 59 78 7 42 76 55 77 8 45 89 60 88 9 45 76 58 76 10 68 78 73 99 比 較 例 11 202 264 93 106 12 83 146 76 184 13 121 251 119 130 14 105 146 101 212 15 144 154 101 128 16 209 219 97 69 17 115 105 73 145 18 2810 4890 101 190 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 產業上的利用可能性 如上所述，根據本發明，可以製得由低溫至高溫所有 硫酸露點腐蝕環境下發揮優異耐蝕性的鋼材。 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)