專(zhuān)利名稱(chēng)：一種稀土合金鋼爐管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油化工電力等行業(yè)的耐高溫硫腐蝕的加熱爐爐管。
由于國(guó)內(nèi)大多數(shù)石化企業(yè)都在加工進(jìn)口中東高含硫原油，因此高溫硫的腐蝕給企業(yè)的生產(chǎn)裝置構(gòu)成了極大的危害。在石油化工裝置中，由于原油在煉制前必須進(jìn)行高溫加熱，經(jīng)過(guò)加熱爐加熱到一定溫度(≥370℃)再進(jìn)行蒸餾或催化，在加熱的過(guò)程中，原油中的硫在240℃以上開(kāi)始分解，對(duì)金屬構(gòu)成全面腐蝕形態(tài)。在電力等行業(yè)裝置中，由于大量地使用了煤做燃料，而產(chǎn)生的余熱經(jīng)再次利用時(shí)，余熱鍋爐或空氣預(yù)熱器中會(huì)有大量的硫和硫化物進(jìn)入管內(nèi)。大于240℃高溫時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫硫和高溫氧化腐蝕腐蝕，冷卻到120℃的低溫后介質(zhì)中的SO2、SO3與凝固的水蒸汽反應(yīng)，又會(huì)產(chǎn)生硫酸露點(diǎn)腐蝕。國(guó)內(nèi)在解決上述問(wèn)題時(shí)，煉油裝置中一般采用價(jià)格較貴的不銹鋼，早期曾經(jīng)開(kāi)發(fā)過(guò)Cr6AlMo、12AlMoV、12CrMoSiVAl等鋼種，板材的應(yīng)用本身就不普遍，且都沒(méi)有開(kāi)發(fā)成鋼管及應(yīng)用于抗高溫硫化腐蝕的爐管。煉油裝置中也有滲鋁鋼在作爐管使用，由于10#鋼的高溫機(jī)械性能較差，一般不用10#鋼做爐管的滲鋁鋼，而滲鋁所使用的鋼管基本上都是1Cr5Mo中合金鋼管，價(jià)格仍然很高。在電力行業(yè)的余熱鍋爐或空氣預(yù)熱器上，普遍采用進(jìn)口的P91耐熱管，其價(jià)格比國(guó)內(nèi)的不銹鋼管還貴。20世紀(jì)90年代初，國(guó)內(nèi)鋼廠開(kāi)發(fā)了一種低合金的09CrCuSb，是一種耐低溫硫酸露點(diǎn)腐蝕的低合金鋼爐，即江陰興澄鋼廠的牌號(hào)“ND鋼”。由于ND鋼的合金含量比較低，除了在很小的范圍內(nèi)對(duì)露點(diǎn)腐蝕起一定作用外，不具備耐高溫硫和高溫氧化腐蝕的作用。本人曾于2001年7月17日申報(bào)了一種“耐硫化氫腐蝕的低合金稀土鋼”，申請(qǐng)?zhí)枮?1114359.2，公開(kāi)號(hào)為CN1360081A，其主要用途為耐硫化氫腐蝕，該技術(shù)方案中的最高合金成分可以用于600℃以下的高溫腐蝕環(huán)境，但溫度繼續(xù)上升后其高溫機(jī)械性能就不能滿足使用要求。
根據(jù)金屬材料耐高溫硫和高溫氧化腐蝕的規(guī)律，鋼中鉻(Cr)含量越高，耐腐蝕性能越好，但鉻太高又是一種過(guò)剩和浪費(fèi)。尋求一種鉻含量適中，在高溫狀態(tài)下具有良好的機(jī)械性能，能足夠解決高溫狀態(tài)下的腐蝕問(wèn)題，而又便于加工的鋼管就是本發(fā)明的主要目的。
本發(fā)明----一種稀土合金鋼爐管是通過(guò)一種新的冶金配方，經(jīng)冶煉、軋制以及冷拔而完成的，其方案的實(shí)施內(nèi)容如下
化學(xué)成分的設(shè)計(jì)C≤0.15％，Si≤1.5％，Mn≤1.5％，S≤0.030％，P≤0.035％，Cr4.0～12.0％，Mo0.3～3.0％，V0.05～0.35％，Al0.3～1.0％，RE(加入量)≤0.15％，余量為Fe。鋼中的稀土(RE)采用鋼包壓入法時(shí)，稀土的加入量為≤0.15％；采用送絲法加入時(shí)，稀土的加入量為≤500g/t。
用上述成分冶煉的中合金鋼不僅可以做無(wú)縫鋼管，還可以用該鋼的鋼坯做高壓緊固件的螺栓、螺帽等其他特殊用材。本發(fā)明的無(wú)縫鋼管可以用熱拔，也可以用冷拔的方式進(jìn)行加工生產(chǎn)。
本發(fā)明的合金化原理下1.碳(C)碳是影響鋼材強(qiáng)度的重要元素，但較高的碳含量會(huì)導(dǎo)致鋼的耐腐蝕和焊接性能下降。因此，將鋼中C含量應(yīng)盡量控制在≤0.10％的范圍內(nèi)。2.鉻(Cr)鉻元素是抗高溫硫腐蝕非常有益的元素。即鉻含量越高，耐腐蝕性能就越明顯。因?yàn)殂t在高溫狀態(tài)下表面能生成雙層垢，外層為多孔的FeS，內(nèi)層為致密的Cr2O3，它能阻止腐蝕產(chǎn)物的進(jìn)一步深入。但鉻高于等于1 2％以后，鋼組織會(huì)由鐵素體加珠光體變成單鐵素體或馬氏體，材料的性能將不利于加工和使用。3.鉬(Mo)鉬的耐腐蝕性能是鉻的3倍。鉬的加入能顯著提高材料的高溫機(jī)械性能。是耐腐蝕非常有益的元素，與鉻復(fù)合加入效果更為明顯。4.鋁(Al)鋁在煉鋼過(guò)程中不僅起到脫氧和細(xì)化晶粒的作用，同時(shí)還對(duì)耐高溫腐蝕極為有利。但材料中鋁含量過(guò)高(≥0.8％)，將會(huì)使鋁在焊縫熔合區(qū)兩側(cè)形成白帶，造成焊接接頭的脆性危害。因此，在實(shí)際實(shí)施時(shí)應(yīng)將鋁的上限控制在0.8％以?xún)?nèi)，以保證焊接接頭的良好性能。5.釩(V)釩能明顯提高材料的抗高溫蠕變性能，對(duì)材料的高溫機(jī)械性能有極大的作用。同時(shí)釩還能細(xì)化晶粒，提高鋼的抗氫侵蝕性能，對(duì)提高材料的耐腐蝕性能有利。此外，釩還是碳和氮的穩(wěn)定化元素，表面生成的氮化物可延緩鋼在高溫狀態(tài)下的進(jìn)一步氮化，提高鋼的抗氮化脆性的性能。6.硅和錳(Si和Mn)硅是鋼中的主要脫氧元素，硅在鋼中的含量太高將使鋼材的焊接性能下降，所以在實(shí)施時(shí)應(yīng)將硅含量控制為0.15％-0.50％，錳也是鋼中的脫氧元素，主要作用是提高材料的強(qiáng)度。7.稀土(RE)稀土的微量加入能顯著提高鋼的高溫強(qiáng)度和高溫塑性，是一種活潑性很強(qiáng)的綜合體金屬元素。稀土不僅具有脫氧和脫硫的能力，而且對(duì)鋼中的低熔點(diǎn)金屬有極大的親和作用。該鋼采用稀土元素(RE)對(duì)鋼中的硫、氧等氣體有害成分進(jìn)行更充分的脫除。同時(shí)，稀土還對(duì)鋼中硫化物和氧化物的形態(tài)和大小進(jìn)行有益的控制，使鋼中無(wú)比較敏感的條狀硫化物和鏈狀氧化物，這些被稀土進(jìn)行了球化了的稀土夾雜物的熔點(diǎn)溫度高達(dá)1500℃以上，因而對(duì)提高材料的高溫機(jī)械性能極其有利。稀土的加入還可以起到細(xì)化晶粒的作用。此外，稀土在焊接時(shí)還能起到進(jìn)一步的脫氧和脫硫的作用，對(duì)改善材料的焊接性能有益。8.硫和磷(S和P)硫和磷都是鋼中的有害元素，99版的《容規(guī)》中對(duì)硫和磷進(jìn)行了嚴(yán)格的要求，規(guī)定為S≤0.020％，P≤0.030％.因此該材料在實(shí)際實(shí)施時(shí)應(yīng)將硫、磷含量控制的更低。
實(shí)施例1C≤0.10％，Si≤0.6％，Mn≤0.7％，S≤0.015％，P≤0.025％，Cr4.0～6.0％，Mo0.3～0.6％，V0.08～0.15％，Al0.4～0.6％，RE(加入量)≤0.10％，余量為Fe。
當(dāng)鋼中的稀土加入方式采用鋼包壓入法時(shí)，稀土的加入量為0.03～0.08％；用送絲法加入時(shí)，稀土的噸加入量為100～300g/t。
該實(shí)施例1主要是為使用溫度小于600℃而設(shè)計(jì)?？梢杂糜跓捰脱b置的常減壓加熱爐的爐管，也可以用于耐高溫硫腐蝕換熱器的換熱管。該鋼與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有鋼種(GB9948-88標(biāo)準(zhǔn))1Cr5Mo相比，由于鋼中碳含量的下降幅度較大，同時(shí)增加了Al、V和RE，具有冷拔性能優(yōu)越，耐腐蝕性能更強(qiáng)的特點(diǎn)。
實(shí)施例2C≤0.10％，Si≤0.6％，Mn≤0.7％，S≤0.015％，P≤0.025％，Cr8.0～10.0％，Mo1.3～1.6％，V0.15～0.25％，Al0.4～0.6％，RE(加入量)≤0.10％，余量為Fe。
當(dāng)鋼中的稀土加入方式采用鋼包壓入法時(shí)，稀土的加入量為0.03～0.08％；采用送絲法加入時(shí)，稀土的加入量為100～300g/t。
該實(shí)施例2鋼管的使用溫度可以達(dá)到850℃。該鋼管可以用于煉油裝置中催化、焦化的加熱爐爐管，以及電力系統(tǒng)余熱鍋爐和空氣預(yù)熱器的爐管。該鋼與國(guó)內(nèi)已有鋼種1Cr9Mo相比鋼中碳含量的下降幅度較大，同時(shí)增加了Al、V和RE，具有冷拔性能優(yōu)越，耐腐蝕性能更強(qiáng)的特點(diǎn)。
生產(chǎn)工藝為一般的煉鋼工藝采取電弧爐冶煉→VD精煉或電弧爐冶煉→坯料退火→ESR精煉兩種工藝方法，操作簡(jiǎn)單，成分易于控制。
稀土的加入方式可以用鋼包壓入法、送絲法等進(jìn)行實(shí)施。
工藝流程1.熱軋管冶煉→鑄錠→產(chǎn)管坯→熱軋管成品材、熱處理、矯直、檢驗(yàn)、檢查、探傷。
2.冷拔管冶煉→鑄錠→產(chǎn)管坯→冷管產(chǎn)成品材、熱處理、矯直、檢驗(yàn)、檢查、探傷。
本發(fā)明----一種稀土合金鋼爐管，與現(xiàn)有應(yīng)用技術(shù)相比，具有明顯優(yōu)勢(shì)。具體如下1.滲鋁鋼爐管滲鋁鋼雖然具有較高的耐高溫硫腐蝕性能，但滲鋁鋼的鋼材一般用的都是10#鋼或20#鋼，而這類(lèi)鋼為普通碳鋼，當(dāng)使用環(huán)境溫度達(dá)到400℃以上時(shí)，材料的機(jī)械性能會(huì)急劇下降，高溫機(jī)械性能很差，因此不適宜做爐管，只能在400℃以下的換熱器上用作換熱管。被用作滲鋁的爐管本體一般均為1Cr5Mo中合金鋼管，1Cr5Mo鋼管本身就比10#鋼貴2倍以上，實(shí)際上從性?xún)r(jià)比上并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的化學(xué)成分中本身就添加了鋁、V等多種改進(jìn)高溫性能的合金元素，無(wú)須進(jìn)一步對(duì)鋼管做滲鋁后使用。
2.ND鋼爐管目前國(guó)內(nèi)電廠和石化企業(yè)的空氣預(yù)熱器等大量地使用了江陰興澄鋼管廠生產(chǎn)的ND鋼爐管。ND鋼爐管的主要化學(xué)成分為Cr、Cu、Sb等，且最高合金元素Cr也不足1％。雖然ND鋼爐管的耐硫酸露點(diǎn)腐蝕性能較好，但由于鋼中元素的合金比較低，其使用范圍受到了很大的限制，僅適合于在較低的溫度范圍內(nèi)使用。該鋼在大于240℃以后，抗高溫硫腐蝕的能力很差；大于400℃以后機(jī)械性能急劇下降。而本發(fā)明中最低合金比的使用溫度可以達(dá)到600℃。
本發(fā)明----一種稀土合金鋼爐管，一般冶金企業(yè)都可以冶煉，中小鋼管廠均可利用本發(fā)明的管坯進(jìn)行制造。在煉制、軋鋼和拔制方面僅需適當(dāng)調(diào)整生產(chǎn)工藝便可實(shí)施，其實(shí)施起來(lái)并無(wú)特殊困難。由于本發(fā)明填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空缺，價(jià)格比普通不銹鋼便宜30％左右，其市場(chǎng)前景相當(dāng)廣闊。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力等行業(yè)的耐高溫腐蝕環(huán)境。
權(quán)利要求
1.一種稀土合金鋼爐管，它是由C、Si、Mn、S、P及Cr、Mo、Al、V、RE多種合金元素所構(gòu)成，其特征在于它的化學(xué)成分為C≤0.1 5％，Si≤1.5％，Mn≤1.5％，S≤0.030％，P≤0.035％，Cr4.0～12.0％，Mo0.3～3.0％，V0.05～0.35％，Al0.3～1.0％，RE(加入量)≤0.15％，余量為Fe。
2.如權(quán)利要求書(shū)1所述的一種稀土合金鋼管，其特征在于所述的稀土加入方式采用鋼包壓入法時(shí)，稀土的加入量為≤0.15％；采用送絲法加入時(shí)，稀土的加入量為≤500g/t。
3.如權(quán)利要求書(shū)1所述的一種稀土合金鋼爐管，其特征在于所述稀土合金鋼爐管為熱拔或冷拔無(wú)縫鋼管。
4.如權(quán)利要求書(shū)1所述的一種稀土合金鋼爐管，其特征在于可以用所述爐管化學(xué)成分的鋼坯做高壓緊固件螺栓和螺帽。
全文摘要
本發(fā)明為一種稀土合金鋼爐管，涉及到石油、化工、電力等行業(yè)的耐高溫硫及高溫氧化腐蝕環(huán)境。它的特點(diǎn)是在普通鋼材中，通過(guò)冶煉的方式加入鉻、鉬、鋁、釩等合金元素，同時(shí)為了控制鋼中硫化物和氧化物的大小和形態(tài)，加入了微量元素稀土。由于該鋼為鉻含量4％～12％的中合金的耐腐蝕材料，且加入了其它一些對(duì)材料在高溫狀態(tài)下作用明顯的鉬、鋁、釩等元素，與一般低合金的材料相比耐腐蝕性能明顯提高。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力等行業(yè)的具有高溫硫腐蝕的加熱爐以及換熱器中。
文檔編號(hào)C22C38/24GK1408894SQ0213899
公開(kāi)日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者束潤(rùn)濤 申請(qǐng)人:束潤(rùn)濤