專利名稱：對鹽酸和硫酸具有優(yōu)良耐腐蝕性的鋼材及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于熱電廠脫硫設(shè)備中脫硫管道、氣-氣換熱器(GGH)和靜電除 塵器(EP)的對鹽酸和硫酸具有耐腐蝕性的鋼及其生產(chǎn)方法；具體而言，本發(fā)明涉及一種對 硫酸和鹽酸具有耐腐蝕性的鋼，該鋼能夠在脫硫設(shè)備中的低溫和低硫酸濃度范圍下增強對 硫酸和鹽酸的耐腐蝕性，由此可延長設(shè)備壽命，本發(fā)明還涉及一種生產(chǎn)所述鋼的方法。
背景技術(shù)：
含硫燃料燃燒時會在廢氣中產(chǎn)生SOx，其與廢氣中的水分發(fā)生化學(xué)結(jié)合并由此生 成硫酸。當(dāng)廢氣溫度降至約160°C時，即達到硫酸露點時，凝結(jié)在鋼材表面上的硫酸就會形 成惡劣的腐蝕環(huán)境。此外，廢氣中所含的氯離子(Cl—)在80°C或更低溫度下與硫酸一起冷 凝，其冷凝成鹽酸，使腐蝕環(huán)境進一步惡化。由于韓國國內(nèi)熱電廠設(shè)備偏向環(huán)保的設(shè)計，操 作溫度呈降低趨勢以提高靜電除塵和脫硫操作的效率。這不僅使硫酸、同樣也使鹽酸都冷 凝在鋼材表面。因此，這也就促生了對具有改進的對硫酸和鹽酸的耐腐蝕性的材料的需求。目前，為生產(chǎn)用于熱電廠的低合金耐腐蝕鋼材，需要聯(lián)合添加Cu和其他耐腐蝕的 合金元素來生產(chǎn)具有優(yōu)越的耐硫酸腐蝕性的鋼材。然而，通過聯(lián)合添加Cu-Co來提高對硫酸的耐腐蝕性的技術(shù)只是關(guān)注于硫酸冷凝 造成的腐蝕。因此，該技術(shù)中的這種耐腐蝕性在鹽酸環(huán)境下被迅速削弱。其中添加有諸如Cu-Cr-(Ti、Nb、V、Mo)等合金元素的鋼材表現(xiàn)出可適用于高溫設(shè) 備的機械特性。但這種鋼材在低溫和低硫酸濃度范圍和鹽酸環(huán)境下耐腐蝕性降低。添加有諸如Cu-Sb-(Mo、Cr、Ni、Sn)等合金元素的鋼材對鹽酸的耐腐蝕性較高。但 其中添加的價格昂貴的Mo使鋼材的生產(chǎn)成本增加，同時也降低了鋼材在硫酸冷凝環(huán)境下 的耐腐蝕性。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明解決了前述的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，因此，本發(fā)明的一個方面提供了一 種在脫硫設(shè)備中的低溫和低硫酸濃度范圍下對硫酸和鹽酸具有優(yōu)良耐腐蝕性的鋼。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種對鹽酸和硫酸具有優(yōu)良耐腐蝕性的鋼， 所述鋼含有大于0至0. 15重量％ C、大于0至1.0重量％ Si，大于0至2.0重量％ Mn、大 于0至0. 03重量％ S、大于0至0. 02重量％ P、0. 01重量％至0. 1重量％ A1、0. 2重量％至 1. 0重量％ Cu、0. 02重量％至0. 1重量％ Co、0. 02重量％至0. 2重量％ Sb、0. 02重量％至 0. 15重量％ Sn、0. 02重量％至0. 2重量％ W以及余量的Fe和不能避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)對鹽酸和硫酸具有優(yōu)良耐腐蝕性 的鋼的方法，所述方法包括將一種鋼再熱至1100°c至1300°c，所述鋼含有大于O至O. 15 重量％ C、大于O至1.0重量％ Si，大于O至2.0重量％ Mn、大于O至0. 03重量％ S、大于O
3至0. 02重量％ P、0. 01重量％至0. 1重量％ A1、0. 2重量％至1. 0重量％ Cu、0. 02重量％ 至0. 1重量％ Co、0. 02重量％至0. 2重量％ Sb、0. 02重量％至0. 15重量％ Sn、0. 02重量％ 至0. 2重量％ W以及余量的Fe和不能避免的雜質(zhì)；在850°C至950°C下熱精軋所述鋼材；以 及，在560°C至660°C下卷取所述鋼材。有益效果所述鋼在低溫和低硫酸濃度范圍下對硫酸和鹽酸的耐腐蝕性得到有利改善。
具體實施例方式下文中將給出根據(jù)本發(fā)明的一個示例實施方案對各元素含量范圍作出限定的原 因。碳(C)含量為大于0至0. 15重量％。C含量超過0. 15重量％會顯著降低對硫酸的耐腐蝕性和焊接特性，由此可能會使 鋼材形成更多缺陷，并使應(yīng)用了本發(fā)明的設(shè)備的使用壽命縮短。因此，C的添加量可為0. 15 重量％或更低。硅(Si)含量為大于0至1.0重量％。Si的添加主要是為了增加鋼的強度。但Si含量超過1.0重量％會很大程度上 劣化低溫和低硫酸濃度范圍下的腐蝕特性，并導(dǎo)致在鋼材熱軋過程中出現(xiàn)紅色氧化鐵皮缺 陷。因此，Si的添加量可為1. 0重量％或更低。錳(Mn)含量為大于0至2.0重量％。Mn的添加一般是為了以硫化錳形式沉淀溶解在鋼材中的硫S，從而防止該溶解的 硫造成的熱脆性，以及符合所需的機械性能。當(dāng)Mn含量超過2. 0重量％時，其在提高強度 方面的作用弱于因損害對硫的耐腐蝕性和綜合耐腐蝕性而帶來的不利。因此，添加的Mn最 多可為2.0重量％。硫(S)含量為大于0至0.03重量％。S的添加量應(yīng)盡量低。S含量超過0. 03重量％時會導(dǎo)致鋼材可能因熱脆性而形成 更多缺陷。因此添加的硫最高可達0.03重量％。磷(P)含量為大于0至0. 02重量％。P含量超過0. 02重量％時可確保強度更高，但會顯著降低對硫的耐腐蝕性和綜合 耐腐蝕性。具體而言，位于晶界的P會損害材料特性，并對表面品質(zhì)有不利影響。因此，P的 添加量最高可為0. 02重量％。鋁(Al)的含量范圍為0. 01重量％至0. 1重量％。Al的添加是為了對鋼材脫氧以抑制鋼材精煉的連續(xù)鑄造過程中出現(xiàn)裂紋。Al含 量低于0.01%時必然使脫氧作用較小。另一方面，Al高于0. 1重量％時則導(dǎo)致產(chǎn)生更多的 Al氧化物，從而可能會使鋼材形成更多缺陷。因此，Al的添加量最高可為0. 1重量％。銅(Cu)的含量范圍為0. 2重量％至1. 0重量％。Cu為必需添加物，其是為了增加對硫酸的耐腐蝕性和綜合耐腐蝕性。Cu的添加量 為0. 2重量％或更高時會顯著增加耐腐蝕性。同時，Cu含量超過1. 0重量％時則會使耐腐 蝕性的增強程度減小，因此經(jīng)濟效率降低。因此，Cu的添加量最高可為1. 0重量％。鈷(Co)含量范圍為0. 02重量％至0. 1重量％。
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除Cu以外，Co也是可增強針對硫酸冷凝的耐腐蝕性的代表性元素。Co與Cu聯(lián)合 添加可使對硫酸的耐腐蝕性比單獨添加Cu時明顯更強。另一方面，與Co對耐硫酸腐蝕性 的作用相比，Co對綜合耐腐蝕性的作用并不明顯。但Co的添加主要是基于其對耐硫酸腐 蝕性的作用。Co的含量范圍可為0.02重量％至0. 1重量％。Co含量低于0.02重量％時 會使其作用減小，Co含量超過0. 1重量％時則就其使用量而言其對耐腐蝕性的改進作用減 小。Co含量超過0. 1重量％時還會大幅增加鋼材生產(chǎn)成本。
銻(Sb)的含量范圍為0.02重量％至0.2重量％。Sb可有效增強對硫酸的耐腐蝕性和綜合耐腐蝕性。Sb可在鋼材表面形成腐蝕作 用的副產(chǎn)物，由此增強耐腐蝕性。Sb含量低于0. 02重量％時會使其作用減小，Sb含量增加 則耐腐蝕性增強。但Sb含量超過0. 2重量％時，其量的增加幾乎不會帶來進一步的作用。錫(Sn)的含量范圍為0. 02重量％至0. 15重量％。與Sb類似，Sn也可有效增強對硫酸的耐腐蝕性和綜合耐腐蝕性。Sn顯著有助于增 加對硫酸的耐腐蝕性。Sn含量低于0.02重量％時幾乎沒有作用。另一方面，Sn含量超過 0. 15重量％時，其不僅不會對耐腐蝕性有很大程度的改善，反而還容易損害可軋制性。艮口， 由于在熱軋過程中Sn的晶界析出而可能使鋼材破裂。鎢(W)的含量范圍為0. 02重量％至0. 2重量％。W的添加也是為了改善耐腐蝕特性。W可有效增強綜合耐腐蝕性，以及確保對硫酸 的耐腐蝕性?；谂c就Sb含量所述的類似原因，W的含量范圍可為0. 02重量％至0. 2重量％。下文將描述本發(fā)明的關(guān)系式。本發(fā)明的兩個關(guān)系式定義了可實現(xiàn)對硫酸和鹽酸的耐腐蝕性的元素含量范圍和 必需元素的種類。首先，關(guān)系式[W(重量％ ) XSn(重量％ )]/Sb(重量％ ) ( 0. 2確定了使必需元 素W、Sn和Sb的耐腐蝕作用最大時它們的含量范圍。根據(jù)該關(guān)系式，很明顯，Sb是這些元 素中相對最為有效的，因此，增加Sb的含量而不增加W和Sn的含量將更為有利。S卩，該關(guān) 系式表示，降低其他元素與Sb的比例，也就是增加Sb的含量是理想的。由此可產(chǎn)生耐腐蝕 性，并且通過添加低廉的Sb來代替昂貴的W可以低成本生產(chǎn)鋼材。其次，關(guān)系式[W(重量％ ) XSn(重量％ )]/Sb(重量％ )興0表示每種元素相乘 或相除的數(shù)值不為零。意思是，為保證該關(guān)系式的值不為零，則元素含量應(yīng)都不為零。該關(guān) 系式中的元素是獲得耐腐蝕性所必不可少的，因此必需添加。為實現(xiàn)對硫酸和鹽酸的耐腐 蝕性，Sn主要用于增加對硫酸的耐腐蝕性，W和Sb主要促進對鹽酸的耐腐蝕性。因此，為獲 得對硫酸和鹽酸的綜合耐腐蝕性，必需添加這些元素。下文將描述一種生產(chǎn)對硫酸和鹽酸具有優(yōu)良耐腐蝕性的鋼的方法。所述方法包括將一種鋼再熱至1100°C至1300°C，所述鋼含有大于0至0. 15重 量％ C、大于0至1.0重量％ Si，大于0至2.0重量％ Mn、大于0至0. 03重量％ S、大于0 至0. 02重量％ P、0. 01重量％至0. 1重量％ A1、0. 2重量％至1. 0重量％ Cu、0. 02重量％ 至0. 1重量％ Co、0. 02重量％至0. 2重量％ Sb、0. 02重量％至0. 15重量％ Sn、0. 02重 量％至0. 2重量％ W以及余量的Fe和不能避免的雜質(zhì)，且Sb、Sn、W的含量滿足如下關(guān)系式 [W(重量％ ) XSn(重量％ )]/Sb(重量％ ) < 0.2 且[W(重量％ ) XSn(重量％ )]/Sb(重
5量％)興0 ；在850°C至950°C下熱精軋所述鋼材；以及，在560°C至660°C下卷取所述鋼材。(1)再熱的溫度范圍為1100°C至1300°C。生產(chǎn)鋼板的軋制過程中的再熱溫度的設(shè)置滿足使鋼坯被維持在預(yù)定軋制溫度下 以控制鋼坯內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并重溶由所添加的元素形成的析出物。因此，再熱的溫度符合所需的 熱軋精軋溫度，并包括可在連續(xù)鑄造過程中消除柱狀結(jié)構(gòu)的預(yù)定范圍。所述再熱的溫度一 般設(shè)置在1100°C或更高溫度。此外，為使添加的元素重新溶解，溫度可隨添加的元素的特性 發(fā)生變化。但如果預(yù)計所添加的元素會在高溫下形成基本上不溶解的析出物，則將元素在 高于用于控制結(jié)構(gòu)的溫度的溫度下加熱。根據(jù)本發(fā)明添加的W相對穩(wěn)定，因此其析出物在 高溫下幾乎不重新溶解。這就要求將鋼坯的再熱溫度提高到1300°c。(2)精軋溫度范圍為850°C至950°C。精軋溫度的設(shè)定一般高于將奧氏體轉(zhuǎn)化為鐵素體的溫度范圍。由此使得剛好在高 于轉(zhuǎn)化點溫度時對鋼坯進行精軋，從而確保各結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫环植嫉蔫F素體。這些均一的 結(jié)構(gòu)防止了在同一腐蝕條件下由于任何的結(jié)構(gòu)差異而產(chǎn)生的局部腐蝕，精軋溫度可設(shè)定在 850°C或更高溫度以保證均一的腐蝕作用。該精軋溫度的上限的設(shè)定滿足在高溫下，在該 鋼材表面上不會產(chǎn)生過多的氧化鐵皮。因此，該精軋溫度的上限設(shè)定在950°C或更低溫度 下，以遏制因形成氧化鐵皮所致的表面缺陷。(3)卷取溫度范圍為560°C至660°C。精軋后的卷取過程包括轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的過程。較高的卷取溫度會使更多晶粒生 長，由此使鋼材具有延展性。但為防止晶粒生長而采用過低卷取溫度時則會使鋼材硬化，這 是由于形成很小的晶粒。鋼材在卷取過程中在表面層發(fā)生氧化，因此溫度過高會導(dǎo)致氧化 鐵皮的形成，這就很可能導(dǎo)致表面缺陷。因此，根據(jù)本發(fā)明，軋制過程后的卷取過程的溫度 設(shè)定在可獲得所需材料特性并防止表面缺陷的560°C至660°C的溫度范圍內(nèi)。實施方式下文將通過實施例更具體地描述本發(fā)明。實施例將鋼錠溶解并進行加工以滿足表1所示含量范圍。將該鋼錠在1250°C的加熱爐內(nèi) 再熱1小時，然后進行熱軋。將該鋼錠在870°C至890°C的溫度下進行熱精軋，在620°C下卷 取，得到的最終厚度為3. 2mm。為評價對硫酸的耐腐蝕性，將熱軋的樣品浸沒在低溫和低濃 度條件下的70°C的50重量％硫酸中6小時，測量腐蝕性造成的降低程度。就對硫酸和鹽酸 的綜合耐腐蝕性而言，以與硫酸耐腐蝕性測定中相同的方式，將該鋼錠浸沒在一種經(jīng)調(diào)整 的死綠水(green death solution) (16. 9體積％硫酸+0. 35體積％鹽酸)中6小時以測量 腐蝕性的降低，所述死綠水非常近似于韓國國內(nèi)的低溫脫硫設(shè)備中的實際腐蝕環(huán)境。結(jié)果 示于表2中。表 1 表 2
[W (重量％ )χ Sn(重量％ )]/ Sb (重量％ )對硫酸的耐腐蝕 性(mg/cm2/小時) 50重量％硫酸-70 °C對鹽酸和硫酸的綜 合耐腐蝕性(mg/cm2/ 小時) 16.9體積％硫酸-0. 35 體積％鹽酸-70°C本發(fā)明的鋼1組成10. 0522. 481.49本發(fā)明的鋼2組成20. 0521. 951. 78對比鋼1組成346. 3020. 94對比鋼2組成4028. 092. 69對比鋼3組成558. 1710. 60對比鋼4組成626. 579. 35對比鋼5組成7027. 568. 98對比鋼6組成8026. 512. 47對比鋼7組成9024. 443. 05
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本發(fā)明的鋼1和2分別具有含Cu、Co、Sb、W和Sn的化學(xué)組成。其中，Sb、Sn和W的 含量滿足關(guān)系式[W(重量％) XSn(重量％)]/Sb(重量％)且[W(重量％) XSn(重 量％)]/313(重量％)興0)，表現(xiàn)出了優(yōu)異的對硫酸的耐腐蝕性和綜合耐腐蝕性。就綜合耐 腐蝕性而言，Sb、Sn和W具有至關(guān)重要的作用。意思是，即便是在僅缺失它們中一種元素的 情況下，也會損害耐腐蝕性，正如對本發(fā)明的鋼1和2以及對比鋼5、6、7和9的浸沒測試中 所示。其中添加有Sb和Mo的對比鋼2和8顯示出良好的對硫酸的耐腐蝕性和綜合耐腐 蝕性。然而，添加Mo會增加生產(chǎn)成本，并且，與聯(lián)合添加Sb、W和Sn的情況相比，添加Mo所 獲得的耐腐蝕性較弱。對比鋼3和4組成的差別在于是否存在Co。對比鋼3未添加有Co，其對硫酸的耐 腐蝕性顯著降低。這表明，就對硫酸的耐腐蝕性而言，Co的添加應(yīng)是必需的。對比鋼1表現(xiàn)出對硫酸的耐腐蝕性以及綜合耐蝕性均較差，這是由于添加了 Ni。 因此，應(yīng)在設(shè)計組成時將Ni排除在外。
權(quán)利要求
一種對鹽酸和硫酸具有優(yōu)良耐腐蝕性的鋼，所述鋼含有大于0至0.15重量％C、大于0至1.0重量％Si，大于0至2.0重量％Mn、大于0至0.03重量％S、大于0至0.02重量％P、0.01重量％至0.1重量％Al、0.2重量％至1.0重量％Cu、0.02重量％至0.1重量％Co、0.02重量％至0.2重量％Sb、0.02重量％至0.15重量％Sn、0.02重量％至0.2重量％W以及余量的Fe和不能避免的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的鋼，其中所述Sb、Sn、W的含量滿足如下關(guān)系式[W(重量％)\311(重 量％)]/313(重量％)彡0.2且[1(重量％)\511(重量％)]/513(重量％)興0。
3.—種生產(chǎn)對鹽酸和硫酸具有優(yōu)良耐腐蝕性的鋼的方法，所述方法包括將一種鋼再熱至1100°C至1300°C，所述鋼含有大于0至0. 15重量％ C、大于0至1.0 重量％ Si，大于0至2. 0重量％ Mn、大于0至0. 03重量％ S、大于0至0. 02重量％ P、0. 01 重量％至0. 1重量％ A1、0. 2重量％至1. 0重量％ Cu、0. 02重量％至0. 1重量％ Co、0. 02 重量％至0. 2重量％ Sb、0. 02重量％至0. 15重量％ Sn、0. 02重量％至0. 2重量％ W以及 余量的Fe和不能避免的雜質(zhì)，且Sb、Sn、W的含量滿足如下關(guān)系式[W(重量％ ) XSn(重量％ )]/Sb (重量％ )彡0.2且[W(重量％ )XSn(重量％ )]/ Sb (重量 ％ ) ^ 0 ；在850°C至950°C下熱精軋所述鋼材；和 在560°C至660°C下卷取所述鋼材。
全文摘要
提供了一種對鹽酸和硫酸具有優(yōu)良耐腐蝕性的鋼材及其生產(chǎn)方法。所述鋼材含有大于0至0.15重量％C、大于0至1.0重量％Si，大于0至2.0重量％Mn、大于0至0.03重量％S、大于0至0.02重量％P、0.01重量％至0.1重量％Al、0.2重量％至1.0重量％Cu、0.02重量％至0.1重量％Co、0.02重量％至0.2重量％Sb、0.02重量％至0.15重量％Sn、0.02重量％至0.2重量％W以及余量的Fe和不能避免的雜質(zhì)。所述方法包括，將所述鋼材再熱至1100℃至1300℃，在850℃至950℃下熱精軋所述鋼材，并在560℃至660℃下卷取所述鋼材。
文檔編號C22C38/04GK101910442SQ200780102098
公開日2010年12月8日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者李秀姬, 鄭琪朝, 金正哲 申請人:Posco公司