專利名稱：含鉬貝茵體低合金鋼及熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含鉬貝茵體低合金鋼及熱處理工藝，主要用于抗應(yīng)力腐蝕開裂的熱風爐殼板和圍管。
產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂破壞須同時具備如下三個條件特定的鋼種，在特定的腐蝕介質(zhì)中，處于一定的應(yīng)力狀態(tài)下才會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂破壞。
碳鋼和其他一些低合金鋼在熱風爐鋼板條件下就滿足了上述三條件。熱風爐外殼鋼板通常僅處在50～80℃，但這正是熱風爐內(nèi)的含氮氣氛在高溫下形成NOX和硝酸及硝酸鹽后，通過耐火磚開始冷凝在鋼殼板上的露點溫度。這就具備了合適的腐蝕性介質(zhì)條件。此外，熱風爐工作時，爐內(nèi)送風壓力往往在1～6個大氣壓之間變動，從而在鋼板中產(chǎn)生了動態(tài)的脈動應(yīng)力，再加上熱風爐鋼板中原有的焊接殘余應(yīng)力和加工應(yīng)力，這就使熱風爐鋼板易遭受應(yīng)力腐蝕開裂破壞(

圖1)。
國際上，工業(yè)發(fā)達國家自60年代以來不斷發(fā)生熱風爐的應(yīng)力腐蝕開裂嚴重事故，大型熱風爐停產(chǎn)一天就損失上百萬元。原因在于這些工業(yè)發(fā)達國家為了提高生產(chǎn)率和降低能耗而大大提高了燃燒溫度(1200～1300℃)。這就促進和加劇了硝酸鹽介質(zhì)的形成，為發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂過程而創(chuàng)造了條件。歐美各國近20年來集中研究這一問題，迄今尚未研制出一種可以有效地防止熱風爐殼板應(yīng)力腐蝕開裂的新鋼種。
我國熱風爐大多采用A3鋼，由于燃燒溫度低(1000～1100℃)，不能形成或很少形成硝酸鹽介質(zhì)，致使應(yīng)力腐蝕開裂的條件不充分，我國迄今雖未發(fā)生熱風爐殼板斷裂事故，但在大修時發(fā)現(xiàn)殼板有大量小裂紋，如進一步發(fā)展，造成應(yīng)力腐蝕開裂事故，其后果是不堪設(shè)想的。
在已公開的專利文獻中，有日本的昭59-23849提出抗氫腐蝕的低合金鋼，Mo含量為0.45～0.60%，這是為了保證鋼的強度和韌性，并含有0.01～0.20%的稀土元素La，主要用于石油工業(yè)、化學工業(yè)的高溫高壓氫環(huán)境下的壓力容器和管道，目的是為了防止高溫高壓氫損傷破壞。另外還有一些類似的含Mo低合金鋼，Mo的含量都較低，旨在提高高溫強度，改變?nèi)渥儚姸?，通常用在石油工業(yè)和化學工業(yè)的壓力容器上，這類鋼經(jīng)試驗證明，并不適用于抗應(yīng)力腐蝕開裂的煉鐵熱風爐上，也就是說不具備抗應(yīng)力腐蝕開裂的性能。
由上述可知，選擇適合的合金成分，及采用適當?shù)臒崽幚砉に嚝@得用于熱風爐的鋼種一直是人們急待解決的問題，盡管國內(nèi)外的一些科研人員從事這方面的研究工作，但至今尚未得到令人滿意的研制結(jié)果。
本發(fā)明的目的在于，提供一種含Mo的貝茵體低合金鋼及熱處理工藝，解決熱風爐應(yīng)力腐蝕開裂問題。
為實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明是將合金成分為(按重量百分比)C0.12～0.1% , Si0.20～0.60%Mn0.40～0.65%, P ≤0.045%S≤0.045%Mo 0.60～0.94%Fe余量的鋼種經(jīng)過適當?shù)臒崽幚碇贫?，使鐵素體組織轉(zhuǎn)變?yōu)樨愐痼w組織，該熱處理工藝是，將含Mo低合金鋼在925～950℃保溫20～60分鐘，實現(xiàn)全奧氏體化處理，接著在鹽浴爐中淬火冷卻至325～425℃，保溫20～40分鐘，實現(xiàn)貝茵體轉(zhuǎn)變，然后空冷至室溫。
慢應(yīng)變速率的應(yīng)力腐蝕試驗結(jié)果表明，鋼樣表面層凡為貝茵體組織處均未受腐蝕，而其他鐵素體組織處均已被腐蝕，見圖2，應(yīng)力腐蝕裂紋擴展達到貝茵體處可以停止擴展前進，見圖3。顯然貝茵體組織具有較高的耐蝕性和抗應(yīng)力腐蝕開裂的性能。本發(fā)明獲得貝茵體組織，見圖4，因此，含Mo貝茵體鋼在熱風爐的硝酸鹽環(huán)境介質(zhì)中具有良好的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。下面結(jié)合具體實驗數(shù)據(jù)進一步說明本發(fā)明的實施效果。
表一含Mo鋼合金成分(重量%)
其熱處理工藝是在950℃保溫30分鐘，再在鹽浴爐中淬火冷卻至360℃，保溫20分鐘，然后空冷至室溫。
圖5為不同含Mo鋼在1M NaNO3溶液中的應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率。
圖6為各種含Mo鋼在不同溫度的1M NaNO3溶液中的應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率。
由圖5和圖6得知
(1)不含Mo的常規(guī)16Mn鋼在25℃(室溫)直至90℃在1M NaNO3溶液中均具有顯著的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性，且隨溫度升高而增大。
(2)對于含Mo量為0.280%的鋼，在硝酸鹽溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性已明顯減小，在25℃時已無敏感性，但高于25℃直至90℃仍有應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。
(3)對于含Mo量為0.505%的鋼，在硝酸鹽溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性進一步下降，在50℃以下已無敏感性，高于50℃直至90℃仍有應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。
(4)當含Mo量在0.60%～0.94%范圍中時，在硝酸鹽溶液中于25～90℃均無應(yīng)力腐蝕開裂敏感性，即應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)展速率為零(圖6)。因此，具有這一含Mo量的含Mo貝茵體鋼應(yīng)用于熱風爐中將具有抗應(yīng)力腐蝕開裂的安全性。
圖7為各種含Mo鋼在1M NaNO3(75℃)中于陽極極化時的應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率。
通過外加陽極電位，可以加速和加劇應(yīng)力腐蝕開裂的過程，含0.60%和0.94%Mo的鋼在75℃的硝酸鹽溶液中，即使外加200MV陽極性電位，也無應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)生，即應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)展速率為零(圖7)。這進一步說明了含Mo貝茵體鋼的抗應(yīng)力腐蝕開裂穩(wěn)定性很好。
圖8為含Mo量-溫度-應(yīng)力腐蝕圖(1M NaNO3)。
圖8清楚地表明，含有一定Mo量的鋼在給定的溫度范圍中，于硝酸鹽溶液中是沒有應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的。對于熱風爐鋼板可能工作在90℃以下，Mo含量為0.60～0.94%的貝茵體低合金鋼具有良好的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。圖8曲線對于確定對應(yīng)力腐蝕開裂免疫的條件、可用的界限溫度、以及確定對應(yīng)力腐蝕免疫的、可用的含Mo量具有實際指導意義，從而可以有效地防止熱風爐環(huán)境造成的硝酸鹽介質(zhì)誘發(fā)的應(yīng)力腐蝕開裂，使熱風爐的溫度能夠進一步提高，降低生產(chǎn)能耗。
權(quán)利要求
1.一種含Mo貝茵體低合金鋼，其特征在于合金成分為(按重量百分比)C0.12～0.18%，Si0.20～0.60%，Mn0.40～0.65%，P≤0.045%，S≤0.045%，MO0.60～0.94%。
2.一種上述含Mo貝茵體低合金鋼的熱處理工藝，其特征在于在925～950℃保溫20～60分鐘，接著在鹽浴爐中淬火冷卻至325～425℃，再保溫20～40分鐘，最后空冷至室溫。
3.如權(quán)利要求1，2所述的低合金鋼，其特征在于它用于抗應(yīng)力腐蝕的熱風爐殼板和圍管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含鉬貝茵體低合金鋼，Mo含量為0.60～0.94％，該合金鋼經(jīng)過特定的熱處理工藝，在925～950℃保溫20～60分鐘，實現(xiàn)全奧氏體化處理，接著在鹽浴爐中淬火冷卻至325～425℃，保溫20～40分鐘，實現(xiàn)貝茵體轉(zhuǎn)變，最后空冷至室溫，可以獲得貝茵體組織，從而可以有效地防止熱風爐環(huán)境造成的硝酸鹽介質(zhì)誘發(fā)的應(yīng)力腐蝕開裂，使熱風爐的工作溫度能夠進一步提高，降低生產(chǎn)能耗。
文檔編號C22C38/12GK1072965SQ9111080
公開日1993年6月9日 申請日期1991年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月23日
發(fā)明者吳萌順, 楊天鈞, 曹備, 龍民, 顧正秋 申請人:北京科技大學