胡才望，徐 敏，吳 娜，吳冬梅，李 淼

（江陰市無縫鋼管總廠，江蘇 江陰 214442）

ND鋼即指09CrCuSb耐硫酸低溫露點(diǎn)腐蝕用鋼，被廣泛應(yīng)用于制造在高含硫煙氣中服役的省煤器、空氣預(yù)熱器等以抵御含硫煙氣結(jié)露點(diǎn)腐蝕。目前，石油煉化企業(yè)及各電站鍋爐省煤器、空氣熱交換器所使用的鋼管也逐步被ND鋼管所代替。由于原ND鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)及冶金工藝的缺點(diǎn)，其鋼管的耐腐蝕性能達(dá)不到理想要求，因此江陰市無縫鋼管總廠從2009年開始，在原ND鋼的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究開發(fā)出一種新型抗低溫露點(diǎn)腐蝕用ND鋼管（簡稱新型ND鋼管），以下將詳細(xì)介紹。

1 ND鋼管的生產(chǎn)要求

ND鋼的使用環(huán)境相當(dāng)苛刻。在省煤器和空氣熱交換器中的ND鋼管，熱面是含有SO2及SO3的酸性氣體，冷面則是低溫的空氣或水。特別是當(dāng)鋼管帶有裂紋或焊口未焊透時(shí)，冷水噴出與煙氣中的SO2、SO3形成高溫低濃度的硫酸腐蝕，對壁厚只有2～4 mm的ND鋼管只需10余天就會穿透；所以，不僅要保證ND鋼具有合格的化學(xué)成分和耐腐蝕性，還要確保ND鋼管無裂紋或超標(biāo)缺陷。

在省煤器和空氣熱交換器的制造中，存在很多焊接點(diǎn)，因此對焊條的化學(xué)成分有一定要求，考慮到高溫焊接時(shí)部分化學(xué)成分元素的燒損，一般用化學(xué)成分略高于ND鋼管的焊條，焊接后要對焊口進(jìn)行100%X光拍片檢查，確保焊接質(zhì)量。

2 ND鋼管的生產(chǎn)工藝流程及關(guān)鍵點(diǎn)

新型ND鋼管的生產(chǎn)流程：鐵水深脫S、P→煉鋼→爐外精煉（LF）→真空脫氣（VD）→喂絲→弧形連鑄→緩冷→軋制管坯→管坯酸洗→斷料穿孔→精軋或冷拔→熱處理（正火）→檢驗(yàn)、探傷→包裝入庫。

煉鋼及澆鑄的關(guān)鍵點(diǎn)如下：①采用夾雜物含量低的優(yōu)質(zhì)廢鋼加深脫S、P鐵水，電爐冶煉時(shí)應(yīng)合理配入生鐵、海綿鐵和優(yōu)質(zhì)廢鋼。②為了保證新型ND鋼管的抗腐蝕性能，生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制S含量。③控制好電爐下渣量，電爐渣中P含量是減少鋼水回磷量的關(guān)鍵。④因氧化末期C含量較低，鋼水氧化嚴(yán)重，出鋼前應(yīng)定氧并加入適量的脫氧劑使鋼水充分脫氧。在LF爐外精煉時(shí)喂入Al線確保Al的含量，經(jīng)LF精煉后的鋼水必須進(jìn)行VD真空脫氣處理，喂入一定的Si-Ca絲對鋼中Al2O3夾雜物球化處理，通入Ar氣使鋼水上下翻動（LF和VD精煉時(shí)以剛好破渣為宜），確保合金均勻及氣體的溢出。⑤采用弧形連鑄+Ar氣保護(hù)+電磁攪拌鑄成方坯，嚴(yán)格控制拉坯頻率、拉坯速度、冷卻水量和進(jìn)出水溫度。⑥由于新型ND鋼需深度脫碳以及確保鋼坯內(nèi)部氫氣的溢出，以改善鋼坯內(nèi)外表面質(zhì)量，因此連鑄方坯要采用堆放進(jìn)行緩冷［1］。

3 新型ND鋼管熱處理工藝及耐腐蝕試驗(yàn)

對軋制好的新型ND鋼管進(jìn)行正火熱處理，為選取合適的正火溫度，進(jìn)行了以下試驗(yàn)。

首先通過計(jì)算，得到新型ND鋼的AC3溫度大約為860℃，由于正火溫度一般采用AC3線或Acm線上 30～50 ℃［3］，因此選取 860 ℃、880 ℃、900℃、930℃等4種不同的正火溫度，在箱式電爐中對Φ42 mm×3 mm新型ND鋼管進(jìn)行正火，保溫時(shí)間為20 min。

正火后，分別在成品鋼管上取10 mm管段試樣，將試樣內(nèi)外表面氧化鐵皮清除干凈，測量并計(jì)算試樣的全表面積；按試樣全表面積配制50%濃度的H2SO4溶液，溶液配制量不少于20 mL/cm2，水和硫酸的配比按質(zhì)量配制（采購標(biāo)稱為95%～98%的硫酸分析純或優(yōu)質(zhì)純）；試樣稱重后放入配制好的溶液中，并放入70℃±2℃的恒溫箱內(nèi)浸泡24 h后取出，沖洗干凈，測量腐蝕后試樣的質(zhì)量，最后計(jì)算出試樣腐蝕速率［2］。

Φ42 mm×3 mm新型ND鋼管正火后的腐蝕試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。從表1可以看出：正火溫度為880℃時(shí)，新型ND鋼管的晶粒度為9級，腐蝕速率最低，平均只有 4.36 mg/（cm2·h）。故生產(chǎn)選用880℃對新型ND鋼管進(jìn)行正火處理，并制定出熱處理工藝制度，具體見表2。

表1 Φ42 mm×3 mm新型ND鋼管正火后的腐蝕試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)可查資料顯示：從日本引進(jìn)的同類鋼種的腐蝕速率為 13.4 mg/（cm2·h），我國同行業(yè) ND鋼管的腐蝕速率為7.3 mg/（cm2·h），并一直保持在這一水平［4］。研發(fā)的新型ND鋼管的腐蝕速率為4.0～5.0 mg/（cm2·h）（表 1），達(dá)到并超過國際先進(jìn)水平。

4 新型ND鋼管的性能

新型ND鋼管與原ND鋼管的化學(xué)成分對比見表3。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證ND鋼的耐腐蝕性能，對其化學(xué)元素含量必須嚴(yán)格控制，如w（C）必須小于 0.10%，w（Sb）≤0.15%，w（Ni） ∧0.10%，w（Mo） ∧0.10%，w（P）≤0.15%和 w（S）≤0.005%，同時(shí)還要求Cr、Cu、Sb、Ti元素在鋼中的均勻性。需要指出的是：并不是合金元素含量越高耐腐蝕性越強(qiáng)，耐腐蝕性能主要取決于各合金元素的配比，任何合金成分中元素的偏析都將使ND鋼的耐腐蝕性能受到影響。應(yīng)通過嚴(yán)格控制合金成分以及冶金工藝，使合金元素達(dá)到均勻化、耐腐蝕的目的。新型ND鋼管金相組織為鐵素體+珠光體，晶粒度為9級，如圖1所示，其力學(xué)性能見表4。

表3 新型ND鋼管與原ND鋼管的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）對比 %

圖1 新型ND鋼管的金相組織

表4 新型ND鋼管的力學(xué)性能

5 新型ND鋼管的應(yīng)用

由于ND鋼在不同溫度和濃度的H2SO4中腐蝕速率差異很大，因此要求在工況的操作上盡可能將冷卻面的介質(zhì)溫度作適當(dāng)提高，從鍋爐設(shè)計(jì)上加一預(yù)熱裝置，這樣可以明顯提高省煤器和空氣熱交換器的使用壽命。某煉化廠余熱鍋爐省煤器采用新型ND鋼管前后的運(yùn)行時(shí)間對比見表5。

表5 某煉化廠余熱鍋爐省煤器采用新型ND鋼管前后的運(yùn)行時(shí)間對比

6 結(jié) 論

（1）新型抗低溫露點(diǎn)腐蝕用ND鋼管在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%、溫度為70℃±2℃的H2SO4溶液中進(jìn)行試驗(yàn)，腐蝕速率≤5.0 mg/（cm2·h），達(dá)到并超過國際先進(jìn)水平。

（2）實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制化學(xué)成分及合金元素在鋼中的均勻性，嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝制度，確保ND鋼管的產(chǎn)品質(zhì)量，提高其耐腐蝕性能。

（3）新型ND鋼管由原ND鋼管運(yùn)行1 428天提高到1 987天后仍在役，是一種新型的節(jié)能環(huán)保材料。

（4）在鍋爐制造過程中應(yīng)對焊條及焊口嚴(yán)格把關(guān)，設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)添加預(yù)熱裝置，適當(dāng)提高冷卻面介質(zhì)溫度，可使鍋爐用鋼管避開低溫排煙時(shí)造成露點(diǎn)腐蝕，延長鍋爐使用壽命。

本文得到了上海材料研究所鄭文龍教授的指導(dǎo)及指正，在此表示感謝。

［1］胡才望，丁勇.低溫酸性環(huán)境用L460Q（X60Q）PSL2鋼級無縫鋼管的研制與開發(fā)［C］//第二屆全國鋼管生產(chǎn)與裝備技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展論壇論文集.2011.

［2］全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB 150.2—2011壓力容器第2部分：材料［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011：74-75.

［3］孟延軍.軋鋼基礎(chǔ)知識［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005：79.

［4］鄭文龍，王榮光，閔國全，等.耐硫酸露點(diǎn)用ND鋼及其應(yīng)用［J］.壓力容器，1998（1）：36-39.