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1、热轧耐硫酸露点腐蚀的热轧耐硫酸露点腐蚀的 12MnCuCr12MnCuCr 钢板的性钢板的性孙传水(济南钢铁集团总公司)摘摘 要要 研究了济钢研制和生产的 Q295 级的耐硫酸露点腐蚀的 12MnCuCr 钢板显微组织、非金属夹杂物及其力学性能、焊接性能和耐硫 酸露点腐蚀性能、耐大气腐蚀性能以及耐磨性。探讨了铜和硫提高低合 金钢耐大气腐蚀性能及耐硫酸露点腐蚀性能的作用机制及其含量的控制 问题。 关键词关键词 12MnCuCr 钢 耐硫酸露点腐蚀性能 力学性能 腐蚀速率STUDY ON PROPERTIES OF HOT ROLLED SULPHURIC ACID DEW POINT CORRO
2、SION RESISTANT 12MnCuCr STEEL PLATESSUN Chuanshui(Jinan Iron and Steel Group Corp.)ABSTRACT The microstructure,nonmetallic inclusions and the mechanical properties,weldability and sulphuric acid dew point corrosion resistance,atmospheric corrosion resistance and wear resistance of sulphuric acid dew
3、 corrosion resistant 12MnCuCr steel plates with minimum yield strength of 295 MPa have been studied.The mechanism of increasing atmospheric corrosion resistance and sulphuric acid dew corrosion resistance of HSLA steel by Cu and S and their optimal content range have been discussed. KEY WORDS 12MnCu
4、Cr steel,sulphuric acid dew point corrosion resistance,mechanical properties,corrosion rate采用含硫量较高的燃料的锅炉燃气中含有 SO2和 SO3，它们可以显著 提高含有水汽的燃气的酸露点，于是便在锅炉的节煤器、空气预热器、 集尘器、烟道和烟囱等低温部件上凝结出硫酸来，引起硫酸露点腐蚀 1。用 Q235 钢制作的锅炉低温部件，由于其耐硫酸露点腐蚀性能很差，腐蚀严重，使用寿命很短，因此，研制、开发和使用耐硫酸露点腐蚀钢 对提高锅炉低温部件使用寿命非常重要。为了满足这种需要，济钢开发 出一种耐硫酸露点腐蚀的
5、Q295 级的铁素钵-珠光体型低合金高强度 12MnCuCr 钢，用它制造电厂锅炉回转式空气预热器，使用效果良好，在 130160 温度下使用寿命比 Q235 钢提高 3.37 倍2。本文将研究 12MnCuCr 钢的显微组织和非金属夹杂物、力学性能和工艺性能、耐蚀性和耐磨性。1 1 试验材料及试验方法试验材料及试验方法1.11.1 试验材料实验用 12MnCuCr 钢是在济钢用 LD 氧气顶吹转炉冶炼的，采用炉内 预脱氧和钢包内终脱氧相结合的脱氧方法，下注成 180、200、240 mm 扁锭。12MnCuCr 钢的实际化学成分(%)为：0.080.15 C，0.2600.365 Si，0.
6、480.98 Mn，0.0140.034 P，0.0090.027 S，0.200.26 Cu，0.440.64 Cr，0.030.07 V。上述扁锭经 94.0 %95.8 %的总压下率热轧成(814) mm1 600 mm实长的钢板。钢锭热轧前加热温度为 1 1301 180 ，开轧温 度为 1 0501 150 ，终轧温度为 850900 。热轧后空冷。 1.21.2 显微组织和非金属夹杂物分析方法对每批热轧 12MnCuCr 钢板取金相试样，经磨片、抛光和浸蚀后分 析其显微组织，用比较法测定铁素体晶粒度级别、魏氏组织和带状组织 级别。在未经浸蚀的抛光试样上确定非金属夹杂物的类型及级别，
7、对个 别批次钢板抛光试样用能谱仪测定其化学成分。 1.31.3 力学性能和工艺性能的测定方法对每批热轧 12MnCuCr 钢板取拉伸试样和冷弯试样，进行常规拉伸 试验和冷弯试验。对个别批次 12MnCuCr 钢板在淄博电焊条厂和山东冶 金研究所进行焊接试验，并测定手工焊后的力学性能。 1.41.4 耐蚀性试验方法用浓硫酸全浸腐蚀试验模拟硫酸露点腐蚀1。据此对 12MnCuCr 钢 和 Q235 钢在不同温度和不同浓度的硫酸中进行了不同时间的对比实验。 两种钢每个试验条件下各 3 个试样，其名义尺寸为 40 mm40 mm9 mm。腐蚀试验条件是：30 ，20 %H2SO4，浸泡 6 h；70
8、，50 %H2SO4，浸泡 6 h；70 ，50 %H2SO4，浸泡 130 h。试验后去除表面腐 蚀产物，再用清水冲洗，浸泡酒精、吹干、称重。根据标准 GB4334.6 84 计算腐蚀率(腐蚀速率)。本试验中也与 Q235 钢对比地研究了 12MnCuCr 钢在硫酸中的孔蚀情 况和抗孔蚀能力。将 12MnCuCr 钢板与 Q235F 钢板同时在山东辛店电厂 4 号回转预热 器低温段下部进行耐硫酸露点腐蚀工业试验。试样尺寸均为 67 mm30 mm，运行时间均为 4 302.12 h。同时又在成都 521 所对两种钢进行了 耐大气腐蚀的挂片试验。 1.51.5 耐磨性试验方法锅炉的低温部件在工
9、作时也要承受烟气中未燃烧的碳微粒的磨损作 用。耐磨性试验在 ML10 型静载荷两体磨损试验机上进行。在两体磨损试验中，以单位行程、单位面积上的重量损失的倒数表 征耐磨性。静载荷两体磨损试验条件为：试验静载荷 49 N；每转进给量 4 mm；砂纸类型为 0.105 mm 刚玉砂纸；试验机转速 50 r/min。2 2 实验结果及结果分析实验结果及结果分析2.12.1 热轧 12MnCuCr 钢板显微组织和非金属夹杂物热轧 12 MnCuCr 钢板显微组织为铁素体-珠光体，只有少量的锰和 铬含量偏上限的 12MnCuCr 钢板组织中出现少量贝氏体，其典型显微组 织如图 1 所示。对大量生产的 12
10、MnCuCr 钢板显微组织分析结果表明： 组织绝大多数为铁素体+少量珠光体组织；铁素体晶粒度为 68 级；魏 氏组织小于 1 级，带状组织小于 3 级。图 1 热轧 12MnCuCr 钢板显微组织 Fig.1 Microstructure of hot rolled 12MnCuCr steel plate金相和能谱分析结果表明，12MnCuCr 钢中的非金属夹杂物主要是 MnS 和 MnS 与硅酸盐的混合物夹杂，其级别小于 3 级。12MnCuCr 钢中的非金 属夹杂物，不仅数量少，而且尺寸也略小。这既有利于提高钢板力学性 能和工艺性能，又对提高耐硫酸露点腐蚀性能有益。表 1 成品钢板力学性
11、能值与要求值的对比 Table 1 Comparison of mechanical properties values and required values of product steel plates性能s/MPab/MPa5/%冷弯 d2a 180 要求 值29542022.0不裂成品 达到 值(377.9) /(316.9469.9)(531.7) /(463.0600.4)(26.9) /(20.031.0)全部 合格注：成品达到值的分子为平均值，分母为波动范围。 2.22.2 热轧 12MnCuCr 钢板性能济钢共试制和生产 24 批 12MnCuCr 钢板，厚度为 814 m
12、m，成品钢 板所达到的力学性能值与要求值的对比见表 1。成品钢板力学性能频数分布直方图如图 2 所示。表 1 和图 2 表明，12MnCuCr 成品钢板力学性能 中 s、b均超过要求值，只有 8.3 %的钢板 5略低于要求值而不合 格。这两批 5不合要求的钢板主要是由于其中锰和铬含量偏上限，组 织中出现少量贝氏体组织，使 s和 b过高。但其冷弯性能仍合格， 合格率高达 100 %。焊接试验结果表明：12MnCuCr 钢板可采用 T42、T502 和耐候钢试 T422CrCu 试验焊条进行焊接，在施焊前焊条经 150 2 h 烘焙，焊速 为 140160 mm/min 的条件下，焊接质量没有问题
13、；手工焊后力学性 能都能满足要求。12MnCuCr 钢焊接热敏感性试验、碳当量计算和冷裂纹 敏感性试验结果都表明，该钢能达到焊接质量要求，具有较好的可焊性， 其可焊性相当于 16Mn 钢。 2.32.3 12MnCuCr 钢的耐腐蚀性能图 2 热轧 12MnCuCr 钢板力学性能相对频数分布直方图 Fig.2 Relative frequencies distribution of mechanical properties of hot rolled 12MnCuCr steel plates(a)s；(b)b；(c)52.3.12.3.1 耐硫酸腐蚀性能12MnCuCr 钢与 Q235 钢
14、在不同温度和浓度的硫酸中的腐蚀试验结果 如表 2 和图 3 所示。由表 2表 2 两种钢的腐蚀条件、平均腐蚀速率及 在相同腐蚀条件下的相对耐蚀性 Table 2 Corrosion conditions,average corrosion rates and relative corrosion resistances under identical corrosion conditions of two kinds of steels钢号腐蚀条件平均腐蚀速率/ g*m-2*h-1相对 耐蚀性Q23520 %H2SO4，65.601.00 12MnCuCr30 ，6 h25.452.58 Q2
15、3550 %H2SO4，1 098.371.00 12MnCuCr70 ，6 h288.903.80 Q23550 %H2SO4，555.201.00 12MnCuCr70 ，130 h175.023.17注：相对耐蚀性为同一腐蚀条件下对 Q235 钢的相对腐蚀速率的倒 数。 和图 3 可以看出，在相同的腐蚀条件下，12MnCuCr 钢的腐蚀速率比 Q235 钢小得多，12MnCuCr 钢对 Q235 钢的相对耐蚀性波动在 2.583.80 之间；随硫酸浓度和溶液温度提高，两种钢的腐蚀速率都明图 3 12MnCuCr 钢与 Q235 钢在相同腐蚀条件下 的相对耐蚀性的比较 Fig.3 Comp
16、arison of relative corrosion resistance between 12MnCuCr steel and Q235 steel under identical corrosion conditions显提高，但 12MnCuCr 钢腐蚀速率比 Q235 钢提高的较少，在硫酸浓度由 20 %增加到 50 %，而溶液温度由 30 提高到 70 时，12MnCuCr 钢对 Q235 钢的相对耐蚀性由 2.58 提高到 3.80。这意味着腐蚀条件越刻苛， 12MnCuCr 钢在耐硫酸腐蚀方面对 Q235 钢的优越性就越明显。在 70 和 50 %硫酸腐蚀条件下，当浸泡时间由 6 h 延长到 130 h 时，两种钢的 腐蚀速率都明显降低；尽管 12MnCuCr 钢对 Q235 钢的相对耐蚀性有所减 小，但仍为 Q235 钢的 3.17 倍。从三个腐蚀试
