孫根領(lǐng)

（濟鋼集團有限公司 科技質(zhì)量部，山東 濟南250101）

1 前言

冶金、電力、石化以及煙草等工業(yè)領(lǐng)域，在以重油或燃煤為主要燃料的煙氣處理系統(tǒng)中，燃料中含硫量偏高，其燃燒廢氣中的二氧化硫有一部分氧化成三氧化硫，此三氧化硫可以和廢氣中的水蒸氣結(jié)合成硫酸蒸氣，在處理系統(tǒng)的低溫（100～160℃）部位，如引風(fēng)機擋板、省煤器、集塵器、空氣預(yù)熱器、煙道和煙囪等處結(jié)露成硫酸液體，對設(shè)備造成腐蝕。這種在露點溫度下形成硫酸而造成設(shè)備腐蝕的現(xiàn)象，稱之為“硫酸露點腐蝕”。這種腐蝕環(huán)境不但對普通鋼有腐蝕，對不銹鋼也會造成劇烈的腐蝕，對設(shè)備危害相當(dāng)嚴重。人們嘗試多種途徑解決部件耐腐蝕問題，如采用硼硅玻璃管、搪瓷或非金屬涂料等。這些措施雖可在一定程度上避免傳熱構(gòu)件的硫酸露點腐蝕，但施工難度大，同時影響換熱效率。采用具有耐硫酸露點腐蝕性能的低合金鋼制作部件作為一個較好的解決方案被廣泛接受。

2 耐硫酸露點腐蝕鋼的研發(fā)及應(yīng)用情況

20世紀80年代中期，日本新日鐵株式會社通過在鋼中加入Cu、Sb，研制生產(chǎn)了耐硫酸腐蝕鋼S-TEN1，后來又開發(fā)了耐硫酸、鹽酸腐蝕鋼新S-TEN2，1995年日本住友公司也研制生產(chǎn)了耐硫酸腐蝕鋼CRIA，并向我國很多企業(yè)推廣使用。但經(jīng)過長期使用證明，日本研發(fā)的鋼種，更適應(yīng)其本國的實際情況，在我國不能達到理想的耐腐蝕效果。濟鋼根據(jù)國內(nèi)的需求，于1990年研制出了12MnCu-Cr“耐硫酸露點”鋼板，并被當(dāng)時的電力部華北電力設(shè)計院采用，用于河北三河電廠。隨后在山東地區(qū)內(nèi)諸多電力、化工企業(yè)建設(shè)工程中，用于制造煙道、鋼煙囪、乙烯裂解爐、空氣預(yù)熱器、鼓風(fēng)機等，并取得令人滿意的效果。1993年，上鋼三廠等8家單位共同研制開發(fā)出了NS1-1、NS1-2（10CrMnCu）耐硫酸腐蝕用鋼，在國內(nèi)火電廠廣泛應(yīng)用，并出口印尼。

2004年濟鋼在吸取S-TEN1、S-TEN2和CRIA鋼和前期國內(nèi)“耐硫酸露點鋼”經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，又成功研制了更新產(chǎn)品JNS耐硫酸露點腐蝕鋼，逐步應(yīng)用于電廠煙囪、空氣預(yù)熱器等領(lǐng)域，應(yīng)用取得了更加良好的耐腐蝕效果。其他鋼廠也先后研發(fā)了等同類型耐硫酸露點腐蝕產(chǎn)品，如攀鋼的PNS、柳鋼的LGNS、馬鋼的MNS以及武鋼的WNS系列等。

3 耐硫酸露點腐蝕鋼的標準化需求

雖然耐硫酸露點腐蝕鋼產(chǎn)品最新成果已得到了應(yīng)用并被廣泛認可，但是，由于目前國內(nèi)沒有統(tǒng)一的國家標準，各企業(yè)對產(chǎn)品牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能、耐腐蝕性能以及檢驗等方面的規(guī)定各不相同，在市場應(yīng)用當(dāng)中，供需雙方要對具體內(nèi)容進行協(xié)商簽訂技術(shù)協(xié)議，十分不便。這對新耐硫酸露點腐蝕產(chǎn)品的進一步推廣，尤其對工業(yè)設(shè)計過程中的選材造成不利影響。盡快制定國家標準，規(guī)范耐硫酸露點腐蝕用鋼產(chǎn)品主要技術(shù)要求，已顯得十分重要。在這種情況下，國家標準管理委員會于2010年下發(fā)了制定國家標準的任務(wù)。

4 標準制定的原則及主要技術(shù)內(nèi)容

4.1 標準制定的原則

耐硫酸露點腐蝕用鋼國家標準的制定主要原則為：1）結(jié)合市場實際情況，滿足用戶需求。標準制定過程中廣泛征求生產(chǎn)企業(yè)和用戶意見。2）完善國家標準體系。即在擁有耐大氣腐蝕鋼、耐海水腐蝕鋼標準的基礎(chǔ)上增加耐硫酸露點腐蝕鋼國家標準。3）推廣先進經(jīng)驗技術(shù)。在遵循上述原則的基礎(chǔ)上，確定標準的適用范圍及主要技術(shù)內(nèi)容。

4.2 標準的范圍及牌號設(shè)置

在范圍方面，明確規(guī)定標準僅適用于制造電廠煙囪、空氣預(yù)熱器、脫硫裝置以及煙草行業(yè)烤房，厚度≯40 mm的鋼板（對于鋼帶及其剪切鋼板，最大厚度為25.4 mm）。該范圍涵蓋目前耐硫酸露點腐蝕鋼板已應(yīng)用的所有領(lǐng)域，能滿足市場需求。

在牌號設(shè)置方面，因為目前市場實際只存在315 MPa和345 MPa兩個屈服強度等級的產(chǎn)品，標準將牌號分別設(shè)置為Q315NS、Q345NS。目前可滿足市場需求，但與同類標準如耐大氣腐蝕鋼標準相比，標準牌號稍顯單一。

4.3 主要技術(shù)內(nèi)容

4.3.1 化學(xué)成分

低合金耐硫酸露點腐蝕鋼的耐蝕性由其鈍化特性決定，故嚴格控制合金化學(xué)成分，合理配比添加合金元素及保證化學(xué)成分的均勻性是保證其耐腐蝕性的根本前提條件。但在成分設(shè)計過程中，不但要保證鋼板的耐硫酸露點腐蝕性能，同時也要保證鋼板的強度和塑性指標以及合金元素成本對產(chǎn)品最終推廣的影響。在已應(yīng)用的耐硫酸露點腐蝕低合金鋼的化學(xué)成分中，較重要的抗蝕合金元素是Cu、Cr、Sb等元素。綜合了解國內(nèi)外耐硫酸露點腐蝕鋼的發(fā)展情況，耐硫酸露點腐蝕鋼的元素控制主要確定為五大元素及Cu、Cr、Sb元素，標準成分范圍確定如下：

C。C是主要的強化元素，在保證機械性能的情況下，含C量應(yīng)偏下限，以減少鋼中Cr的碳化物形成，從而充分發(fā)揮Cr的耐蝕作用。在氧化性酸中，當(dāng)C含量＜0.4%時，隨C含量增加，鋼的耐蝕性提高，但與Cu共存時，C又使鋼的耐蝕性稍許降低，低C含Cu鋼的耐蝕性能最為優(yōu)異；同時考慮到鋼的可焊性。故標準規(guī)定C含量不宜＞0.15%。

Si。Si是固溶強化元素，對于強度要求不太高的耐硫酸露點腐蝕鋼，標準設(shè)計含Si量宜不超過0.50%，從而減少焊接時的飛濺。

Mn。隨著鋼中Mn含量的提高，其腐蝕產(chǎn)物中Mn含量也提高，且腐蝕產(chǎn)物經(jīng)過等離子水浸泡后，水中有溶解的Mn和S，而Cu、Cr、Ni、V等元素很難溶解。由于錳化合物的溶解致使銹層有微細孔洞，不利于銹層的保護作用，故Mn含量在確保強度基礎(chǔ)上不宜過高。

P、S。為保證可焊性和Cu耐蝕作用的發(fā)揮，有害元素P、S應(yīng)盡可能的低，同時考慮成本，選擇0.035%作為P、S的標準上限比較合適。

Cr。Cr在高溫（＞200℃）下可提高鋼的耐硫酸特性，同時Cr含量的提高，能保證鋼的強度和耐蝕性，兼顧成本及國內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)成分設(shè)計特點的情況，標準確定Cr的范圍為0.30%～1.20%。

Sb。在國外耐硫酸露點腐蝕鋼中一般都加入一定量的Sb，但Sb不宜過高，Sb含量偏高則鋼的焊接性能變差，同時會影響鑄坯質(zhì)量。故標準對其含量上限作出限制。

Cu。Cu的耐蝕機理是當(dāng)鋼鐵溶于硫酸中時，硫化鐵或硫化錳溶解產(chǎn)生有害的硫化氫，但是鋼中的銅合金可抑制這種效應(yīng)，但Cu含量過高，不但不會再增加耐蝕性，而且還會產(chǎn)生熱脆性。在已完成研發(fā)的耐硫酸露點腐蝕產(chǎn)品中，Cu含量上限均限定為0.50%，下限為0.25%或0.20%。作為標準限定值，限定Cu含量在0.20%～0.50%較為適宜。

此外，Ni在鋼中能提高其耐蝕性和韌性，并防止Cu造成的網(wǎng)裂，提高鋼材的表面質(zhì)量。但Ni屬國家戰(zhàn)略資源，是影響耐硫酸露點腐蝕鋼成本的主要因素，故標準不將Ni作為主要元素進行規(guī)定。標準最終確定的化學(xué)成分如表1所示。

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）及橫向拉伸性能

同時，為保證材料的耐硫酸露點腐蝕性能、優(yōu)良焊接性能和強度，標準允許企業(yè)根據(jù)各自工藝特點，選擇加入Nb、Ti、V、Al、Ni等其他合金元素。

4.3.2 機械性能

目前國內(nèi)耐硫酸露點腐蝕產(chǎn)品市場上，多數(shù)為315 MPa級，鞍鋼有少量345 MPa級。按照市場實際應(yīng)用情況，標準確定315 MPa和345 MPa作為兩個標準屈服強度級別，拉伸性能具體參數(shù)見表1。同時，為確保鋼板具有良好的工藝加工性能，標準要求對鋼板進行冷彎試驗，試樣寬度為b=2a（且b≥20 mm），彎芯直徑為3倍的產(chǎn)品厚度，在進行180°冷彎后試樣基體不得出現(xiàn)裂紋。上述指標為生產(chǎn)企業(yè)長期供貨過程中采用的指標，已被證明能夠滿足用戶需求。

考慮到耐硫酸露點腐蝕產(chǎn)品主要應(yīng)用環(huán)境溫度在40℃以上，所以標準不需要對產(chǎn)品的沖擊韌性進行規(guī)定，如客戶有需求，可在訂貨時單獨提出。

4.3.3 耐腐蝕性能

由于產(chǎn)品的耐腐蝕試驗通常耗時較長，一般通過化學(xué)成分判斷，但由于各種原因，即便是同一成分范圍，不同廠家的產(chǎn)品其耐腐蝕性能也往往略有差異。為便于供需雙方在合作過程中對產(chǎn)品的耐腐蝕性能進行橫向比較和評價，標準參考國家煙草專賣局辦公室關(guān)于印發(fā)的《密集烤房技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，以資料性附錄的方式提供了一種替代式的耐腐蝕性能評價方法：按照GB/T 10124規(guī)定的試驗方法，在溫度20℃、硫酸濃度20%、全浸24 h條件下，腐蝕速率為10 mm/a［0.89 mg/（cm2·h），相對于Q235B腐蝕速率為30%］；在溫度70℃、硫酸濃度50%、全浸24 h條件下，平均腐蝕速率為≯250 mm/a［22.4 mg/（cm2·h），相對于Q235B腐蝕速率為50%］。該方法同時給出了腐蝕速率的絕對值和與Q235B的相對值，比《密集烤房技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定更方便。

4.3.4 表面質(zhì)量

表面狀況也是影響產(chǎn)品耐腐蝕性能的因素之一，因此對鋼板表面的完整性進行規(guī)定。標準規(guī)定鋼板表面不得有氣泡、結(jié)疤、裂紋、夾雜、折疊。鋼板不得有分層。如有上述缺陷允許清除，清除的深度不得超過鋼材厚度公差之半，其他不影響使用的缺陷允許存在，但均應(yīng)保證鋼材的最小厚度。清除處應(yīng)圓滑無棱角。

4.3.5 內(nèi)部質(zhì)量

由于標準規(guī)定鋼板的最大厚度僅到40 mm，以目前國內(nèi)裝備及工藝情況，產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量完全能夠滿足一般用戶要求。但為滿足用戶更高要求，標準規(guī)定可對鋼板逐張進行超聲波探傷，檢測方法執(zhí)行GB/T 2970的規(guī)定，經(jīng)雙方協(xié)商，也可采用其他檢測標準，具體檢測標準和合格級別應(yīng)在合同中注明。

5 結(jié)束語

目前耐硫酸露點腐蝕用鋼板標準已經(jīng)通過了國家標準管理委員會審批，將于2013年5月1日正式實施。該標準是在參考了國內(nèi)外主要耐硫酸露點腐蝕產(chǎn)品研發(fā)情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合市場實際及需求發(fā)展方向，依據(jù)國家標準化原則制定的。標準范圍能夠滿足國內(nèi)市場需求，且符合用戶適用習(xí)慣，標準主要技術(shù)指標適合國內(nèi)的實際情況。標準的制定對國內(nèi)耐硫酸露點腐蝕產(chǎn)品的規(guī)范化以及耐硫酸露點腐蝕產(chǎn)品的推廣、應(yīng)用提供了基礎(chǔ)支撐。但是標準強度級別相對較少，且兩個級別差別較小，有必要根據(jù)標準應(yīng)用情況確認是否對鋼板的強度級別做進一步優(yōu)化。