胡才望，徐 敏，吴 娜，吴冬梅，李 淼

（江阴市无缝钢管总厂，江苏 江阴 214442）

ND钢即指09CrCuSb耐硫酸低温露点腐蚀用钢，被广泛应用于制造在高含硫烟气中服役的省煤器、空气预热器等以抵御含硫烟气结露点腐蚀。目前，石油炼化企业及各电站锅炉省煤器、空气热交换器所使用的钢管也逐步被ND钢管所代替。由于原ND钢的化学成分设计及冶金工艺的缺点，其钢管的耐腐蚀性能达不到理想要求，因此江阴市无缝钢管总厂从2009年开始，在原ND钢的基础上，进一步研究开发出一种新型抗低温露点腐蚀用ND钢管（简称新型ND钢管），以下将详细介绍。

1 ND钢管的生产要求

ND钢的使用环境相当苛刻。在省煤器和空气热交换器中的ND钢管，热面是含有SO2及SO3的酸性气体，冷面则是低温的空气或水。特别是当钢管带有裂纹或焊口未焊透时，冷水喷出与烟气中的SO2、SO3形成高温低浓度的硫酸腐蚀，对壁厚只有2～4 mm的ND钢管只需10余天就会穿透；所以，不仅要保证ND钢具有合格的化学成分和耐腐蚀性，还要确保ND钢管无裂纹或超标缺陷。

在省煤器和空气热交换器的制造中，存在很多焊接点，因此对焊条的化学成分有一定要求，考虑到高温焊接时部分化学成分元素的烧损，一般用化学成分略高于ND钢管的焊条，焊接后要对焊口进行100%X光拍片检查，确保焊接质量。

2 ND钢管的生产工艺流程及关键点

新型ND钢管的生产流程：铁水深脱S、P→炼钢→炉外精炼（LF）→真空脱气（VD）→喂丝→弧形连铸→缓冷→轧制管坯→管坯酸洗→断料穿孔→精轧或冷拔→热处理（正火）→检验、探伤→包装入库。

炼钢及浇铸的关键点如下：①采用夹杂物含量低的优质废钢加深脱S、P铁水，电炉冶炼时应合理配入生铁、海绵铁和优质废钢。②为了保证新型ND钢管的抗腐蚀性能，生产过程中必须严格控制S含量。③控制好电炉下渣量，电炉渣中P含量是减少钢水回磷量的关键。④因氧化末期C含量较低，钢水氧化严重，出钢前应定氧并加入适量的脱氧剂使钢水充分脱氧。在LF炉外精炼时喂入Al线确保Al的含量，经LF精炼后的钢水必须进行VD真空脱气处理，喂入一定的Si-Ca丝对钢中Al2O3夹杂物球化处理，通入Ar气使钢水上下翻动（LF和VD精炼时以刚好破渣为宜），确保合金均匀及气体的溢出。⑤采用弧形连铸+Ar气保护+电磁搅拌铸成方坯，严格控制拉坯频率、拉坯速度、冷却水量和进出水温度。⑥由于新型ND钢需深度脱碳以及确保钢坯内部氢气的溢出，以改善钢坯内外表面质量，因此连铸方坯要采用堆放进行缓冷［1］。

3 新型ND钢管热处理工艺及耐腐蚀试验

对轧制好的新型ND钢管进行正火热处理，为选取合适的正火温度，进行了以下试验。

首先通过计算，得到新型ND钢的AC3温度大约为860℃，由于正火温度一般采用AC3线或Acm线上 30～50 ℃［3］，因此选取 860 ℃、880 ℃、900℃、930℃等4种不同的正火温度，在箱式电炉中对Φ42 mm×3 mm新型ND钢管进行正火，保温时间为20 min。

正火后，分别在成品钢管上取10 mm管段试样，将试样内外表面氧化铁皮清除干净，测量并计算试样的全表面积；按试样全表面积配制50%浓度的H2SO4溶液，溶液配制量不少于20 mL/cm2，水和硫酸的配比按质量配制（采购标称为95%～98%的硫酸分析纯或优质纯）；试样称重后放入配制好的溶液中，并放入70℃±2℃的恒温箱内浸泡24 h后取出，冲洗干净，测量腐蚀后试样的质量，最后计算出试样腐蚀速率［2］。

Φ42 mm×3 mm新型ND钢管正火后的腐蚀试验统计结果见表1。从表1可以看出：正火温度为880℃时，新型ND钢管的晶粒度为9级，腐蚀速率最低，平均只有 4.36 mg/（cm2·h）。故生产选用880℃对新型ND钢管进行正火处理，并制定出热处理工艺制度，具体见表2。

表1 Φ42 mm×3 mm新型ND钢管正火后的腐蚀试验统计结果

根据可查资料显示：从日本引进的同类钢种的腐蚀速率为 13.4 mg/（cm2·h），我国同行业 ND钢管的腐蚀速率为7.3 mg/（cm2·h），并一直保持在这一水平［4］。研发的新型ND钢管的腐蚀速率为4.0～5.0 mg/（cm2·h）（表 1），达到并超过国际先进水平。

4 新型ND钢管的性能

新型ND钢管与原ND钢管的化学成分对比见表3。在实际生产中，为了保证ND钢的耐腐蚀性能，对其化学元素含量必须严格控制，如w（C）必须小于 0.10%，w（Sb）≤0.15%，w（Ni） ∧0.10%，w（Mo） ∧0.10%，w（P）≤0.15%和 w（S）≤0.005%，同时还要求Cr、Cu、Sb、Ti元素在钢中的均匀性。需要指出的是：并不是合金元素含量越高耐腐蚀性越强，耐腐蚀性能主要取决于各合金元素的配比，任何合金成分中元素的偏析都将使ND钢的耐腐蚀性能受到影响。应通过严格控制合金成分以及冶金工艺，使合金元素达到均匀化、耐腐蚀的目的。新型ND钢管金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为9级，如图1所示，其力学性能见表4。

表3 新型ND钢管与原ND钢管的化学成分（质量分数）对比 %

图1 新型ND钢管的金相组织

表4 新型ND钢管的力学性能

5 新型ND钢管的应用

由于ND钢在不同温度和浓度的H2SO4中腐蚀速率差异很大，因此要求在工况的操作上尽可能将冷却面的介质温度作适当提高，从锅炉设计上加一预热装置，这样可以明显提高省煤器和空气热交换器的使用寿命。某炼化厂余热锅炉省煤器采用新型ND钢管前后的运行时间对比见表5。

表5 某炼化厂余热锅炉省煤器采用新型ND钢管前后的运行时间对比

6 结 论

（1）新型抗低温露点腐蚀用ND钢管在质量分数为50%、温度为70℃±2℃的H2SO4溶液中进行试验，腐蚀速率≤5.0 mg/（cm2·h），达到并超过国际先进水平。

（2）实际生产中应严格控制化学成分及合金元素在钢中的均匀性，严格执行热处理工艺制度，确保ND钢管的产品质量，提高其耐腐蚀性能。

（3）新型ND钢管由原ND钢管运行1 428天提高到1 987天后仍在役，是一种新型的节能环保材料。

（4）在锅炉制造过程中应对焊条及焊口严格把关，设计锅炉时添加预热装置，适当提高冷却面介质温度，可使锅炉用钢管避开低温排烟时造成露点腐蚀，延长锅炉使用寿命。

本文得到了上海材料研究所郑文龙教授的指导及指正，在此表示感谢。

［1］胡才望，丁勇.低温酸性环境用L460Q（X60Q）PSL2钢级无缝钢管的研制与开发［C］//第二届全国钢管生产与装备技术创新发展论坛论文集.2011.

［2］全国锅炉压力容器标准化技术委员会.GB 150.2—2011压力容器第2部分：材料［S］.北京：中国标准出版社，2011：74-75.

［3］孟延军.轧钢基础知识［M］.北京：冶金工业出版社，2005：79.

［4］郑文龙，王荣光，闵国全，等.耐硫酸露点用ND钢及其应用［J］.压力容器，1998（1）：36-39.