一种稀土合金钢的换热器制造技术

一种抗硫化氢、氯离子腐蚀的钢材及其专用设备和配件，主要在其原抗硫化氢的低合金钢材１２Ｃｒ２ＡｌＭｏＶ的基础上，降低碳的含量，用焊接性能极好的稀土元素取代焊接性能较差的钒（Ｖ），稀土不仅可以改善并提高钢材的性能，细化钢材的晶粒，同时可以增加钢材的抗氧化性和耐蚀性能。新钢材替代１２Ｃｒ２ＡｌＭｏＶ用其制造石油化工装置的塔器、容器、换热器、空冷器、填料、管道等及其它抗硫化氢、耐海水及盐卤腐蚀的钢结构及紧固件等。本发明专利技术抗腐蚀钢材及专用设备和配件可广泛应用于石油、化工、电力及海洋工程等行业。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抗硫化氢及氯离子腐蚀的材料和设备领域。我国在抗硫化氢及氯离子腐蚀的低合金钢种方面曾有过一些积极的探索和研究，本人也曾于98年9月29日申报了“二种抗硫腐蚀的特殊钢种”(申请号98121615．3)、99年5月24日申报了“抗湿硫化氢腐蚀的钢管及其石化设备制品”(申请号99116484．9)，主要钢号为12Cr2AlMoV及改进型09Cr2AlMo，由于12Cr2AlMoV在钢中存在焊接性能不好的钒(V)，后将钒去掉后改钢号为09Cr2AlMo。简单的去掉钒明显存在一些不合理性，钒的存在虽然在焊接部位易产生脆性，但在钢材中却具有细化晶粒，增加钢材的塑性和韧性。本专利技术的目的在于提供一种焊接性能优良、塑性好、易加工且抗硫化氢及氯离子(Cl-)腐蚀的新钢种及其专用设备和配件。为实现本专利技术的目的，现就本技术方案作进一步概述本专利技术抗硫化氢及氯离子腐蚀的新钢种及其专用设备和配件的基础技术来源于抗硫化氢性能优良，且冶炼及使用均较为成熟的12Cr2AlMoV钢种，由于12Cr2AlMoV利用铬(Cr)、铝(Al)、钼(Mo)的综合抗腐蚀性能，使其具有优良的抗硫化氢(H2S)腐蚀能力，(原专利申请文件已阐述)，98年经盐酸(HCl)腐蚀试验对比(见表1)表1在盐酸(HCl)中的腐蚀试验对比<tables id="table1" num="001"><table>钢号100℃、36％HCl腐蚀率(mg／cm2．h)80℃、5％HCl腐蚀率(mg／cm2．h)10#119．23233．810#渗铝194．62179．8312Cr2AlMoV9．2320．06</table></tables>注①100℃、36％HCl的试验时间为热浸3小时(h)；②80℃、5％HCl的试验时间为热浸16小时(h)。以及在大连石油七厂的海水冷却器和呼和浩特炼油厂的常压塔顶(H2S-HCl-H2O)的环境中使用，其抗海水氯离子及抗盐酸(HCl)腐蚀方面具有明显的抗腐蚀能力。呼和浩特炼油厂常压塔顶原使用碳钢(10#)换热器管束不到三个月就必须更换，而使用12Cr2AlMoV近一年后未发现任何泄漏事故，大连石油七厂及长岭炼油厂在海水及氯离子(Cl-)腐蚀的环境中使用12Cr2AlMoV后也效果明显。尽管如此，12Cr2AlMoV在设备制造的过程中仍存在一定的不适应因素，主要体现在因钒(V)的存在所引起的焊接性能较差。因此后来从去掉钒(V)、降低碳(C)含量方面对该钢予以改进，确定其钢号为09Cr2AlMo或10Cr2AlMo。但在一个较为成熟的钢种12Cr2AlMoV的化学成份中简单的去掉钒(V)，虽然可以改善其材料的焊接性能，但却失去了材料中因钒(V)的存在而细化晶粒，稳定其化学成份的功效，其材料的抗腐蚀性能会因此而降低。因此，在力求改善12Cr2AlMoV的机械性能和焊接性能的前提下，去掉钒(V)以后应更换为与之具有相应功效的化学元素铌(Nb)或者稀土(RE)，铌(Nb)及稀土在钢铁冶炼中与钒(V)一样具有细化晶粒，提高材料的机械性能，而冷加工及焊接性能均比钒(V)优越得多，含钒(V)的钢在焊接后易产生一定的脆性，冷弯性能也较差，而含铌(Nb)或稀土(RE)的合金钢能改善材料的加工性能和焊接性能，特别是稀土在炼钢中能起脱氧和脱硫的作用，并能提高钢的强度、塑性、韧性、耐腐蚀性及抗氧化性，Fe-Cr-Al合金中添加稀土能提高钢的抗氧化率、增加电阻率、耐腐蚀性和高温强度(见《材料大辞典》P1004页“稀土金属”)。为了改善12Cr2AlMoV的焊接性能，同时又不致因钒(V)的损失而使钢材的晶粒变大，用稀土代替钒，降低碳含量以后新钢种的化学成份如下表2化学成份(％)<tables id="table2" num="002"><table>元素符号CMnSiCrAlMoRES、P比例≤0．120．3～1．50．3～0．71．8～2．30．3～0．80．3～0．80．04～0．20≤0．035允许偏差+0．02±0．2±0．1±0．5±0．1±0．1±0．02+0．01</table></tables>根据表中的化学成份范围，在炼制不同品种的材料时应作相应的调整，当用该钢炼制板材和型材时，需要有较高的机械性能，则碳(C)含量取上限值(C≤0．12％，允许偏差+0．02％)，锰(Mn)含量应偏高(Mn0．8～1．5％，允许偏差土0．1％)，此时根据其碳(C)和其它耐蚀元素可以确定其钢号为10Cr2AlMoRE或12Cr2AlMoRE；当用该钢炼制石化专用换热器管材或簿板(δ0．2～3．0mm)时，需要有较低的机械性能和良好的加工性能，则碳(C)含量适当降低(C≤0．09％，允许偏差+0．01％)，锰(Mn)含量亦应同时调低(Mn0．3～0．7％，允许偏差士0．1，其它元素成份不变，由此可以确定其钢号名称为09Cr2AlMoRE或08Cr2AlMoRE。机械性能分别如下表3机械性能<tables id="table3" num="003"><table>钢号屈服点σsMPa抗拉强度σbMPa硬度HB伸长率δ5%08～09Cr2AlMoRE≥210350～500≤158≥2510～12Cr2AlMoRE≥310≥410≥160≥19</table></tables>新材料可以根据其用途生产不同规格及型号的钢材、型材、管材等钢铁产品。为了使新材料为国民经济服务，可以用新材料的板材、型材、管材来制造其具有硫化氢(H2S)及氯离子(Cl-)腐蚀环境的压力容器、塔器、换热器、空冷器、管道、塔盘和化工填料等。用新钢种制造压力容器等专用设备和配件时所用的焊条为“R307稀土(RE)”，即在标准“R307”焊条的化学成分中添加如钢材化学成份中稀土(RE)的含量(0．04～0．2％)。本专利技术--抗硫化氢(H2S)及氯离子(Cl-)腐蚀的钢材及其设备和配件的优点在于1，新材料与12Cr2AlMoV相比，由于用性能优越的稀土代替具有焊接缺陷的钒(V)，不仅改善了焊接性能，而且还增加了钢材的塑性、抗氧化性及耐蚀性。2．由于稀土在炼钢中起脱氧和脱硫的作用，钢材中的杂质含量便会大为降低，其钢材在炼制中硫(S)含量的实际控制仅在0．005％以下，比GB150-1998《钢制压力容器》中要求的硫(S)≤0．035％低得多，具有极好的抗硫化物应力腐蚀性能。下面根据图示对本专利技术作进一步概述附图说明图1为容器，用10～12Cr2AlMoRE制作容器的壳体(件1)和插管(件2)；图2为塔器，用10～12Cr2AlMoRE制作塔器的壳体(件1)和插管(件2)、塔盘(件3)和填料(件4)；图3为换热器，用10～12Cr2AlMoRE制作换热器的壳体(件1)和插管(件2)以及管板(件3)和折流板(件4)，用08～09Cr2AlMoRE的流体管材制作换热器的换热管(件5)；图4为空冷器，用10～12Cr2AlMoRE制作空冷器的管箱(件1)插管(件2)，用08～09Cr2AlMoRE的流体管材及0．2～0．8mm的薄板制造空冷器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗硫化氢、氯离子腐蚀的低合金的钢材及其石化压力容器的专用设备和配件，其特征在于：在耐蚀元素铬（Ｃｒ）、铝（Ａｌ）、钼（Ｍｏ）相组合的合金钢中添加稀土（ＲＥ），化学成份如下（％）： 元素符号 Ｃ Ｍｎ Ｓｉ Ｃｒ Ａｌ Ｍｏ ＲＥ Ｓ、Ｐ 比例 ≤０．１２ ０．３～１．５ ０．３～０．７ １．８～２．３ ０．３～０．８ ０．３～０．８ ０．０４～０．２０ ≤０．０３５ 允许偏差 ＋０．０２ ±０．２ ±０．１ ±０．５ ±０．１ ±０．１ ±０．０２ ０．０１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：束润涛，
申请(专利权)人：束润涛，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]