耐硫酸露点腐蚀用钢焊材及焊接工艺的开发和应用

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表时间:2007-06-29 人气:1

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1、前言
在冶金、电子、石化等工业领域，以重油和燃煤为主要工业燃料的烟气处理系统，如锅炉低温部位的空气预热器、热交换器、省煤气、烟道、烟囱以及脱硫装置等，普遍会遇到燃料中含硫量偏高，在露点温度之下形成H2SO4而造成设备腐蚀问题，这种被称之为“硫酸露点腐蚀现象”，与普通的大气腐蚀现象不同，其不仅腐蚀普通用碳钢，而且能够腐蚀不锈钢，对工业生产装置的危害极大。
为了确保工业装置的正常运行，提高热效率及延长设备的使用寿命，上海一钢集团开发研制了“耐硫酸露点用NS1钢”，它被广泛应用于工业烟气系统中，在扬州第二电厂的“240米高烟囱”中就采用了上海一钢集团的NS1钢材做烟囱钢内筒，在采用气顶倒装内筒时，内筒的焊接是关键环节，开发NS1钢CO2气体保护焊焊接工艺和配套焊丝是主要课题。为此我们与有关单位联合开发了NS1钢的配套焊丝和焊接工艺。
2、NS1钢特性
2.1耐蚀性
上海一钢集团对不同钢种通过硫酸浸没试验表明：1Cr18Ni9Ti严重腐蚀发生在温度70℃，硫酸浓度为50%的情况下；NS1钢的严重腐蚀也发生上述条件下；碳钢严重腐蚀发生在温度60℃，硫酸浓度40%的情况下，但NS1钢的耐蚀性明显优于碳钢和1Cr18Ni9i钢，其耐蚀性为“良好”等级。
2.2NS1钢的机械性能：屈服强度σs≥315MPa；抗拉强度σb≥440MPa；延伸率σ5=22% 冷弯角(D=2ɑ)a =180°。
2.3焊接性能
NS1钢化学成份含量C=0.06；Mn=0.57；Si=0.33 S=0.014；P=0.014；Cr=0.63；Cu=0.25；Ti=0.01；Sb=0.067。
从上可知NS1钢其实是一种低合金耐蚀钢，NS1钢中Cu、Cr含量不高，适量的Cu、Cr对NS1钢的韧性影响不大，又能提高NS1钢的耐蚀性，Cr含量不高，形成C-Cr化合物的可能性小，适量的Ti能改善钢材的焊接性，所以我们可以认为NS1钢焊接性与低合金钢相似。从中也可知NS1钢具有良好的焊接性。
另外，对钢进行一些常规的焊接试验，如“小铁研裂纹试验”，“巴东刚性拘束裂纹试验”等。结果两试验的裂纹均为零，表明其焊接性是良好的。
3、焊接试验
3.1焊接的根本目的就是使焊接接头具有母材的各种使用性能。
3.2焊丝化学成份设计
焊丝化学成份设计的根本目的是为了焊丝使在CO2电弧焊条件下的熔敷金属和焊接接头能具有母材的各种使用性能。为此，我们必须综合考虑CO2电弧焊的化学冶金性能，合理进行焊丝化学成份配比。
CO2气体在高温要分解产生O2和氧原子，因此CO2在高温时具有强氧化性。
熔滴和熔池金属中Fe的浓度最大，因此Fe的氧化较激烈，Si、Mn、C的浓度虽然低，但它们与氧的亲和力比Fe大，所以有相当的数量被氧化。实验表明，在CO2电弧焊中，Ni、Cr、Mo过渡系数最高，烧损最少；Si、Mn的过渡系数较低；Ac、Ti、Nb等元素过渡系数更低。
在CO2保护焊中，根据硅锰联合脱氧的原则，常控制焊丝中锰和硅的比例，各国实用的焊丝中[Mn]/[Si]=1.5～3。
[C]的设计。C是主要的强化元素，当C与Cu共存时，C会使钢的耐蚀性降低，同时，C含量过高会影响焊接性能。实验表明，低C含Cu钢的耐蚀性能最为优异，因此，C的含量控制在0.03～0.05%。
[Mn]、[Si]的设计。由以上分析和实验表明，[Si]控制在1%左右，焊缝中还可剩下0.4～0.5%，因此焊丝中[Si]可控制在0.9～1.2%。至于[Mn]，可控制在1.4～2%，但[Mn]/[Si]的比例要控制在1.5～1.7。
其余化学元素成份的设计。Cr、Cu、Sb的过渡系数高，且是提高焊缝金属耐蚀性能的重要元素，为此[Cr]控制在0.6～0.9%，[Cu]控制在0.25～0.35%，[Sb]控制在0.04～0.07%；[Ti]的过渡系数低，且适量的Ti能改善焊缝金相组织和焊接性，为此[Ti]要控制在0.07～0.2%。
NS1钢与低合金钢焊接性相似，我们参照H08Mn2Si的化学成份及工艺设计，综合考虑各种元素在焊接过程中的烧损比例和焊缝金属的耐蚀及力学性能，通过以上的分析，我们选择了多种配比，通过正交试验得出了最佳的化学元素配比。

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