天鋼抗硫酸露點腐蝕09CrCuSb圓鋼的開發(fā)

馬立軍，馬 凈，王成建，徐銀輝

（天津鋼鐵集團有限公司技術(shù)中心，天津 300301）

1 引言

鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)面臨的市場競爭日益激烈，普通鋼材產(chǎn)品的利潤空間越來越小。為了提高自身競爭力，鋼鐵企業(yè)必須在技術(shù)進步、產(chǎn)品鏈整合及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面加大力度。實施以高端產(chǎn)品帶動低端產(chǎn)品的鋼材產(chǎn)業(yè)鏈競爭[1]。為此，天津鋼鐵集團有限公司（以下簡稱天鋼）開發(fā)了高含硫煙氣中服役的省煤器專用的抗硫酸露點腐蝕的09CrCuSb 鋼。

09CrCuSb 鋼為低合金抗硫酸露點腐蝕結(jié)構(gòu)用鋼，通過在冶煉過程中向鋼中加入適量的Cu、Cr、Sb等合金元素，增強鋼的抗硫酸露點腐蝕性能。另外，09CrCuSb 鋼還具有良好的冷鐓、冷拔等綜合工藝特性。09CrCuSb 無縫鋼管被廣泛應用于制造在含高硫煙氣中服役的省煤器、空氣預熱器、熱交換器和蒸發(fā)器等裝置設備，用于抵御含硫煙氣結(jié)露點腐蝕。

2 產(chǎn)品技術(shù)要求

根據(jù)用戶提出的技術(shù)要求，參照國標GB150-1998 H4 09CrCuSb 耐硫酸露點腐蝕用無縫鋼管技術(shù)要求及使用規(guī)定，天鋼制定了相應的煉鋼—精煉—連鑄—軋鋼生產(chǎn)工藝規(guī)程。

2.1 化學成分和力學性能指標

09CrCuSb 化學成分見表1。

表1 09CrCuSb鋼化學成分要求w/%

2.2 09CrCuSb 圓鋼規(guī)格及偏差

Φ65 mm、Φ55 mm 圓鋼公差符合國標GB/T702-2008 標準中2 組精度要求，即±0.5 mm，圓鋼的不圓度小于等于圓鋼直徑的5%，09CrCuSb 圓鋼彎曲度小于4 mm/m，不能出現(xiàn)“S 型”彎曲。定尺9 m，允許2%的長度大于5 m 的非定尺圓鋼交貨。

2.3 圓鋼的表面質(zhì)量要求

嚴格控制圓鋼的表面質(zhì)量，圓鋼表面不得有裂紋、結(jié)疤、壓痕、劃傷等影響正常使用的表面缺陷。

2.4 低倍組織要求

圓鋼酸浸后，低倍組織上不能有可見的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜等缺陷.

3 生產(chǎn)工藝

3.1 工藝流程

120t 頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐—120 t LF 精煉爐—120 t VD 真空精煉爐—6 機6 流CONCAST 方圓坯連鑄機—熱送熱裝加熱爐—18 架連軋機組—精整、檢驗—成品入庫。

3.2 煉鋼工藝

3.2.1 轉(zhuǎn)爐冶煉

（1）保證轉(zhuǎn)爐入爐鐵水質(zhì)量，要求轉(zhuǎn)爐人爐鐵水硫（S）≤0.035%、磷（P）≤0.080%，入爐鐵水溫度高于1 300℃。

（2）轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，冶煉前期強化脫P 操作，盡快形成高堿度、高氧化性、流動性良好的前期渣，實現(xiàn)鋼水的前期脫磷的目的[2]。使用鋼芯鋁和BaAlSi終脫氧，使用低碳硅錳、低碳鉻鐵和硅鐵合金化；

（3）要求轉(zhuǎn)爐終點成分：0.10≥C≥0.04%，P≤0.01%，出鋼溫度1 670～1 700℃。

鋼包內(nèi)渣厚度不大于50 mm。

3.2.2 LF 冶煉

（1）LF 爐進站后吹氬，根據(jù)鋼水情況，補充部分渣料，選擇適當?shù)碾妷骸㈦娏骺焖倩?，渣化好后進行測溫、取樣；

（2）分期分批加入精煉渣料和還原劑，盡快形成白渣。白渣形成后，取鋼水樣做全分析，調(diào)整成分。白渣精煉時間大于等于20 min。

3.2.3 VD 真空脫氣

（1）鋼水真空處理要求真空度小于等于67 Pa，保持時間大于10 分鐘，同時采用弱吹氬攪拌。

（2）破空后喂CaSi 絲，保持軟吹氬時間大于等于8 min。

3.3 連鑄工藝

Cu 元素是提高鋼耐腐蝕性能最主要、最普遍使用的合金元素，含銅鋼具有良好的耐蝕性能[3]。但是Cu 元素在鋼中具有富集作用，當鑄坯表面的鐵被氧化后，鋼表層的鐵含量降低，Cu 含量因而相對增加，形成網(wǎng)狀富集銅相，連鑄坯矯直時容易產(chǎn)生星狀裂紋。因此，連鑄過程必須選擇合理的二次冷卻制度，使得鑄坯在矯直區(qū)避開銅脆溫度。

連鑄工藝制度：連鑄全程保護澆鑄，防止鋼水二次氧化，避免連鑄水口結(jié)瘤。采用結(jié)晶器電磁攪拌和末端電磁攪拌工藝，確保鑄坯化學成分均勻，和非金屬夾雜物的上浮，提高鑄坯內(nèi)部和表面質(zhì)量。連鑄工藝采取低過熱度、低拉速、弱冷工藝，關(guān)鍵工藝控制參數(shù)如下：

（1）連鑄拉速：1.9 m/min；

（2）連鑄中間包溫度控制：（1 545±5）℃；

（3）二次冷卻比水量控制：1.0 L/kg。

3.4 軋鋼工藝

09CrCuSb 鋼中Cu 的含量比較高，軋制難度比較大。熱軋含Cu 鋼，鑄坯在加熱爐內(nèi)加熱時，加熱爐內(nèi)氧化性的氣體與鑄坯表面發(fā)生氧化反應，鑄坯表面的鐵元素被氧化，Cu 元素的含量相對增加[4]。當鑄坯表面的Cu 含量超出在鐵中的溶解度，Cu 元素就會沿著晶界擴散，形成網(wǎng)狀富Cu 相。當鑄坯在加熱爐內(nèi)的較熱溫度高出Cu 的熔點（1 083℃）時，富Cu 相處于熔融狀態(tài)，在這個時候進行軋制時，軋制應力導致鑄坯表面開裂，形成“星形”的網(wǎng)狀裂紋。

在軋制09CrCuSb 鋼的過程主要采取以下措施，避免“銅脆”現(xiàn)象發(fā)生：

（1）在轉(zhuǎn)爐冶煉09CrCuSb 鋼時，加入適當?shù)腘i 元素，使晶間產(chǎn)生CuNi 化合物。CuNi 化合物熔點比較高，能夠防止“Cu 脆”裂紋的發(fā)生。

（2）軋鋼工藝選擇高溫快燒、快速軋制，以減少Cu 元素在鋼表面的富集。

（3）把09CrCuSb 鋼C 含量控制在0.08%左右，低碳鋼在軋制過程中熱變形抗力比較小。嚴格控制加熱爐內(nèi)爐氣溫度低于1 160℃，連鑄方坯出加熱爐的溫度控制在980～1 030℃，減少Cu 元素的富集，保證鋼材表面質(zhì)量。

4 產(chǎn)品質(zhì)量分析

4.1 09CrCuSb 圓鋼化學成分

09CrCuSb 圓鋼成品生產(chǎn)化學成分范圍見表2。

4.2 09CrCuSb 圓鋼氣體分析

表2 09CrCuSb圓鋼成品化學成分 w/%

09CrCuSb 圓鋼氣體分析見表3。

表3 09CrCuSb圓鋼氣體分析 /10-6

4.3 09CrCuSb 圓鋼力學性能分析

經(jīng)過每爐次抽檢試樣，檢驗結(jié)果統(tǒng)計入表4。

表4 09CrCuSb圓鋼力學性能分析

從以上數(shù)據(jù)可以看出，天鋼生產(chǎn)的抗硫酸露點腐蝕09CrCuSb 圓鋼性能完全滿足標準要求。

4.4 產(chǎn)品質(zhì)量控制要點

（1）09CrCuSb 鋼中Cu 的含量比較高，鑄坯在加熱時，鑄坯表面的鐵被氧化，導致Cu 元素的富集，Cu含量超過在鐵中中的溶解度，就會沿著晶界擴散，形成網(wǎng)狀富Cu 相。當鑄坯在加熱爐內(nèi)的較熱溫度高于Cu 的熔點（1 083℃）時，富Cu 相處于熔融狀態(tài)，在這個時候進行軋制時，軋制應力會導致鑄坯表面開裂，形成“星形”的網(wǎng)狀小裂紋。可通過鋼中添加適量鎳和高溫快燒、快速軋制來抑制上述現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）09CrCuSb 圓鋼C 含量控制在0.08%，低碳鋼熱變形抗力比較小?？梢赃M行低溫加熱、低溫軋制，減少了Cu 元素富集導致的裂紋；

（3）連鑄工藝采取低過熱度、低拉速、弱冷工藝，避開矯直時鑄坯處于“Cu 脆”溫度區(qū)；

（4）嚴格控制加熱爐內(nèi)爐氣溫度＜1 160℃，連鑄方坯出加熱爐的溫度控制在980～1 030℃，減少Cu 元素的富集，保證鋼材表面質(zhì)量。

5 結(jié)論

天鋼開發(fā)的抗硫酸露點腐蝕09CrCuSb圓鋼生產(chǎn)工藝路線是可行的。天鋼的抗硫酸露點腐蝕09CrCuSb圓鋼產(chǎn)品，經(jīng)檢測，符合相關(guān)標準，達到了設計要求。天鋼生產(chǎn)的抗硫酸露點腐蝕09CrCuSb圓鋼工藝設計合理、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了市場需求。

[1]袁敏，張銀生.15MnCrNiCu圓鋼的開發(fā)實踐[J].江蘇冶金，2007，35（2）：34-36.

[2]王永然，李召嶺，王蘭香.DH36高強度船板鋼的開發(fā)與試制[J].煉鋼，2009，25（1）：8-11.

[3]楊才福，蘇航.加熱工藝對含銅鋼表面氧化的影響[J].鋼鐵研究學報,2007，19（10）：48-52.

[4]楊才福，蘇航.Cu、Ni在含銅鋼時效鋼表面氧化層中的富集[J].鋼鐵，2007，42（4）：57-60.