抗硫化氢应力腐蚀热交换器专用无缝钢管
2013-06-03 13:35:16
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上海炼油厂与江苏兴澄集团公司联合研制出了耐硫化氢应力腐蚀的08Cr2AlMo热交换器专用无缝钢管。08Cr2AlMo钢采用从德马克公司引进的代表20世纪90年代国际先进水平的电炉冶炼-炉外精炼-真空脱气-连铸(电磁搅拌)-连轧“四位一体”短流程特钢生产线,使08Cr2AlMo钢管不仅具有较好的抗硫化氢应力腐蚀的能力,而且与16Mn等常用管板硬度相匹配。目前已经在大连、茂名、南京、新疆和上海等炼油厂使用。
① 08Cr2AlMo钢的化学成分。与12Cr2AlMoV钢相比,08Cr2AlMo钢保留了耐腐蚀元素Cr、Al及Mo的含量,降低了钢的碳含量,并不加钒,使生产出的钢管既保持了高的抗硫化氢腐蚀的能力,同时又满足了热交换器的制造工艺。08Cr2AlMo钢的化学成分见表1。
② 08Cr2AlMo钢的力学性能。08Cr2AlMo钢主要用作热交换器管束,其常用规格有两种:ϕ19mm×2mm和ϕ25mm×2.5mm。采用冷拔拉管,最后经退火处理,其显微组织为铁素体+珠光体,晶粒度为8级,非金属夹杂物如硫化物(低于0.5级)和氧化物(低于0.5级)都远小于L5级,说明该钢具有较高的纯净度。
08Cr2AlMo钢的常规力学性能如表2所示,其硬度(HB)比12Cr2AlMoV钢低40~50,从室温到500℃高温的拉伸力学性能变化不大,08Cr2AlMo钢的冲击功随着温度的变化无明显的突变点,但在-60℃时,断口晶状比例为46%,所以确定该钢的脆性转变温度在-60℃以下。同时08Cr2AlMo钢具有高的高温力学性能及低的脆性转变温度,使用温度范围为-20~400℃。
③ 08Cr2AlMo钢的抗腐蚀能力。在H2S-H2O系中,抗应力腐蚀能力与12AlMoV钢、12Cr2Mo钢和10号钢相比较;而在循环水、软化水及盐酸水溶液中的抗腐蚀能力则与12Cr2Mo及10号碳钢进行比较。具体试验如下。
A. 抗硫化氢应力腐蚀试验。对08Cr2AlMo钢、12Cr2AlMoV钢、12Cr2Mo钢和10号钢四种管材及其同种材料焊缝进行腐蚀试验,按照ASTM G38标准加工的C形试样并预加载80%,试验温度和溶液的成分及浓度等按TM01-77—90标准执行,即温度为(24±3)℃,溶液为5%氯化钠+0.5%冰醋酸水溶液,硫化氢气体通人至饱和,初始酸度值pH值等于3,试验期间pH值不超过4.5。
试验结果发现:12Cr2Mo钢及10号钢的焊缝在H2S介质中发生应力腐蚀裂纹,而08Cr2AlMo钢母材与焊缝均未裂,08Cr2AlMo钢在上述标准的硫化氢试验溶液中的均匀腐蚀速率为0.2mg/(cm2·h)。
B. HCl水溶液中的试验。按照GB 10124—88标准,对10号碳钢、12Cr2Mo钢和08Cr2AlMo钢试样分别在80℃不同浓度盐酸水溶液中浸泡24h后测定腐蚀速率,结果如图1所示。碳钢的腐蚀速率随着盐酸浓度的增加而增加,当盐酸含量大于3%时,腐蚀速率基本上稳定在20mg/(cm2·h)左右。5%HCl水溶液中,08Cr2AlMo钢的腐蚀速率大约是碳钢的20%,是12Cr2Mo钢的33%。
C. 水介质中的试验结果。炼油厂中的冷却水通常为软化水和循环水两种。在软化水中,碳钢、12Cr2Mo钢、08Cr2AlMo钢的腐蚀速率随着温度的增加而增加,08Cr2AlMo钢比碳钢和12Cr2Mo钢的耐蚀性都好。而在50~60℃循环水中,三种钢的腐蚀速率均较高,08Cr2AlMo钢的腐蚀速率最低。
④ 08Cr2AlMo钢管和钢板的常用规格
A. 钢管常用规格。外径ϕ 6~66mm,壁厚1.5~8mm。
B. 钢板的常用规格。板厚6mm、8mm、10mm、12mm,宽度18000mm,长度5~8m。
① 08Cr2AlMo钢的化学成分。与12Cr2AlMoV钢相比,08Cr2AlMo钢保留了耐腐蚀元素Cr、Al及Mo的含量,降低了钢的碳含量,并不加钒,使生产出的钢管既保持了高的抗硫化氢腐蚀的能力,同时又满足了热交换器的制造工艺。08Cr2AlMo钢的化学成分见表1。
表1 08Cr2AlMo钢的化学成分/%
元素 | C | Mn | Si | S | P | Cr | Al | Mo |
企业标准 | 0.05~0.10 | 0.20~0.50 | 0.17~0.40 | ≤0.025 | ≤0.025 | 2.00~2.50 | 0.30~0.70 | 0.30~0.40 |
实测值 | 0.08 | 0.28 | 0.34 | 0.007 | 0.010 | 2.18 | 0.44 | 0.33 |
② 08Cr2AlMo钢的力学性能。08Cr2AlMo钢主要用作热交换器管束,其常用规格有两种:ϕ19mm×2mm和ϕ25mm×2.5mm。采用冷拔拉管,最后经退火处理,其显微组织为铁素体+珠光体,晶粒度为8级,非金属夹杂物如硫化物(低于0.5级)和氧化物(低于0.5级)都远小于L5级,说明该钢具有较高的纯净度。
08Cr2AlMo钢的常规力学性能如表2所示,其硬度(HB)比12Cr2AlMoV钢低40~50,从室温到500℃高温的拉伸力学性能变化不大,08Cr2AlMo钢的冲击功随着温度的变化无明显的突变点,但在-60℃时,断口晶状比例为46%,所以确定该钢的脆性转变温度在-60℃以下。同时08Cr2AlMo钢具有高的高温力学性能及低的脆性转变温度,使用温度范围为-20~400℃。
表2 08Cr2AlMo钢的力学性能
性能 | σs/MPa | σb/MPa | δ5/% | 硬度HRB | 备注 |
企业标准 | ≥220 | 380~540 | ≥25 | ≤85 | 正火+回火 |
实测值管材:ϕ19mm×2mm ϕ25mm×2.5mm |
340 | 485 | 35 | 78.5 | 正火+回火 |
325 | 445 | 35 | 80 | 正火+回火 |
③ 08Cr2AlMo钢的抗腐蚀能力。在H2S-H2O系中,抗应力腐蚀能力与12AlMoV钢、12Cr2Mo钢和10号钢相比较;而在循环水、软化水及盐酸水溶液中的抗腐蚀能力则与12Cr2Mo及10号碳钢进行比较。具体试验如下。
A. 抗硫化氢应力腐蚀试验。对08Cr2AlMo钢、12Cr2AlMoV钢、12Cr2Mo钢和10号钢四种管材及其同种材料焊缝进行腐蚀试验,按照ASTM G38标准加工的C形试样并预加载80%,试验温度和溶液的成分及浓度等按TM01-77—90标准执行,即温度为(24±3)℃,溶液为5%氯化钠+0.5%冰醋酸水溶液,硫化氢气体通人至饱和,初始酸度值pH值等于3,试验期间pH值不超过4.5。
试验结果发现:12Cr2Mo钢及10号钢的焊缝在H2S介质中发生应力腐蚀裂纹,而08Cr2AlMo钢母材与焊缝均未裂,08Cr2AlMo钢在上述标准的硫化氢试验溶液中的均匀腐蚀速率为0.2mg/(cm2·h)。
图1 材料在80℃ HCl-H20体系中腐蚀速率随盐酸浓度的变化
B. HCl水溶液中的试验。按照GB 10124—88标准,对10号碳钢、12Cr2Mo钢和08Cr2AlMo钢试样分别在80℃不同浓度盐酸水溶液中浸泡24h后测定腐蚀速率,结果如图1所示。碳钢的腐蚀速率随着盐酸浓度的增加而增加,当盐酸含量大于3%时,腐蚀速率基本上稳定在20mg/(cm2·h)左右。5%HCl水溶液中,08Cr2AlMo钢的腐蚀速率大约是碳钢的20%,是12Cr2Mo钢的33%。
C. 水介质中的试验结果。炼油厂中的冷却水通常为软化水和循环水两种。在软化水中,碳钢、12Cr2Mo钢、08Cr2AlMo钢的腐蚀速率随着温度的增加而增加,08Cr2AlMo钢比碳钢和12Cr2Mo钢的耐蚀性都好。而在50~60℃循环水中,三种钢的腐蚀速率均较高,08Cr2AlMo钢的腐蚀速率最低。
④ 08Cr2AlMo钢管和钢板的常用规格
A. 钢管常用规格。外径ϕ 6~66mm,壁厚1.5~8mm。
B. 钢板的常用规格。板厚6mm、8mm、10mm、12mm,宽度18000mm,长度5~8m。
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