[发明专利]一种铁素体不锈钢空冷器

说明书

本发明涉石油、化工、电力等行业的耐腐蚀空气冷却器。

在石油、化工、电力等行业中，存在大量氯离子及硫化氢腐蚀的环境，由于翅片管空冷器的翅片管基管壁厚较薄(δ≤3.5mm)，普通碳钢管(如10号、20号)根本不具备耐腐蚀能力，一般只能用几个月便腐蚀穿孔，而奥氏体不锈钢虽然有较好的耐坑蚀、点蚀和均匀腐蚀性能，但由于奥氏体不锈钢(18-8、304L、316、316L)耐应力腐蚀性能极差而限制了其在含氯离子和硫化氢介质环境中使用。如炼油装置中常顶冷凝器的HCl-H₂S腐蚀介质中，一些企业选用了价格昂贵的双相不锈钢或钛管做换热器和空冷器管束，但由于其价格昂贵难以得到普遍推广应用。长期以来在类似的腐蚀环境中，一直难以找到一种经济耐用的替代性材料，许多企业不得不用喷涂的形式予以应付，但碳钢喷涂的使用寿命也不会超过两年，因为碳钢喷涂在高温和流速的作用下容易脱落，仍然难以满足生产装置长周期运转的要求。原国家标准的0Cr13钢，其化学成分设计为70年代制定并沿用至今，Si和Mn的成分较高，具有一定的脆性危害，且对铁素体危害较大的Cu和Ni也没有进行最低要求的控制。虽然有板材在使用，但在拔管时会产生非常明显的脆性裂纹。此外，由于成分设计中没有稳定化元素Ti，材料在焊接时Cr从热影响区析出，会造成焊缝区的贫Cr。因此，易导致晶间腐蚀危害，进而易产生应力腐蚀倾向。本人曾于1999年申报了“一种耐硫化氢腐蚀的稀土钢换热器”，专利号：99116658·2，由于所用的09Cr2AlMoRE稀土钢为低合金钢，金相组织性能为铁素体+珠光体。虽然耐硫化氢应力腐蚀性能很好，但其焊接性能较差，焊接时预热、后热以及焊后热处理相当麻烦。

本发明的目的是为石油、化工、电力等行业提供一种既耐氯化物和硫化氢应力腐蚀，又有一定的耐均匀腐蚀能力的铁素体不锈钢管材，并用铁素体不锈钢管材制造空冷器管束。

本发明的目的是通过如下方案实施的：

首先，开发一种既耐氯化物的应力腐蚀，又具有很强的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀能力的铁素体不锈钢管材，它的耐腐蚀性能高于常用的铁素体不锈钢0Cr13，同时又具有良好的焊接性能。其化学成分(％)如下：C≤0.06；Si≤0.60；Mn≤0.80；Cr：11.0-15.0；Ni≤0.25；Cu≤0.25；Ti(或Nb)：5×C≤0.80；S≤0.025；P≤0.030；RE加入量≤0.20；余量为铁(Fe)。

根据钢中化学成分的配比确定其钢号为0Cr13Ti(Nb)RE，商业代号RT360。a.由于钢中奥氏体形成元素Ni的含量极低，所以0Cr13Ti(Nb)RE属纯铁

素体不锈钢，当钢中Cu+Ni≤0.50％时，退火态的0Cr13Ti(Nb)RE不产生

氯化物应力腐蚀破裂。b.为了防止晶间腐蚀，稳定化元素Ti(或Nb)必须满足：5×C≤Ti≤

0.80％。向钢中加入Ti(或Nb)，可使钢中含铬的碳化物、氮化物转而

形成含钛的碳化物、氮化物，对碳和氮起稳定化作用，并细化铁素体不

锈钢的晶粒。c.在成分设计中加入稀土(RE)是本技术方案最显著的特点，稀土的加入

在于控制钢中夹杂物的形态、大小和数量，到目前为止国内还没有在不

锈钢中加入稀土的先例。由于稀土(RE)能与钢中的低熔点金属和非金

属成分S、O、N、C、Si具有极大的亲和作用，能有效地控制钢中的夹

杂物的形态和大小，纯净钢质，提高钢材的耐腐蚀能力和冲击韧性。稀

土脱硫和脱氧的能力与钙镁类似，且能有效地控制钢中氧和硫的夹杂物

的形态、大小和数量。

用商业代号RT360，即0Cr13Ti(Nb)RE钢管材制造空冷器翅片管的基管(3-1)，以抵抗介质中氯化物和硫化物的应力腐蚀。为了防止在焊缝热影响区产生过多的碳化物Cr₂₃C₆和Cr₂N，形成焊缝区的贫Cr，因此，0Cr13Ti(Nb)RE的焊接材料应该用超低碳奥氏体不锈钢焊丝308L(H00Cr20Ni10)或H00Cr18Ni12Mo2，用氩弧焊焊接，不用预热和热处理，焊缝呈铁素体和奥氏体双相组织，具有相当好的耐腐蚀性能。

下面结合图示作进一步说明：

图1：为空冷器，其中件1为管箱，件2为匡架，件3-0为翅片管。

图2：为翅片管3-0，其中3-1为基管，3-2为铝翅片。

图中，翅片管3-0的基管3-1为0Cr13Ti(Nb)RE的无缝钢管，铝翅片3-2为工业纯铝。

本发明0Cr13Ti(Nb)RE空冷器与18-8奥氏体不锈钢空冷器相比，由于成分设计中没有对应力腐蚀敏感的合金元素，对应力腐蚀具有先天性的免役能力，因而具有相当好的耐应力腐蚀性能。同时，由于钢中高铬，其抗全面腐蚀性能也较为优越。0Cr13Ti(Nb)RE空冷器设备的总造价低于18-8奥氏体不锈钢，且能克服18-8奥氏体不锈钢所难以解决的应力腐蚀危害，具有非常广阔的市场前景。本发明可广泛应用于石油、化工、电力等行业。