09Cr2AlMoRe与08Cr2AlMo综合性能比较

09Cr2AlMoRe与08Cr2AlMo综合性能比较一、概述12Cr2AlMoV钢材经工业化应用，证明在低温H2S-HCI-H2O系统、低温H2S-HCN-H2O系统以及低温H2S-HCN-CO2-H2O系统中，与碳钢和一般不锈钢相比，具有更优异的抗应力腐蚀性能。12Cr2AlMoV主要利用铬、铝、钥的综合抗腐蚀能力增加其整体抗腐蚀效果，同时钢中添加一定的钒(0.05%~0.15%)，以增加其钢材的机械性能，细化和强化钢中的晶粒，固溶碳分子的析出，进一步改善和增强12Cr2AlMoV的抗腐蚀能力。但其焊接性能差，冷弯硬度高，不利于换热器管束的制造和使用。另外，由于12Cr2AlMoV钢种研制完成后只能在原上钢三厂生产板材，其使用范围受到了较大的限制。在这种情况下，江阴兴澄钢管有限公司在抗H2S应力腐蚀用钢12Cr2AlMoV基础上开发了新钢种08Cr2AlMo，它保留了12Cr2AlMoV耐腐蚀性能，去掉了钢中的V元素，改善了焊接性能，于1999年初研制成功并投放中石化应用。1999年8月获得了由全国压力容器标准化技术委员会、国家技术监督局颁发的技术评审证书，2000年度获国家新产品奖，2001年9月通过中石化《换热器用防腐蚀新钢种08Cr2AlMo的开发研制应用》技术鉴定，2001年12月获冶金产品实物质量金杯奖。另外，湖北长江石化和深圳润之达科技开发有限公司合作，也是在抗H2S应力腐蚀用钢12Cr2AlMoV基础上开发了新钢种09Cr2AlMoRe，它在去掉12Cr2AlMoV中的钒以后对其化学成分进行了重组，用性能极好的稀土(RE)元素代替钒(V)。稀土(RE)元素具有钒(V)元素在钢中的所有优点：即细化晶粒、对其它化学元素起固溶作用。同时，稀土在炼钢中还能起脱氧和脱硫的作用，钢材在通过精炼后硫(S)的杂质含量能够进一步降低，提高了钢材抗湿H2S应力腐蚀开裂的能力。另外，在Fe-Cr-AI合金中添加稀土，提高了钢的强度、塑性、韧性、耐蚀性及抗氧化性，同时亦改善了焊接性能，其可焊性较好。09Cr2AlMoRe管材和锻件已于2001年5月通过了全国压力容器标准化委员会的技术评审。二、09Cr2AlMoRe与08Cr2AlMo化学成分对比CSi%Mn%Cr%Al%Mo%RE%S%P%09Cr2AlMoRE≤0.100.2～0.50.3～0.92.0～2.300.30～0.700.30～0.50企标专利≤0.015≤0.0208Cr2AlMo0.05～0.100.17～0.400.2～0.52.0～2.50.30～0.700.30～0.40无≤0.025≤0.025抗氢致开裂碳钢≤0.002≤0.01三、09Cr2AlMoRe与08Cr2AlMo机械性能对比Ós屈服强度MPaÓb抗拉强度MPaδ5伸长率%主要研发单位09Cr2AlMoRE≥250400～550≥25湖北长江石化设备厂08Cr2AlMo≥220380～540≥25江苏江阴兴澄集团公司四、09Cr2AlMoRe与08Cr2AlMo耐腐蚀性能对比以下内容摘自荆门石化总厂防腐蚀研究所联合合肥通用所和湖北长江石化设备制造厂关于09Cr2AlMoRe的腐蚀试验研究报告1、09Cr2AlMoRe与不含稀土的08Cr2AlMo相比，抗腐蚀性能更强从表1、表2可以看出，09Cr2AlMoRe与不含稀土的08Cr2AlMo相比，在80℃、3%HCl水溶液和70℃、50%H2SO4水溶液中的对比试验中，09Cr2AlMoRe的耐腐蚀能力是不含稀土的08Cr2AlMo钢的2.46倍和2.18倍；在100℃、980PPmH2S水溶液的对比试验中，09Cr2AlMoRe的耐腐蚀能力是不含稀土的08Cr2AlMo钢的1.53倍，是10#钢耐腐蚀能力的近6倍。表1在H2S、H2SO4水溶液中的腐蚀试验对比mg/cm2.h介质、温度、浸泡时间09Cr2AlMoRe12Cr2AlMoV08Cr2AlMo3%HC、80℃、24h5.177.6812.750%H2SO4、70℃、6h172537表2含H2S介质的模拟工况条件的腐蚀试验对比（浸泡时间144h）催化系统塔顶油气H2S：979ppm，100℃09Cr2AlMoRe12Cr2AlMoV08Cr2AlMo10#腐蚀速率：10-2mg/cm2.h1.582.282.429.282、09Cr2AlMoRe比不含稀土的08Cr2AlMo更纯净华中科技大学微观分析中心对09Cr2AlMoRe和08Cr2AlMo两种材料进行了分析，在相同条件下，用光学金相显微镜100×，扫描电镜及电子探针（X射线能谱仪）在500×和1000×下，定性辨别硫化物、氧化物、氮化物等夹杂物的形态，以及计算机图像分析统计100×视场下的夹杂物总量、总面积比、主要夹杂物的大致含量，见表3、表4。表3夹杂物形态的定性分析钢材主要硫化物主要氧化物主要氮化物其它08Cr2AlMo粗长条MnS、FeS多角形SiO2、Al2O3三角形AlN聚集硅酸盐09Cr2AlMoRe细长条MnS、FeS细多角形SiO2、Al2O3细小AlN较细散硅酸盐表4夹杂物数量及总量比较钢材夹杂物数量夹杂面积比硫化物氧化物氮化物08Cr2AlMo100-1600.03%0.02%0.01%≤0.001%09Cr2AlMoRe150-2000.02%0.015%0.005%≤0.001%根据表3和表4中的数据显示，由于稀土的作用，09Cr2AlMoRe与不含稀土的08Cr2AlMo相比，虽然09Cr2AlMoRe钢夹杂物的总数量有所偏多，但其夹杂物的总面积和不同夹杂物的总量降低明显，对提高钢材的综合性能具有明显的作用。五、09Cr2AlMoRe适用工况范围1、对于介质中含有cl-的工况适用于100℃以上、cl-≤200ppm;40℃以下、cl-≤4000ppm的环境中适用。cl-对钢材的腐蚀形态表现为点蚀和坑蚀，奥氏体不锈钢如18-8钢等都对cl-极为敏感，而09Cr2AlMoRe在cl-存在的情况下仍具有良好的抗应力腐蚀性能，但cl-含量过高会导致腐蚀加剧。此外，温度对cl-的腐蚀影响极大，温度越高腐蚀越重。如在200ppmcl-、130℃的腐蚀环境中，09Cr2AlMoRe换热器管束仅可用2年；在2000-3000ppmcl-、30℃的海水腐蚀环境中，09Cr2AlMoRe换热器管束可使用3年以上。当cl-和H2S共同存在时，cl-会对H2S和Fe所产生的FeS膜产生侵蚀作用，相互促进而加剧腐蚀。09Cr2AlMoRe在炼油装置常减压塔顶的相似环境H2S-HCI-H2O中（cl-150-200ppm、H2S≤300ppm、130℃），U型管管束可用2年。2、液体介质中含H2S的工况09Cr2AlMoRe适用于任何浓度的H2S腐蚀环境。液体中的H2S并不是越高腐蚀就越严重。在H2S≤10000ppm时，腐蚀随浓度的增加而加剧，当H2S≥10000ppm时，腐蚀是与H2S浓度在10000ppm的腐蚀速率是一致的，即液体介质中的H2S浓度在10000ppm时的腐蚀性是最强的。H2S对09Cr2AlMoRe的腐蚀表现为缓慢的均匀腐蚀，但重沸器H2S的汽泡状态的选材应慎重。3、液体介质中含HCN的工况09Cr2AlMoRe适用于HCN含量≤500ppm的腐蚀环境。当液体介质中的HCN含量≥20ppm时，腐蚀明显增加。HCN对H2S和铁所产生的FeS膜会造成侵蚀作用，相互促进而加剧腐蚀。4、液体介质中含CO2的工况09Cr2AlMoRe适用于任何浓度的CO2低温（≤120℃）腐蚀环境。在液体介质中的CO2腐蚀能力并不强，干气状态的CO2几乎没有腐蚀。但液体介质中的CO2在60℃以上随温度的增加，腐蚀能力相应增强。在制氢装置脱碳系统的重沸器上禁用09Cr2AlMoRe，因该部位存在碳酸钾溶液的空泡腐蚀和冲刷腐蚀。5、MDEA介质工况09Cr2AlMoRe适用于90℃以下MDEA腐蚀环境。MDEA温度高于100℃时，容易与氧气发生反应生成甲酸，冲刷腐蚀相当严重，均匀腐蚀也明显增大，且温度高于90℃时易产生胺的碱脆，应慎用。液体中的MDEA在温度低于90℃时腐蚀并不明显。6、重沸器场合使用在重沸器中，管内为蒸汽，管外有MDEA或H2S存在的情况下，壳程中有气相存在时会产生严重的气泡沸腾爆炸活化腐蚀，也叫空泡腐蚀，气泡率越高腐蚀越严重，18-8不锈钢用在此处也不安全。设计时应考虑使用蒸发釜结构的壳体。7、循环水环境在循环水中，主要腐蚀源为溶解氧在水相和垢相中的浓差电池所产生的氧的去极化腐蚀，以及水中cl-的侵蚀和应力腐蚀。有些循环水中cl-的浓度超过200ppm，在换热器的管子与管板的缝隙中，浓缩的cl-有可能超过1000ppm，虽然温度不高，但腐蚀危害依然较大。一般碳钢失效最为普遍的腐蚀部位表现为管头焊缝的大面积泄漏，而09Cr2AlMoRe在相同腐蚀环境中可比碳钢的使用寿命提高3倍以上。