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标识着国内热浸镀工艺步入平稳发展时代,塑韧

来源:http://www.qd-haiyu.com 作者:澳门金莎娱乐网站-官方首页 时间:2019-11-25 16:02

本发明是在国家级科技成果《钢型材热浸镀铝工业化生产》成熟工艺基础上取得的,涉及换热器技术领域,可应用于炼油系统的管壳式热浸镀铝换热器的一种制造工艺。

1热浸镀工艺发展概况

合金结构钢的焊接性

一、热浸镀铝换热器的耐蚀性

热浸镀简称热镀.是将被镀金属材料浸于熔点较低的其它液态金属或合金中形成镀层的方法。据资料介绍,最早出现的热浸镀是从镀锡开始的。1931年美籍波兰人森吉米尔提出用保护气体还原法进行带钢连续热镀锌.被称之为“森吉米尔法”.为现代热镀锌钢材奠定了基础。20世纪50年代.汽车工业的发展促进了各国浸镀钢板的迅速发展。到60年代,热浸镀钢材的生产与应用几乎遍及所有工业发达的国家。90年代以来国外建立了大量的热浸镀生产线,研究专家正努力探索低能耗、涂覆性能更优异的材料。

1.高强钢:屈服强度σs≥295MPa的强度用钢均可称为高强钢。

换热器广泛应用于石油、冶炼、化工、动力、供热、食品、医药、冶金和制冷等行业。是用于流体加热和冷却的设备。通常在高温、高压、和强腐蚀介质的工况环境中运行,腐蚀现象十分严重。尤其是应用于炼油系统的换热器。由于原油中存在H2s、s、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩硫等活性和非活性硫,使硫的腐蚀贯穿炼油的所有加工装置;原油中还存NaCl、MgCl2、CaCl2等无机氯盐,在高温、催化剂作用下,氯化物进行分解,产生Cl¯腐蚀;原油中还存在环烷酸、氮化物、碳化物和H2O等腐蚀介质,在炼制过程中因工艺上的要求还加入NH3、H2等介质,沿海炼油厂往往以海水做冷却剂,海水腐蚀也是Cl¯腐蚀。上述介质在高温、高压、高流速情况下,都会对设备产生极强的腐蚀破坏。而尤以H2S、Cl¯、H2、CO2最为严重。在温度较高时,溶液中一定的压力和Cl¯的存在不但会使碳钢和低合金钢易产生应力腐蚀开裂;高强度钢和奥式体不锈钢在含硫介质也会破坏薄膜,使Cl¯、H2锲入,发生硫化物应力腐蚀开裂或氢脆。

国内镀铝钢材的发展起步较晚。80年代末,钢铁研究总院承担了钢带连续热镀铝的攻关任务.取得了一定的成果。近几年来,飞速发展的高速公路、电力系统高压输电线及通讯铁塔对镀铝钢材的需求量剧增.几十家镀铝厂应运而起。2007年唐山钢铁公司40万吨铝锌合金板带生产线完成调试,进入试生产阶段。标志着我国热浸镀工艺进入稳定发展时期。

2.Mn的固溶强化作用很显著,ωMn≤1.7%时,可提高韧性,降低脆性转变温度,Si会降低塑性,韧性,Ni既固溶强化又同时提高韧性且大幅度降低脆性转变温度的元素,常用于低温钢。

1、耐低温H2S-H2O均匀腐蚀的性能

2 浸镀工艺的特点

3.热轧钢:屈服强度为295-490MPa的低合金高强钢,一般是在热轧或正火状态下供货使用。

换热器经热浸镀铝后,在其表面生成Al2O3、Al、Al-Fe合金三层保护膜,最外层Al2O3是Al钝化后氧化物,其腐蚀电位比铝平衡电位升高1伏,为0.5-0.7伏。因此,在大部分中性和许多弱酸性溶液中都有足够的稳定性。试验和实践证明,在含有H2S、CO2、氰离子、NH3等的水溶液中钝化的铝是耐蚀的。溶液中如果Cl-的浓度不超过40ppm,钝化的铝也不会产生点蚀。在炼油低温腐蚀环境中,经“一脱四注”的工艺处理,溶液主要成分是:Cl-、CN-、H2S、CO2、NH3等,这些介质均不能对钝化的铝产生腐蚀。所以说,热浸镀铝后的换热器具有很好的耐低温H2S-H2O均匀腐蚀的性能。

热浸镀工艺:预镀件、前处理、热浸镀、后处理、制品

4.高强钢焊接接头的设计原则:高强钢以其强度作为选用依据,因而焊接接头的原则为:焊接接头的强度等于母材的强度,分析:①焊接接头强度大于母材强度,塑韧性降低,②等于时寿命相当③小于时,接头强度不足。

2、防止H2S应力腐蚀开裂的性能

前处理:将镀件表面的油污(碱洗或高温除油)、氧化物(酸洗)等清除干净;

5.热轧及正火钢的焊接性:热轧钢含有少量的合金元素一般情况下冷裂纹倾向不大,正火钢由于含合金元素较多,淬硬倾向有所增加,随着正火钢碳当量及板厚的增加,淬硬性及冷裂纹倾向随之增大。影响因素:⑴碳当量⑵淬硬倾向:热轧钢的淬硬倾向及正火钢的淬硬倾向⑶热影响区最高硬度,热影响区最高硬度是评定钢材淬硬倾向和冷裂纹感性的一个简便的方法。

碳钢、低合金钢换热器在温度较高,有一定压力和Cl-存在的溶液中易产生应力腐蚀开裂,高强度钢和奥氏体不锈钢在H2S介质中易发生硫化物应力腐蚀开裂。这两种开裂的主要原因不外乎是破坏薄膜,Cl-、H2锲入;阳极金属溶解等。换热器热浸镀铝后所以有防止应力腐蚀开裂的性能,主要原因:一是Al2O3的稳定性使Cl-、H2S不能与铁反应,故不会产生H2,断绝了锲入钢铁表面的H2来源;二是纯铝一般无应力腐蚀倾向,Cl-、H2S都不会使之产生裂纹;三是铝具有很好的阴极保护效应,阳极区金属不会溶解;四是几乎不存在能造成铝、铁同时开裂的介质,且热浸镀铝后,残余应力大部分被消除。这些原因使热浸镀铝换热器具有良好的防止应力腐蚀开裂性能。

热浸镀:镀件洁净的基体表面浸入熔融金属液体中形成镀层;

6.SR裂纹(消除应力裂纹,再热裂纹):含Mo正火钢厚壁压力容器之类的焊接结构,进行焊后消除应力热处理或焊后再次高温加热的过程中,可能出现另一种形式的裂纹。

3、耐高温重油H2S腐蚀性能

后处理:对制品进行化学处理(如钝化)和物理处理(如涂油防护整形等);

7.韧性是表征金属对脆性裂纹产生和扩展难易程度的性能。

高温H2S对一般碳钢、低合金钢换热器的腐蚀形态,包含均匀腐蚀、蚀坑和蚀槽、氢脆和氢腐蚀。均匀腐蚀和蚀坑、蚀槽的产生原因是材料对介质的不稳定。氢脆、氢腐蚀是由于在炼油过程中加入氢,在H2S的环境中,使氢侵入钢铁基体,在残余应力的作用下,导致基体开裂,这就是所谓的氢脆。氢腐蚀是钢铁的脱碳过程,脱碳后在钢铁内部产生气体CH4,CH4气集聚在微小缺陷区,引起内压升高,致使产生裂纹。这两种反应出现的原因主要是H2S、H2直接与铁进行反应而造成的。在240-5000C,一般碳钢在此范围内将高温氧化,高温氧化和腐蚀的双重作用,使一般碳钢换热器很快被损坏。

根据热浸镀的前处理方法不同,热浸镀工艺可以分为熔剂法和保护气体还原法。

8.低合金钢选择焊接材料时必须考虑两个方面的问题:①不能有裂纹等焊接缺陷②能满足使用性能要求。热轧钢及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料,其选用要点如下:①选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料②同时考虑熔合比和冷却速度的影响③考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响。

热浸镀铝换热器对高温H2S有很高的耐蚀性。由以前阐述的原因知道,碳钢换热器镀铝后,镀层表面有很好的耐H2S、H2的特性。使H2S、H2都不能直接与铁反应,所以也就不会出现氢脆、氢腐蚀破坏。还由于热浸镀铝换热器具有很好的耐高温氧化性能,在5000C长期使用不改变颜色。在5000C以上才开始出现氧化增重和变色现象,热浸镀铝换热器这种很好的耐高温氧化性能,使之在高温下也能有很好的耐H2S、H2的特性;另外,经热浸铝后,换热器残余应力基本已被消除,这也进一步的防止了换热器的高温氢裂和氢腐蚀。实践证明,换热器镀铝后在高温重油H2S工况环境中,其耐蚀性不但高于碳钢,而且高于镍铬钢。

(1)熔剂法

9.确定焊后回火温度的原则:①不要超过母材原来的回火温度以免影响母材本身的性能②对于有回火的材料,要避开出现回火脆性的温度区间。

4、抗RSH(硫醇)、RCOOH(环烷酸)腐蚀的性能

是利用熔剂的化学作用对己经除油、除锈的钢材在浸人镀液前保护其表面不再氧化并对其迸一步活化。保证镀液与洁净的钢基体表面浸润.并通过化学反应和扩散.形成合金层。该法设备简单、成本低、操作简便易学、生产灵活,可进行批量生产也可进行单件浸镀。可根据产品批量随时调控连续浸镀或间断浸镀,且浸镀产品范围广,适应多种品种规格的产品,因此,在我国极具推广价值,有必要进行深入研究。

10.调质钢:淬火+回火。

理论研究和试验证明,铝对高温RSH、RCOOH都无明显腐蚀产生,所以镀铝换热器耐有机酸的性能也是很高的。

(2)保护气体还原法又称森吉米尔法。

11.高强钢焊接采用“低强匹配”能提高焊接区的抗裂性。

因此,热浸镀铝换热器在炼油系统各部位都有良好的耐腐蚀性能,甚至超过某些不锈钢制品。由于热浸镀换热器是碳钢制作,虽经镀铝增加一定费用,镀铝钢的价格仅为低合金钢价格的一半,其使用的效果使其与普通碳钢换热器或低合金钢换热器有很高的性价比,可大大降低生产成本。

是现代带钢连续热浸镀采用的最普遍和最广泛的一种工艺。该法生产速度快、效率高、镀层结合力好、无污染等优点.另外。还原型生产线高温辐射加热的温度高,退火时间长,可以生产加工良好的产品:但设备比较复杂,投资大,技术难度大,适合单一产品的批量生产。由于我国多数热浸镀厂家资金相对薄弱,工艺水平达不到该法的要求,因而极大地限制保护气体还原法在我国的发展。

12.低碳调质钢焊接时要注意两个基本问题:①要求马氏体转变时的冷却速度不能太快,使马氏体有自回火作用,以防止冷裂纹的产生②要求在800℃-500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。低碳调质钢焊接要解决的问题:①防止裂纹②在保证满足高强度要求的同时,提高焊缝金属及热影响区的韧性。

二、现行制造工艺的难题和质量缺陷

3热浸镀工艺影响因素

13.对于含碳量低的低合金钢,提高冷却速度以形成低碳马氏体,对保证韧性有利。

虽然热浸镀铝换热器被许多炼油企业看好,由于现行工艺上的难题引起的质量上的缺陷,限制了热浸镀铝换热器的生产和推广应用。

铜基体中碳、硅、锰、镍等元素对铝扩散层厚度、性质及结合强度 有较大的影响。

14.中碳调质钢合金元素的加入主要起保证淬透性和提高抗回火性能的作用,而真强度性能主要还是取决于含碳量。主要特点:高的比强度和高硬度。

现行制造工艺有两种,主要表现在对核心工作部分换热器管束的处理上。一种是将换热器管速主要部件换热管、隔板、管板等先镀铝,然后穿插组装成管束。换热管与管板的固定连接处用耐蚀不锈钢焊条焊接。这种制作工艺的优点是简单、易操作。缺点是将工件连接的不锈钢焊缝和工件镀铝面之间的界面产生一道熔线,熔线处易产生局部腐蚀。第二种工艺是先将碳钢的换热器部件组装制作成换热器管束,然后换热器管束整体热浸镀铝。用这种工艺制作的换热器管束优点是整体耐腐蚀效果好。缺点是工艺难度大,无论是在浸镀,还是在冷却过程中,密集的换热器管束内外受热和散热不均,极易产生型变,不但成品率低而且产品质量差;且由于换热器管束的整体浸镀需要较大浸镀锅加热设备。为解决浸镀时急据降温造成铝液凝固问题,浸镀前需将换热管束放入熔盐锅中整体预热和进行助镀处理,无论熔盐和熔铝都需较大的设备,不但设备成本大,而且造成巨大的能耗。特别达不到批量生产时,也必须对镀铝炉和熔盐炉连续加热,生产成本加大尤为明显。两种热浸镀铝换热器制作工艺存在的缺点,影响了热浸镀铝换热器的生产和推广应用。

镀液中的添加元素会对镀件的工艺性、镀层的组织结构、镀层厚度及性能产生影响。如:Mg会增加吸气倾向,降低镀铝液的质量;

15.提高珠光体耐热钢的热强性有三种方式:①基体固溶强化,加入合金元素强化铁素体基体,常用的Cr,Mo,W,Nb元素能显著提高热强性②第二相沉淀强化:在铁素体为基体的耐热钢中,强化相主要是合金碳化物③晶界强化:加入微量元素能吸附于晶界,延缓合金元素沿晶界的扩散,从而强化晶界。

三、本专利浸镀工艺的优势:

镀件酸洗后在浸入镀液前,钢基体表面易被氧化。不利于镀液对钢基体的浸润,有必要进行助镀处理,可以保护洁净的钢基体,同时活化金属表面。

16.珠光体耐热钢焊接中存在的主要问题是冷裂纹,热影响区的硬化,软化,以及焊后热处理或高温长期使用中的消除应力裂纹。

本发明的目的是提供一种管壳式系列热浸镀铝换热器两步骤局部浸镀工艺。这种浸镀工艺不需要对换热器管束进行整体预热和浸镀,也能达到将换热器整体全部镀上铝的目的。它工艺简单、易操作,不产生熔线和局部腐蚀,是一种既有以上两种工艺优点,又克服了两种工艺缺点的管壳式系列热浸镀铝换热器制造新工艺。由于本专利解决了以往制造工艺上的难题和质量缺陷。使热浸镀铝换热器的普遍应用成为现实。

热浸镀过程由于浸镀温度高,镀液表面易氧化.影响授镀工艺且增加了镀液消耗,因此有必要在镀液表面来覆盖熔盐保护镀液表面。

17.-10到-196℃的温度范围称为“低温”,低于-196℃时称为“超低温”。

1、整体耐蚀性好。这种工艺生产的热镀铝换热器由于镀铝层履盖整个换热器,焊缝也镀上铝,不产生熔线,消除了局部腐蚀,达到了和一次整体浸镀同样的镀铝效果和耐腐蚀效果。

4热浸镀层性能及应用

不锈钢焊接

2、浸镀成功率高。本工艺易操作,杜绝了整体浸镀和冷却过程中由于受热和散热温度不均产生的变形,大大提高了浸镀成功率,使热浸镀铝换热器产品质量产生提高一个飞跃。

镀层性能

1.不锈钢:不锈钢是指能耐空气,水,酸,碱,盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的,具有高度化学稳定性的合金钢的总称。

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