钢材中的化学成分对钢材的作用
钢材中的化学成分对钢材的作用（一）
钢材中的化学成分对钢材的作用
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 
   2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。
   3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强
度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 
钢材中的化学成分对钢材的作用（二）
钢材中的化学成分对钢材的作用/文青岛宏正金属
4、磷（P）：在通常情况下，磷元素是模具钢材中的有害元素，磷（P）元素能够增加模具钢的冷脆性，使模具钢焊接性能变坏；降低模具钢的塑性，使模具钢的冷弯性能变坏。因此通常要求模具钢中含磷量小于0.045%，优质模具钢要求更低。 
   5、硫（S）：硫（S）元素在一般情况下也是有害元素。硫（S）元素使模具钢产生热脆性，降低模具钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫（S）元素对模具钢的焊接性能也不利，降低其耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。但是在模具钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，称易切削模具钢。 
   6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬（Cr）元素能显著提高模具钢的强度、硬度和耐
磨性，但同时降低模具钢塑性和韧性。铬（Cr）元素又能提高模具钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
钢材中的化学成分对钢材的作用（三）
 7、镍(Ni)：镍元素能提高模具钢的强度，而又保持模具钢良好的塑性和韧性。镍元素对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍元素是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 
   8、钼(Mo)：钼元素能使模具钢的晶粒细化，提高模具钢淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高模具钢机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 
   9、钛(Ti)：钛元素是模具钢中强脱氧剂。它能使模具钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低模具钢时效敏感性和冷脆性。改善模具钢焊接性能。在Cr18Ni9不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 
钢材中的化学成分对钢材的作用（四）
钢材中的化学成分对钢材的作用/文青岛宏正金属
    10、钒(V)：钒元素是模具钢的优良脱氧剂。模具钢中加0.5%的钒元素可细化组织晶粒，提高模具钢的强度和韧性。钒元素与碳元素形成的碳化物，在高温高压下可提高模具钢的抗氢腐蚀能力。 
   11、钨(W)：钨元素熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨元素与碳元素形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高工具钢的红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 
   12、铌(Nb)：铌元素能细化晶粒和降低模具钢的过热敏感性及回火脆性，提高模具钢的强度，但模具钢的塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌元素，可提高模具钢抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌元素可改善模具钢焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 
钢材中的化学成分对钢材的作用（五）
钢材中的化学成分对钢材的作用/文青岛宏正金属
 
    13、钴(Co)：钴元素是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。 
   14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高模具钢的强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。 
   15、铝(Al)：铝元素是模具钢中常用的脱氧剂。模具钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高模具钢的冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝元素还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高模具钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响模具钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
钢铁中的化学成分对钢材的作用（六）
钢铁中的化学成分对钢材的作用/文青岛宏正金属
 16、硼(B)：模具钢中加入微量的硼就可改善模具钢的致密性和热轧性能，提高强度。 
   17、氮(N):氮能提高模具钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。
   18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。模具钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。
CEV和CET都是碳当量公式：
CEV（%）=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15
CET（%）=C+(Mn+Mo)/10+(Cr+Cu)/20+Ni/40
传统的碳当量控制焊接冷裂纹的概念，即CEV (Carbon Equivalent Value)或Ceq(IIW)：
CEV（%）=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15
德国Thyssen钢厂为代表的Uwer博士，求出了反映冷裂纹评定的CET计算公式：
CET=C+(Mn+Mo)/10+(Cr+Cu)/20+Ni/40
通常抗氢致开裂HIC（Hydrogen Induced Crack）主要是针对低碳高强度结构钢制压力管线讲的( 现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢)。目前国内生产的此类专用钢(抗HIC专用钢)主要材料牌号有：16MnR(HIC),20R(HIC),SA516(HIC)。该类钢的碳当量可用Ce=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15计算。
  质保书中C：0.022，Mn：1.05，Cr：18.20，Ni：8.32材料成分大致符合不锈钢00Cr19Ni10(GB/T1220—1992)主要元素成分要求。提供的是00Cr19Ni10或类似材质，应该没有太大问题。

参考资料：
  关于提高提高管线钢抗HIC能力的措施
  提高管线钢抗HIC能力的措施有成份设计、冶炼控制、连铸工艺、控轧控冷等四个方面。展开来说，主要有三点：
  提高钢的线纯净度。采用精料及高效铁水预处理（三脱）及复合炉外精炼，达到S≤0.001%，P≤0.010%，[O]≤20ppm，[H]≤1.3ppm。同时采用Ca处理。②晶粒细化。主要
通过微合金化和控轧工艺使晶粒充分细化，提高成分和组织的均匀性。为此，钢水和连铸过程要电磁搅拌；连铸过程采用轻压下技术；多阶段控制轧制及强制加速冷却工艺；Tio处理，使得钢获得优良的显微组织和超细晶粒，最终组织状态是没有带状珠光体的针状铁素体或贝氏体。③昼降低含C量（C≤0.06%），控制Mn含量，并添加Cu和Ni。从炼钢来看，宝钢、武钢、鞍钢、攀钢、太钢等企业能生产不同等级的管线钢种，目前国内能生产X42、X52、X60、X65、X70等，X70目前在试用。管线钢国产化程度大幅度提高，产品质量有了显著的改进，产品的成份控制、强度、韧性、晶粒度、焊接性能等均已接近或达到国外同类产品的水平。

（作者前言）：2001年1月，中国石化科技开发部邀请英国壳牌石油公司材料专家霍普金申（音译）在南京就“高S原油加工过程中硫腐蚀及防护选材准则”做了讲座。由于国情不同和国外专家有所保留，这篇资料的有些内容不太全面。我将在写完全文以后把我自己的看法拿出来，请大家指点。
  注：问----中石化各公司代表提问  答----霍普金申
问1：精馏塔顶腐蚀的解决方法？
  答：1.塔顶选用耐腐蚀材料。2.为了防止原油中的氯离子腐蚀，在原油中加韧性有什么用NaOH中和；3.塔顶注入缓蚀剂。
  问2：关于茂名石化精馏塔塔盘选用Monel（蒙耐尔）材料，你有什么看法？
  答：日本解决的方法是用钛材，价格太高。蒙耐尔[便宜一些。另外可采用脱S的办法。原油中S含量要达到20磅/千桶需要脱S。在原油中加碱，要考虑成本。氯离子腐蚀在塔顶加合成胺，有机胺太贵。低温下主要是氯离子副食，S腐蚀反而次要。
  问3：谈谈蒸馏塔的腐蚀。
  答：塔处于高S高Cl状态，250℃以上Cr5Mo管子有轻度腐蚀，塔顶露点腐蚀严重，321材质发生点腐蚀和开裂，要用Monel400。
  问4：焦化装置顶部Cr5Mo管线腐蚀，340度时更严重，如何防腐？ 
  答：炼制委内瑞拉油就用碳钢，炼制墨西哥油就不可以。委内瑞拉原油含S高，但为非活性S，可用CS（cardon steel即碳钢）。中东油含S也高，而且为活性S，用Cr9Mo。
  问5：谈谈S腐蚀
  答：二硫醚在高温下腐蚀最厉害，中东油含各种形式的S，包括噻吩、硫化氢、R-S-R等，油对CS腐蚀除与S含量有关外，还应了解S是以何种形式存在的，因为各种形式的S腐蚀性不
同。
  问6：噻吩高温会不会分解？
  答：不会。
  问7：谈谈减压塔的腐蚀
  答：塔底会有S腐蚀，特别是对于含活性S高的中东油，解决炼制中东油的一个办法是用Cr9Mo.有机胺可以形成黏着力很强的膜，起到缓蚀作用，通常的方法是每天测量排气中的硫化氢，每天调节注入胺量。总的讲，加入缓蚀剂只能减缓腐蚀，最好使用合金钢，对于长期加入缓蚀剂，也是很贵的。
  问8：储罐、半成品罐等会发生FeS自燃，如何防止？
  答：侧壁涂有机锌涂料，可耐温700°F，底部涂聚脂形非导电涂料，可耐温200°F。涂料寿命10年更换1次。
  问9：LPG罐如何防腐？
  答：无特殊的措施，定期检查裂纹，有硫化氢腐蚀开裂，用涂料没用。
  问10：谈谈原油储罐底部的防腐
  答：底部有盐腐蚀、沉积物腐蚀及且凸凹不平，采用涂水泥的方法，一般可用8-10年
  问11：如何处理油罐底部的沉积物、渣？
  答：掩埋
  问12：罐底涂料耐温200°F，如何清扫？
  答：不用蒸汽，是用水洗。
  问13：储罐底部如何防腐？
  答：弧形顶部不用防腐，内浮顶罐内浮顶用镀铝。
  问14：谈谈加氢裂化反映器的堆焊层裂纹，如何保证奥氏体不锈钢在停工清洗时候的堆焊层免遭腐蚀？
  答：硫化铁及连多硫酸对材料有腐蚀，处理不好有腐蚀发生，推荐用2%苏打水来清洗，碱洗时会造成不锈钢腐蚀。清洗时应从顶部到底部清洗，但目前仍无法避免腐蚀。催化剂取出后，用2%苏打水充满反映器，可以开始用2%溶液然后慢慢加到5%，处理后发现残余水的氯离子浓度仍有300ppm,控制清洗过程PH为9可有效防止腐蚀，同时要保证清洗后的溶液PH在7，小于7到4肯定有腐蚀。
问15:谈谈蒸馏、常减压塔的塔盘腐蚀
答  首先炼制各种油用410均可。上面三层用Monel比较好。用CS炼制中东油、低硫油均不好，
原宥中有环烷酸不适合用410，要用316。常压塔内用410可以炼制各种油，减压塔的闪蒸区需要在炼制环烷酸油时，将410换成316。
问16：茂名石化加氢裂化空冷前换热器腐蚀，有何看法？
答  最好将这台空冷器换成321、合金815、800等，反应器排出物会引起空冷器失效。
问17：如何防止空冷器的失效，如何检查内表面。
答  检查外表面用涡流探伤。将材料换成双相不锈钢，可以同时防止应力腐蚀、硫化氢腐蚀，注意焊接顶端，会用的很好，德国用双相钢2304。
问18：循环氢中硫化氢大于20%腐蚀，分馏系统也存在腐蚀，能否加胺？
答  循环氢脱硫，管材用321。
问19：循环氢脱硫一般在H2S大于多少进行？
答  视工艺而定，用321，H2S大于20%也没问题。
问20：茂名石化装置中S由1%到了2%，目前在分馏塔和分馏炉内（CS）发生了腐蚀，谈谈你的看法，。
答  分馏塔内1%~2%的H2S问题不大，但是分馏炉则不行。
问21：压力容器检测用荧光粉针对H2S、湿H2S环境下检查压力容器检查什么内容，周期如
何？
答  湿荧光粉，第一次检查无裂纹可5年每次，如果发现裂纹，则需要频繁检查。
问22：在H2S环境下，用CS材质，H2S浓度一般不超多少？
答  小于50ppm，大于则要检查。
问23：低强度合金钢在H2S环境下的H2S浓度要求？
答  焊后处理得好，可耐浓度高些，主要是检查焊缝，但在H2S环境下不得打硬度，不得动焊缝。
问24：硫回收装置（CS）中产生硫磺，停工时水分多，管子腐蚀，目前材料上没有更好的。只能在停工时尽量降低水的酸值，用N2保护效果不大，你们是怎么办的？
答  降温前把S烧掉。把S从管线中排除，用渗铝钢也不好。
问25：硫磺装置停工用通氨保护如何？
答  可能行，但是用氨吹扫会在管线内生成硫化铵沉积物。
问26：燃料油里含2%的S，露点腐蚀如何防止？
答  HUTTER用来保护烟气露点腐蚀。不停工。
问27：茂名石化露点腐蚀产物在停工时受潮，开工时又发生露点腐蚀，国外如何应对？
答  在停工时马上用NaHCO3清洗来防止，而开车时温度高就不会发生露点腐蚀，一般腐蚀会发生在尾部最低点，省煤器的部位，唯一的办法是不停工，这是设计的问题。
问28：瓦斯气柜如何防腐？
答  用聚脂涂料，环氧树脂。
问29：制氢装置炉管如何检测寿命？
答  严格在设计的温度下运行，不可频繁开停工，这样可保证运行100000小时，建议用更好的管子，耐温高，转化率也高。H39W。
问30：谈谈焦化装置的用材。
答  用2 1/4Cr-Mo钢，有的用1%Cr大部分人希望用1%Cr。进焦碳塔的管线用CS，从炉子出来的管线用Cr9Mo,茂名石化用CS出现裂纹是正常的，国外50年前就不用了。焦碳—精馏塔用Cr9Mo，防止在温度波动时热循环造成的拉应力腐蚀。
精馏塔的热油管线用Cr9Mo、Cr5Mo。Cr9Mo700~800°F。冷油管线用CS，300~400°F。焦碳塔的出料腐蚀轻微，因为S以气体形式去了汽提。精馏塔的出料腐蚀严重，含S高，但是不足以产生H2S应力腐蚀，因设计温度为600~700°F。H2S应力腐蚀有一个临界温度，Cr9Mo、Cr5Mo在500~600°F以上，CS在500~600°F以下。
国外设计的精馏塔材质上部用CS，下部用316，塔盘用不锈钢，不用410（有环烷酸）。
Cr9Mo、Cr5Mo使用在焦碳塔—精馏塔的各段，Cr5Mo可用在低温区，而Cr9Mo可用在高温波动区，Cr9Mo的设计是保守设计。
环烷酸在焦碳塔被大部分除去，塔底物去精馏塔用不锈钢。焦化系统的H2S腐蚀注入有机胺，低温处用镇静钢，用CS容易开裂。
Cr9Mo、Cr5Mo的管线其相应的泵阀也应用Cr9Mo、Cr5Mo。
问31：腐蚀调查检验的方法？]
答  API、NACE都有规范，最重要的是设备，超声测厚仪。配管检测时用超声波，一般304的管子，蒸汽、水、空气线不查，350°F的油线、冷凝水查。
检查管线时对、管线要排污绘制简图，再标记T型区等需要检测的点，标出后送检测。用超声波检测厚度时弯管要做15个点。炼制含S、环烷酸原宥有经常检测的必要。
一般在线用超声波检查壁厚，小管线用X射线，管道内壁点腐蚀用涡流检查，换热器用探针。
问32：在高温段如何使用超声检测仪？
答  一般大于600°F很难用，炉子出口位置最好停工检查。温度太高时，一般不检测，如果必
须检测用X射线。高温超声检测可以用到600~700°F，大于这个温度用放射性膜检测。
问33：如何看待现场腐蚀挂片？
答  不推荐用。因为在设计时候就已经定好了材质，现场挂片只是验证。挂片是对缓蚀剂进行评价，最好的办法是测壁厚。
问34：如何超声检测，温度范围如何？
答  油线小于350°F，不检查；大于350°F检查。对于600°F的管线不是不可检查，而是比较难。干油线小于350°F，不检查，大于则查。水管线小于350°F检查。
问35：常减压蒸馏的腐蚀？
答  具有相同酸值不一定有相同的腐蚀速度，因为S的影响。常顶的腐蚀只与Cl-有关，与S无关。
问36：谈谈高温S 的起点温度？
答  一般是460°F，另一个是550°F。这取决于S的状态。若是噻吩可定为550°F，因为是活性S。硫醚就有腐蚀。保守的是以460°F作为界限来预防S腐蚀。
问37：CS与Cr5Mo的换材温度是多少？
答  一般是204°F。
问38，喷铝用于炉管，介绍方法及效果。
答  炉管一般用不锈钢管，不用Cr5Mo，一次喷177微米，用喷铝防止起鳞
问39：高温S腐蚀与环烷酸腐蚀的相互关系？
答  S腐蚀在铁表面生成膜，可以防止环烷酸的腐蚀。含高噻吩的油，腐蚀并不如想象的厉害。原油低S时，即使环烷酸很少，腐蚀也不一定小。反之，原宥高S，高环烷酸时腐蚀也不一定小。噻吩形成的膜与二硫醚形成的膜不同。活性硫含量高腐蚀肯定大，但是酸值与总硫不是相辅相成的。
FeS能溶于环烷酸，但噻吩膜却对环烷酸有防腐作用。
问40：国外如何考察管线？
答  投资成本高，维护费用低；投资成本低，维护费用高。按不同的工艺定腐蚀余量，选材。
问41：对海水冷却器，采用什么措施防腐？
答  1、若为清洁的冷却水，用铜合金，海军黄铜。
2、海水含H2S用NaClO除去H2S。
3、对于敏感的换热器用Ti材。
问42：壳程有硫化氢是否会生成氢花物？
答  会/65℃以下不会。规定热流温度不可大于350°F。
问43：为什么不推荐使用双相钢？
答  会有Cl-腐蚀。
问44：钛换热器用在减顶冷却器发生腐蚀，是否由于PH低？
答  可能是不同金属连接发生电偶腐蚀，钛换热器管子壁薄，应多设折流板以缩小跨距。
问45：中东油钒高，如何控制？
答  矾都去了减压塔底，所产生的腐蚀只限于加热炉。不影响更多的流程。
问46：脱钒的方法？
答  加MgO到炉子里和钒产生灰。
问47：减压塔底渣油加工会产生的腐蚀？
答  不做加工，烧掉。
问48：如何防高压氢腐蚀，应力腐蚀，HIC氢致开裂？
答  1.释放应力，热处理。 2.造清洁钢或特殊钢。 3.复合钢
问49：同时存在硫化氢和氯离子，怎么办？
答  硫化氢腐蚀发生在碱性溶液，氯离子在这样的环境中不腐蚀。氯离子在酸性溶液中腐蚀，而硫化氢在酸性溶液中不腐蚀。HIC大多发生在酸性条件下，在碱性条件下也发生。酸性条件下氯离子对SS有腐蚀，碱性条件下氯离子不会对316腐蚀。
问50：复合钢焊缝如何处理？
答  405复合板用309焊接，形成的不是奥氏体，因为基体是铁素体而形成双相钢，耐氯离子腐蚀，0Cr13的复合钢只用于减压塔。硫化氢高时用304、316做复合板。
问51：焊肉需要热处理吗？
答  复合板的焊接有专门焊条，焊后内外分开不会出现应力开裂。
问52：换热器碳钢如何消除残余应力？
答  壳体热处理，管束不必。
问53：管束管板间的焊接处理是否需要热处理？
答  焊接胀接都不必。在消除应力时不要使金相组织变化。
问54：原油罐、轻油罐是否要用导电涂料？
答  好些，可防起火。
问55：原油罐底部有水，做了阴极保护后，是否还需要涂料？
答  一般不用导电涂料，只要侧壁用就可以。采用玻璃钢密封罐底。
问56：原油罐或埋地管线是否有阴极保护或牺牲阳极保护？
答  在湿泥里用阴极保护。沿街的埋地管线用阴极保护。原油罐的阴极保护普遍存在，在旧罐底腐蚀掉以后，在罐底内册换新罐底，并用牺牲阳极（锌）保护罐底外侧。
问57：如何进行溶剂脱硫？如何对脱硫装置保护？
答  腐蚀发生在再生罐，温度高，在重沸器用不锈钢。塔顶腐蚀严重，处于湿硫化氢状态，加缓蚀剂。再生器用304、316。从工艺角度防腐，材料用合金钢。加缓蚀机。管线大多用CS，高温区用SS，异种钢焊接用法兰。再生罐顶用SS、304，外壳为钛材。壳体是CS、SS复合板。管线用CS加缓蚀机。
问58：再生罐底是否有MEA的腐蚀？
答  管线是CS，MEA对CS 腐蚀。但塔底的腐蚀可能是H2S或CO2
问59：裂纹如何修复？
答  对钢进行预计加热，再焊接母材，母材是CS，用SS焊接。但是不经过热处理会再次开裂。
问60：再生罐底用CS，消除应力控制温度即可，现在用304（侧壁）是什么原因？
答  吸收塔是CS，焊后热处理消除应力即可。再生塔用304是为防止进入的硫化氢、CO2、有机酸的腐蚀，主要是CO2。在顶部的腐蚀。
问61：发现什么情况认为管线不可再用？
答  保守的方法是比例：剩余1/2~1/3，判定报废。

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