在含硫化石燃料的鍋爐排氣系統(tǒng)的低溫部，即空氣預熱器、廢氣預熱器、煙道等氣體溫度下降部位使用的碳素鋼表面上，因氣體中的二氧化硫和水分形成的硫酸凝結而產(chǎn)生腐蝕，這種腐蝕被稱為硫酸露點腐蝕。在歐美這種腐蝕被認識的時間是20世紀40年代。就是說，為了提高鍋爐的效率在強化熱回收時，排氣溫度下降到硫酸露點以下就會發(fā)生腐蝕，這成為了提高效率的一大障礙。
對硫酸露點凝結現(xiàn)象的研究，歐美盛行的時期是20世紀40年代到50年代。在這個時期有幾個人提出了把碳素鋼的腐蝕量和硫酸凝結量作為溫度函數(shù)表示的圖。如鍋爐排氣約在150℃成為硫酸的露點，濃硫酸的凝結量、腐蝕量都在約120℃出現(xiàn)峰值，進而溫度下降到50~60℃以下時通過大量水分的凝結生成大量的稀硫酸，腐蝕顯著地增大，大家對這些問題的認識已經(jīng)一致，可是腐蝕的絕對值一般均未發(fā)表。如果根據(jù)以后的資料，碳素鋼的腐蝕率由于環(huán)境條件不同而不同，范圍是0.1~5mm/年。
凝結的硫酸濃度因產(chǎn)生凝結的金屬表面溫度不同而異，所以人們設計出了使用各種濃度的硫酸水溶液，保持與濃度對應的凝結溫度，浸泡試片的腐蝕試驗方法，然而由于忽略了酸的凝結速度或附著的狀況，在試驗中不能生成實際環(huán)境下形成的腐蝕生成物薄膜，所以數(shù)據(jù)的可靠性有問題。
我想最初進行各種材料的耐蝕性評價的人是Barkley等，他把試片安裝在雍格斯特洛姆型空氣預熱器上進行了數(shù)百天的試驗。1953年發(fā)表了碳素鋼、不銹鋼、高鎳合金、銅、鈦等20種材料的試驗結果。雖然不清楚來龍去脈，可是在試驗材料中加進了U.S.Steel公司的耐候鋼 COR-TEN.該種鋼的試用結果非常好，以此為開端這種低合金鋼開始在鍋爐的空氣預熱器上應用，之后在日本由各公司開發(fā)了能夠發(fā)揮這種特長的低合金的耐硫酸露點腐蝕鋼。
Barkley等的試驗結果只相對地給出了腐蝕量，如果把COR-TEN的腐蝕設定為100時，其他材料分別是碳素鋼（平爐鋼）：180,Type 410 不銹鋼：140,Type 316不銹鋼：260,銅：220等。比COR-TEN鋼優(yōu)秀的材料只有6種，最好的是 Hastelloy B 及C是35,Inconel是60,Carpenter 20是70.與使用碳素鋼相比，低合金的COR-TEN腐蝕減少一半，即使使用高價的高Ni鋼也只不過降低到Inconel的1/3、Hastelloy的1/5的水平，從成本上來看COR-TEN鋼更具有魅力。
以后，根據(jù)多人進行的試驗，COR-TEN的耐蝕性與碳素鋼相比有的場合相當好，有的場合幾乎相同.這種情況以后在日本被確認。
1985年（昭和60年）在倫敦召開了關于露點腐蝕的國際會議，會上發(fā)表了15篇論文，其中有這樣的觀點：“在燃燒設備上很少因露點腐蝕產(chǎn)生大問題，我們?yōu)槭裁磳β饵c腐蝕進行研究？即使設備工程師和管理者認為不可理解也是可以允許的。”當時仍然強調“提高排氣溫度控制露點的方法雖然可以防止腐蝕但是熱損失大”由此看來，歐美在防止露點腐蝕的措施上好像還不能說是十分先進的。
根據(jù)1989年（平成元年）發(fā)行的ASM的金屬手冊中記述作為鍋爐低溫部的材料來說，COR-TEN等耐候鋼是相當成功的，已經(jīng)在空氣預熱器的冷卻端上使用。并且，曾經(jīng)在碳素鋼腐蝕嚴重的部位使用過不銹鋼或高Ni合金鋼，可是不一定經(jīng)常成功，還想過在雍格斯特洛姆型空氣預熱器的元件上涂兩層瓷漆的方法可能會有效果。但是執(zhí)筆者強調指出：“這些耐蝕材料只能考慮在腐蝕嚴重的部分使用，就整體而言，空氣泄入量的控制、溫度分布的管理、凝結液的有效排出、禁止在線水洗等有效的維護管理更重要，更經(jīng)濟?！盋OR-TEN等已經(jīng)在排煙脫硫裝置上使用。
日本從1955年（昭和30年）起，專燒重油的火力發(fā)電廠的建設急增，由于使用含硫多的C重油，硫酸露點腐蝕則成為了問題。重油在燃燒器中燃燒，燃燒氣體一邊加熱蒸發(fā)管一邊上升，流經(jīng)二次加熱器、再熱器、一次加熱器、節(jié)氣器（廢氣預熱器）、空氣預熱器、增壓通風機、煙筒，然而溫度降到硫酸露點以下的部位是在節(jié)氣器以后。特別在空氣預熱器的人口部（冷卻端元件），腐蝕損傷最顯著。
為了降低SO2變成SO3(無水硫酸）的比例（通常1%~3%),用降低燃燒用的空氣過剩率，或者注入氫氧化鎂或氨之類中和劑的方法，來減輕硫酸露點腐蝕。然而一部分鍋爐廠家把COR-TEN鋼作為耐蝕材料，進行了研究和使用。
問題與歐美的經(jīng)驗相同，硫酸露點環(huán)境的特性因部位不同差異很大，與碳素鋼相比COR-TEN鋼的優(yōu)越性各不相同。例如試驗結果表明，空氣預熱器冷卻端的腐蝕，節(jié)氣器出口氧的濃度在1.5%以上并不嚴重，那時COR-TEN鋼與碳素鋼相比腐蝕相當??；相反氧的濃度在1%以下的溫和條件時，就沒有那么明顯的效果。另外的試驗表明，COR-TEN鋼用在節(jié)氣器出口煙道或煙筒入口煙道上雖然比碳素鋼優(yōu)秀，可是用在空氣預熱器底箱上效果卻完全相反。
當時，屬于Cu-Cr-Ni-P系耐候鋼的COR-TEN鋼為什么有耐硫酸露點腐蝕的性能還不清楚。例如，磷應該增大鋼在硫酸中的腐蝕，但是含有磷的鋼為什么好？這就是一個疑間。事實上，在稀硫酸中浸入高磷系的耐候鋼時，與碳素鋼相比很快就被溶解了。各鋼鐵公司對于硫酸露點腐蝕開始開發(fā)具有更優(yōu)秀耐蝕性的低合金鋼的時間是在20世紀60年代前期（昭和30年代后期）。耐候鋼和耐海水鋼是引進了美國開發(fā)的產(chǎn)品，或者以此作為參考在日本進行了開發(fā)，而日本的耐硫酸露點腐蝕鋼可以說是對有了一定應用業(yè)績的COR-TEN的成分系有所認識之后，獨自開發(fā)的鋼種。
日本鋼鐵公司的研究者們在含有SO3燃燒氣體溫度逐漸下降的鍋爐系工藝上，對80%的硫酸進行凝縮的120~130℃的高溫區(qū)域和大量生成40%~50%硫酸的50~70℃低溫區(qū)域，因其腐蝕特別嚴重而作為了研究開發(fā)的起點，這些區(qū)域的資料是來自于日本以外的各種文獻。這就是圖4-1所出示的示意圖中區(qū)域IV和區(qū)域II。
關于合金元素對耐蝕性的影響將在下節(jié)敘述，其特征是相同合金元素的作用在這兩個區(qū)域往往非常不同，而且復合添加其他合金元素時，各個元素的作用表現(xiàn)出時而增強時而減弱等復雜的行為。
所開發(fā)的耐硫酸露點腐蝕鋼，由于鋼種不同多數(shù)把重點放在對區(qū)域IN或者區(qū)域II耐蝕性進行合金設計。在一個區(qū)域是有效果的添加元素而在另一個區(qū)域則成為有害的因素，需要通過添加其他元素來抑制其不利的影響，進一步在該區(qū)域也能使它在一定程度上具有比碳素鋼優(yōu)秀的耐蝕性。這是因為隨著鍋爐的運行、停止等作業(yè)的變動，在同一部位的腐蝕環(huán)境條件發(fā)生了變化。
以前已經(jīng)知道0.2%~0.5%Cu的添加能夠提高鋼對各種濃度硫酸的耐蝕性，銅已經(jīng)成為所開發(fā)的全部耐硫酸露點腐蝕鋼的基本成分之一。
關于提高鋼在40%~50%以下低濃度硫酸中（區(qū)域II)的而蝕性問題，高村(當時的神戶制鋼所）于1965年（昭和40年）在名古屋舉行的第12次腐蝕防蝕討論會上對此做了詳細的報告。高村認為，為了提高鋼在硫酸中的耐蝕性，在添加0.15%以上銅的同時，需要有0.015%以上的硫的共存（圖4-2).該結果正如下一節(jié)所敘述的那樣，可以說在防止銅添加效果的混亂方面做出了很大貢獻（詳細參照4.2.2節(jié)）。
如果市售的碳素鋼含有0.1%以上的銅，那么它對硫酸的耐蝕性顯著提高這一結果，由Williams等(1963)把44 hert(表示溶解量）的碳素鋼用42%硫酸所進行的試驗證實了。在所使用的試驗材中，Cu≥0.1%的鋼是7 hert,腐蝕量隨著銅含量迅速下降，在Cu≥0.1%穩(wěn)定后成為最低值。
然而，銅的效果能夠這樣清楚地整理出來，是因為當時的市售碳素鋼全部含有≥0.012%以上的硫，如果參照上述高村的結果，這是顯而易見的。假如加入＜0.010%S的低硫材，那么Williarns等的數(shù)據(jù)與銅量關系的結果將會更加分散。正因為日本從1965年（昭和40年）才開始工業(yè)生產(chǎn)S<0.010%的所謂“單一”硫量的脫硫鋼，所以其意義重大。事實上，在開發(fā)的幾種耐硫酸露點腐蝕鋼中已經(jīng)考慮了硫含量的下限。
前述高村的研究,同時發(fā)表了以0.2%~0.5% Cu-＞0.010%S為基體添加少量P、Sn、As、Sb的試驗鋼的耐硫酸性的數(shù)據(jù)，表明0.035%的Sn、As、Sb是有效的。在元素周期表中VB族及VIB族的P、As、Sb、S、Se、Te等化合物，在鹽酸或硫酸等還原性的酸中溶解鋼時成為對氫發(fā)生反應的催化劑，在降低溶解速度的同時增大鋼中氫的吸附，這是以前已經(jīng)知道的事實。另外，還發(fā)表過幾篇含有As、Sn等的鋼提高耐酸性的研究報告。
高村使用的是25℃、1%H2SO4,然而在下一節(jié)（4.2節(jié)）將談到其他研究者更詳細地研究的在稍濃硫酸中這些元素的作用。通過該系鋼種的合金設計1960年代后期（昭和40年代前期），人們把工作重點放在區(qū)域I耐蝕性實用耐硫酸露點腐蝕鋼的開發(fā)與銷售上，鋼號有Cu-Sb系的FUZI·STEN(富士制鐵）[以后的STEN1（新日鐵）］、Cu-Sb-Sn系的NAC-1A、NAC-2A(NKK)。
另外，以區(qū)域IN即高溫、高濃度硫酸環(huán)境為重點的耐硫酸露點腐蝕鋼的開發(fā)，是把和COR-TEN鋼同系統(tǒng)的Cu-Cr系或者Cu-Ni-Cr系作為基礎進行研究的。
在10%濃度的硫酸中，添加鉻對鋼耐蝕性有害，這是以前知道的常識，并且有數(shù)據(jù)證明，在160℃的85%H2SO4中，5%以上的鉻是有害的，即使1%的程度也有增加腐蝕的傾向。然而，根據(jù)COR-TEN鋼盡管含有0.5%Cr,可是在高溫、高濃度硫酸露點環(huán)境的空氣預熱器中所顯示出的良好的耐蝕性來看，很難認為鉻在區(qū)域IV中有害。對此做出解釋的是住友金屬的小若等的研究結果。
在高濃度硫酸區(qū)域，硫酸浸泡試驗和實際設備的條件不同，與空氣預熱器中的硫酸露點環(huán)境的腐蝕相比，相對液體多，腐蝕生成物少，來自環(huán)境的附著物也少。小若等注意到在實際設備的鋼表面上附著了大量的未燃燒炭，認為它的氧化催化作用對腐蝕起了重要作用。而且，通過在硫酸和鍋爐附著物的混合物試驗，認為鉻的存在使鋼發(fā)生鈍化是由于含鉻鋼有耐蝕性。并且，還假定活性炭能起到和未燃燒炭同樣的作用，通過向硫酸中加入活性炭所進行的試驗，獲得了在實際設備上反映出來的結果。
添加了Cu-Cr或者 Cu-Cr-Ni的耐硫酸露點腐蝕鋼的鋼號有：CR1A(住友金屬）、TAICOR-S(神戶制鋼）、RIVERTEN-41S(川崎制鐵）、S-TEN2(新日鐵）［16]、NAC-1B(鋼管）及NAC-2B(鋼板）［NKK]等。另外，為了強化在低濃度區(qū)域的耐蝕性，以此作為基體添加了Sb-Sn的產(chǎn)品分別有：S-TEN3(新日鐵）、NAC-1C(鋼管）及NAC-2C(鋼板）［NKK].表4-1示出了市售的耐硫酸露點腐蝕鋼。
耐硫酸露點腐蝕鋼除了用于火力發(fā)電鍋爐設備以外已經(jīng)在各種鍋爐、煙道、煙筒等上使用。遺憾的是還沒有日本全國需要量的統(tǒng)計，所以不知道生產(chǎn)量，雖然使用件數(shù)多可是用量不一定大，我想每年在1萬t以下。還有，耐硫酸露點腐蝕鋼的耐蝕性的實際設備數(shù)據(jù)，由于需要在成套設備內的傳熱面上進行試驗，所以不多，可是已經(jīng)發(fā)表的例子是碳素鋼的1.5倍至數(shù)倍。腐蝕嚴重的場合是1~3mm/a,所以把更換作為前提的價格性能比是關鍵，好像這種鋼在更換需要花費費用和工時的傳熱管上很少使用，而多在容易進行補修的板材上使用。
