一种高压锅炉管用钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高压锅炉管用钢及其制备方法，按照重量百分比含有C：0.10～0.13，Si：0.20～0.50，Mn：0.30～0.60，Cr：8.00～8.40，Mo：0.30～0.60，V：0.15～0.25，Nb：0.04～0.09，Co：1.50～2.00，W：1.00～1.40，[N]：0.040～0.070，P≤0.010，S≤0.005，Als：≤0.003，余为Fe和其它不可避免的杂质，可在较宽的轧制加热温度范围和热处理温度范围内，避免高温铁素体的产生。

High pressure boiler tube steel and preparation method thereof

The invention relates to a high-pressure boiler steel pipe and its preparation method, according to the weight percentage containing C:0.10 ~ 0.13, Si:0.20 ~ 0.50, Mn:0.30 ~ 0.60, Cr:8.00 ~ 8.40, Mo:0.30 ~ 0.60, V:0.15 ~ 0.25, Nb:0.04 ~ 0.09, Co:1.50 ~ 2, W:1.00 ~ 1.40, [N]:0.040 ~ 0.070, P = 0.010, S < 0.005, Als: 0.003, Fe and other impurities as inevitable, processing temperature range in rolling heating in a wide range of temperature and heat, avoid high temperature ferrite production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超临界高压锅炉管用钢领域，具体涉及一种耐625℃无高温铁素体超超临界高压锅炉管用钢及其生产方法。
技术介绍
目前世界范围内主要超超临界火电机组的蒸汽参数为600℃，我国自1996年浙江玉环第一台600℃超超临界火电机组投运以来，已先后建成近百台600℃超超临界火电机组。目前，马氏体耐热钢P92是耐625℃蒸汽温度以下大口径锅炉管的主要材料。但该钢种Cr、V、Mo、Nb、W等铁素体形成元素偏高，导致钢中高温铁素体含量偏高。δ铁素体又称高温铁素体，是碳在δ-Fe中的间隙固溶体。钢中δ铁素体的存在不仅影响P92无缝钢管的韧性、塑性、强度及焊接性能，而且还将导致无缝钢管产生严重的内、外折质量缺陷。早期，大直径厚壁P92钢管均采用模铸钢锭甚至电渣工艺生产，钢锭和电渣锭成分偏析相对较轻，再经过钢锭或电渣锭退火、锻造及钢管轧制，可以减轻高温铁素体的产生。随着连铸技术进步，使得P92采用连铸工艺生产成为可能，但连铸工艺与模铸、电渣工艺相比，成分偏析相对较重，δ铁素体的控制成为连铸工艺生产P92的关键。截止目前，连铸工艺生产超超临界高压锅炉管用钢P92高温铁素体控制仍然没有很好解决。
技术实现思路
针对以上现有技术问题，本专利技术的目的在于提供一种耐625℃无高温铁素体超超临界高压锅炉管用钢及其生产方法，具体技术方案如下：一种高压锅炉管用钢，按照重量百分比含有C：0.10～0.13，Si：0.20～0.50，Mn：0.30～0.60，Cr：8.00～8.40，Mo：0.30～0.60，V：0.15～0.25，Nb：0.04～0.09，Co：1.50～2.00，W：1.00～1.40，[N]：0.040～0.070，P≤0.010，S≤0.005，Als：≤0.003，余为Fe和其它不可避免的杂质。进一步地，按照重量百分比含有C：0.11，Si：0.39，Mn：0.56，Cr：8.15，Mo：0.48，V：0.15，Nb：0.09，Co：1.91，W：1.05，[N]：0.058，P:0.007，S:0.002，Als：0.003，余为Fe和其它不可避免的杂质。进一步地，其为一种耐625℃无高温铁素体超超临界高压锅炉管用钢。上述的高压锅炉管用钢的制备方法，包括如下步骤：(1)电弧炉或转炉冶炼；(2)LF炉精炼；(3)RH或VD真空脱气；(4)圆坯连铸；(5)铸坯加热炉加热；(6)钢管轧制；(7)正火加回火热处理。进一步地，步骤(7)中采用1020～1060℃正火加750～780℃回火的热处理。进一步地，步骤(4)中圆坯连铸规格Φ380～Φ800mm，采用三段电磁搅拌。进一步地，步骤(4)中圆坯连铸在结晶器、铸流、凝固末端等三段采用电磁搅拌。进一步地，采用中包感应加热技术，实现中包钢水过热度≤10℃的低过热度浇注，以减轻连铸坯成分偏析。进一步地，钢管轧制时，将其加热温度控制在1150～1220℃之间。与目前现有技术相比，本专利技术可在较宽的轧制加热温度范围和热处理温度范围内，避免高温铁素体的产生。具体实施方式下面对本专利技术进行详细描述，其为本专利技术多种实施方式中的一种优选实施例。在一个优选实施例中，(1)适当降低Cr、W等铁素体形成元素含量，适当提高C元素，同时在钢中加入奥氏体形成元素Co，以抑制δ铁素体形成，并确保钢的各项性能指标不变；(2)采用中包感应加热技术，实现中包钢水过热度≤10℃的低过热度浇注，以减轻连铸坯成分偏析；(3)连铸采用三段电磁搅拌技术，以减轻连铸坯成分偏析；(4)优化钢管轧制工艺，消除高温铁素体的产生。(4)钢管轧后热处理工艺为“1020～1060℃正火+750～780℃回火”。本专利技术的关键之处在于将成分优化调整与冶金质量控制有机地结合起来，在获得高性能的同时，实现较低的成本。在另一个优选实施例中，本专利技术钢的具体化学成分(重量％)如下：C：0.10～0.13，Si：0.20～0.50，Mn：0.30～0.60，Cr：8.00～8.40，Mo：0.30～0.60，V：0.15～0.25，Nb：0.04～0.09，Co：1.50～2.00，W：1.00～1.40，[N]：0.040～0.070，P≤0.010，S≤0.005，Als：≤0.003，余为Fe和其它不可避免的杂质。和传统的P92钢相比，本专利技术重点对C、Cr、W、Co等成分进行了优化设计，这些元素的作用及配比依据如下：C：C可以和Cr、Mo、V和Nb等元素形成析出物，析出碳化物可通过弥散强化等方式提高材料的持久蠕变性能。C含量过低容易导致高温铁素体的产生。但是碳含量过高可能致使析出的碳化物过多，消耗固溶元素(如Cr、Mo)过多，从而对持久蠕变性能和耐蚀性能产生负面影响；另一方面，过高的C含量对焊接性能不利，因此本专利技术钢的C含量范围控制在0.10-0.13％。Cr：Cr是本专利技术钢中抗蒸汽腐蚀和抗热腐蚀最重要的元素。随着Cr含量的增加，钢的抗蒸汽腐蚀性能明显增加。但研究表明，当Cr含量过高时，钢中将产生δ铁素体，从而降低材料的高温热强度。综合考虑到高温热强性及δ铁素体，因此，本专利技术钢选取Cr含量范围为8.00-8.40％。Co：Co能提高钢的热强性，从而可弥补Cr的降低对钢的热强性的影响。同时，Co为奥氏体形成元素，添加Co可抑制钢中δ铁素体的形成。综合考虑，本专利技术钢的Co含量范围控制在1.50-2.00％。W：W是典型的固溶强化元素，由于W的原子半径比Mo的原子半径大，W元素固溶引起的晶格畸变比Mo元素大，所以W元素的固溶强化效果比Mo元素明显。当W元素是铁素体形成元素，其含量过高会导致δ铁素体的产生，对钢的综合性能有非常不利的影响。所以本专利技术钢的W含量范围控制在1.00～1.40％。本专利技术钢生产工艺流程为：电弧炉或转炉冶炼→LF炉精炼→RH或VD真空脱气→圆坯连铸(规格Φ380～Φ800mm)→铸坯加热炉加热→钢管轧制→正火+回火热处理。本专利技术关键的连铸和轧制工艺步骤如下：(1)采用中包感应加热技术，实现中包钢水过热度≤10℃的低过热度浇注，以减轻连铸坯成分偏析。(2)圆坯连铸在结晶器、铸流、凝固末端等三段采用电磁搅拌技术，以减轻连铸坯成分偏析。工艺参数见表1。表1电磁搅拌工艺参数(3)钢管轧制时，将其加热温度控制在1150～1220℃之间，轧后热处理工艺为“1030～1070℃正火+750～780℃回火”，基本可避免高温铁素体的产生。采用本专利技术的化学成分、工艺流程和生产工艺参数生产的耐620℃超超临界高压锅炉管用钢管，通过最终成品热处理后，钢材性能可达到：(1)钢中无高温铁素体存在；(2)室温拉伸性能：Rp0.2≥450MPa，Rm≥650MPa，A≥20％，Z≥65％；(3)0℃冲击性能：纵向KV2≥50J；横向KV2≥40J；(4)高温拉伸性能：试验温度为625℃时，Rp0.2≥285MPa，Rm≥310MPa；(5)本专利技术钢的持久性能：625℃按ASME规范外推10万小时持久强度≥100MPa。在另一个优选实施例中，本专利技术P91钢生产工艺流程为：电弧炉或转炉冶炼→LF炉精炼→RH或VD真空脱气→圆坯连铸(规格Φ380～Φ800mm)→铸坯加热炉加热→钢管轧制→正火+回火热处理。本专利技术钢的熔炼化学成分、主要生产工艺参数与高温铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压锅炉管用钢，其特征在于，按照重量百分比含有C：0.10～0.13，Si：0.20～0.50，Mn：0.30～0.60，Cr：8.00～8.40，Mo：0.30～0.60，V：0.15～0.25，Nb：0.04～0.09，Co：1.50～2.00，W：1.00～1.40，[N]：0.040～0.070，P≤0.010，S≤0.005，Als：≤0.003，余为Fe和其它不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高压锅炉管用钢，其特征在于，按照重量百分比含有C：0.10～0.13，Si：0.20～0.50，Mn：0.30～0.60，Cr：8.00～8.40，Mo：0.30～0.60，V：0.15～0.25，Nb：0.04～0.09，Co：1.50～2.00，W：1.00～1.40，[N]：0.040～0.070，P≤0.010，S≤0.005，Als：≤0.003，余为Fe和其它不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的高压锅炉管用钢，其特征在于，按照重量百分比含有C：0.11，Si：0.39，Mn：0.56，Cr：8.15，Mo：0.48，V：0.15，Nb：0.09，Co：1.91，W：1.05，[N]：0.058，P:0.007，S:0.002，Als：0.003，余为Fe和其它不可避免的杂质。3.如权利要求1和2所述的高压锅炉管用钢，其特征在于，其为一种耐625℃无高温铁素体超超临界高压锅炉管用钢。4.如权利要求1-3所述的高压锅...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪开忠，龚志翔，胡芳忠，于文坛，刘学华，高振波，吴林，
申请(专利权)人：马钢集团控股有限公司，马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34