一种耐热不锈钢无缝管及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐热不锈钢无缝管，按重量百分比计，包括：C 0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr 17％～23％，Ni 13％～19％，Cu 1.5％～4％，W 0.1％～3％，Nb 0.1％～0.9％，N 0.1％～0.5％，B 0.003％～0.006％，RE 0.001％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂。本发明专利技术还提供了耐热不锈钢无缝管的制备方法，包括：铸锭采用自由锻、径锻或轧制的方式开坯制成管坯；采用热挤压法或热穿孔法对所述管坯进行热加工制得毛管；对毛管进行精整，随后采用多道次冷轧或冷拔的方式进行冷加工制得荒管；加热所述荒管并保温。

A heat-resistant stainless steel seamless tube and its preparation method

The invention provides a heat resistant stainless steel seamless pipe, according to the weight percentage, including: C 0.05% ~ 0.12%, Si 0.3%, Mn 0.2% ~ 2%, P = 0.03%, S = 0.02%, Cr 17% ~ 23%, 13% ~ 19% Ni, Cu 1.5% ~ 4%, 0.1% ~ W 3%, Nb 0.1% ~ 0.9%, 0.1% ~ 0.5% N, B 0.003% ~ 0.006%, 0.001% ~ 0.2% RE, balance iron Fe and inevitable impurities. The invention also provides a method for preparing heat-resistant stainless steel seamless pipe including ingot by free forging, forging or rolling diameter way billet made by puncture tube; heat processing on the capillary tube hot extrusion method or heat; capillary finishing, followed by multi pass cold or cold way cold processing tube; the heating tube and heat insulation.

【技术实现步骤摘要】
一种耐热不锈钢无缝管及其制备方法
本专利技术属于冶金领域，具体地，本专利技术涉及一种耐热不锈钢无缝管及其制备方法。
技术介绍
电力是工业的基础，近年来我国的电力行业飞速发展，总装机容量已逼近10亿kW，其中火电机组是绝对主力，我国“富煤少油缺气”能源体系特点决定了煤炭作为能源供应的主导地位，这种局面在相当长的时间内难以改变。当前中国正面临着巨大的减排压力，而煤炭发电势必带来CO2、SO2、NOx等废气大量排放，造成严重的环境污染。因此，有效提高燃煤发电机组的热效率，增加煤电转化率，降低煤耗和二氧化碳等废气排放量，是煤电发展的方向。随着电站参数由亚临界、超临界发展到超超临界，电站锅炉蒸汽温度和压力参数也逐渐提高，目前较为成熟的为600℃超超临界电站。随着环保压力加大，节能减排目标不断提高，国内外正在进行着更高蒸汽参数机组的开发设计，建设630-650℃机组已成为下一步电站发展的重要目标。目前，我国在该领域已走到世界前列，国家拟在“十三五”期间建设630℃超超临界示范电站。随着火力电站蒸汽温度和压力参数的不断提高，对材料提出了更高的要求，其中锅炉过热器和再热器用管材对材料的要求尤为苛刻，是最大的制约因素。目前广泛采用的主要是析出强化型的18-8系、18-10系和25-20系奥氏体耐热不锈钢，典型钢种包括TP347HFG、Super304H及HR3C等。当温度提高到630-650℃时，传统的钢种要么持久强度不够(如HR3C)，要么抗氧化和耐腐蚀性能较差(如TP347HFG、SUPER304H)，无法用于过热器和再热器。申请号为201310718590.7的中国专利技术专利申请公开了一种用多种纳米析出相复合强化铬镍型奥氏体耐热钢的方法，在HR3C的基础上，添加一定量的Cu元素，专利技术了一种用多种纳米析出相复合强化铬镍型奥氏体耐热不锈钢。然而该材料相比HR3C仅仅增加了富Cu相强化，持久性能提升有限。当温度提高到650℃时，时效脆化倾向依然严重，且析出相粗化情况严重，组织稳定性较差。申请号为00803866.X的中国专利技术专利申请公开了一种耐热性奥氏体不锈钢，在HR3C的基础上，通过调整Cr、Ni含量，添加W、Co、Cu、Ti、Mg、Ca等元素，采用多种复合强化方式来提高高温持久强度。但是该材料中的Co价格昂贵，增加合金成本；Ti元素容易使晶界碳化物粗化，对材料高温强度不利；Mg、Ca元素容易偏聚在晶界，严重降低材料的高温持久强度。申请号为201310719141.4的中国专利技术专利申请公开了一种复合强化22/15铬镍型高强抗蚀奥氏体耐热钢，比25/20型铬镍奥氏体HR3C钢的铬镍量略低，但又比18/10铬镍型的TP347H和Super304H的铬镍量略高以保持足够的抗氧化腐蚀性能，靠碳化物等第二相的析出强化作用。但是该材料中缺乏W、Mo等碳化物形成元素，M23C6析出量不够，且长期时效过程中容易粗化，造成高温强度不够，组织稳定性较差。上述专利文献中公开的不锈钢虽然具有一定的耐热性，但是高温强度、持久性能明显不足，组织稳定性差，无法满足630-650℃超超临界电站锅炉过热器和再热器用锅炉管的使用要求。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供了一种高持久强度耐热不锈钢无缝管及其制备方法。一方面，本专利技术提供了一种耐热不锈钢无缝管，按重量百分比计，包括：C0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr17％～23％，Ni13％～19％，Cu1.5％～4％，W0.1％～3％，Nb0.1％～0.9％，N0.1％～0.5％，B0.003％～0.006％，RE0.001％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂。前述的耐热不锈钢无缝管，按重量百分比计，包括：C0.05％～0.08％，Si≤0.3％，Mn0.2％～1.5％，P≤0.03％，S≤0.005％，Cr17％～23％，Ni13％～16％，Cu2.0％～3.5％，W1.0％～2.6％，Nb0.35％～0.55％，N0.15％～0.3％，B0.003％～0.006％，RE0.02％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂。前述的耐热不锈钢无缝管，所述耐热不锈钢无缝管的屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥350MPa，断后伸长率≥40％，断面收缩率是≥50％。前述的耐热不锈钢无缝管，所述耐热不锈钢无缝管的650℃外推10万小时持久强度≥138MPa，700℃外推10万小时持久强度≥91.3MPa。另一方面，本专利技术提供了前述的耐热不锈钢无缝管的制备方法，依次包括如下步骤：(1)对铸锭开坯制成管坯；(2)对所述管坯进行热加工制得毛管；(3)对所述毛管进行精整，随后进行冷加工制得荒管；(4)加热所述荒管并保温。前述的制备方法，所述铸锭采用如下方法制得：合金料或废钢在电炉熔化，经过AOD炉脱碳和LF炉精炼后，钢水成分的重量百分比达到下述比例即可出钢：C0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr17％～23％，Ni13％～19％，Cu1.5％～4％，W0.1％～3％，Nb0.1％～0.9％，N0.1％～0.5％，B0.003％～0.006％，RE0.001％～0.2％；随后将钢水浇铸成铸锭。前述的制备方法，在步骤(1)之前，将所述铸锭红送加热，分为均热段、加热段和保温段；其中，均热段温度为1050℃～1150℃，均热段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.8～1.8min/mm计算；加热段的加热速度为80～150℃/h；保温段温度为1130℃～1230℃，保温段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.5～1.5min/mm计算。前述的制备方法，在步骤(1)中，采用自由锻、径锻或轧制的方式开坯。前述的制备方法，在步骤(1)中，开坯时所述铸锭表面温度是1050℃～1200℃，开坯结束时所述铸锭表面温度≥900℃；所述铸锭的总变形量≥40％。前述的制备方法，在步骤(2)中，采用热挤压法或热穿孔法对所述管坯进行热加工。前述的制备方法，在步骤(3)中，采用1～3道次冷轧或冷拔的方式进行冷加工；其中，单道次变形量是30～60％，相邻两道次之间进行脱脂及退火，退火温度1100℃～1200℃，保温时间根据所述毛管的壁厚按照1.5-2min/mm计算。前述的制备方法，在步骤(4)中，加热温度是1120℃～1220℃，保温时间根据所述荒管的壁厚按照2-2.5min/mm计算。本专利技术的耐热不锈钢无缝管具有良好的力学性能、高温持久强度、抗高温氧化性能、抗高温腐蚀性能及高温组织稳定性，可以满足630-650℃超超临界电站锅炉管的使用要求。具体实施方式为了充分了解本专利技术的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本专利技术作详细说明。本专利技术的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。针对现有不锈钢材料普遍存在持久强度低、抗氧化和耐腐蚀性能较差等问题，无法满足630-650℃超超临界电站锅炉过热器和再热器用锅炉管的使用要求，本专利技术的专利技术人通过研究对奥氏体不锈钢的元素组成和配比进行优化，并对锻造工艺进行进一步改进，提供了一种高持久强度耐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热不锈钢无缝管，其特征在于，按重量百分比计，包括：C 0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr 17％～23％，Ni 13％～19％，Cu 1.5％～4％，W 0.1％～3％，Nb 0.1％～0.9％，N 0.1％～0.5％，B 0.003％～0.006％，RE 0.001％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂。

【技术特征摘要】
1.一种耐热不锈钢无缝管，其特征在于，按重量百分比计，包括：C0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr17％～23％，Ni13％～19％，Cu1.5％～4％，W0.1％～3％，Nb0.1％～0.9％，N0.1％～0.5％，B0.003％～0.006％，RE0.001％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂。2.根据权利要求1所述的耐热不锈钢无缝管，其特征在于，按重量百分比计，包括：C0.05％～0.08％，Si≤0.3％，Mn0.2％～1.5％，P≤0.03％，S≤0.005％，Cr17％～23％，Ni13％～16％，Cu2.0％～3.5％，W1.0％～2.6％，Nb0.35％～0.55％，N0.15％～0.3％，B0.003％～0.006％，RE0.02％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂。3.根据权利要求1或2所述的耐热不锈钢无缝管，其特征在于，所述耐热不锈钢无缝管的屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥350MPa，断后伸长率≥40％，断面收缩率是≥50％。4.根据权利要求1或2所述的耐热不锈钢无缝管，其特征在于，所述耐热不锈钢无缝管的650℃外推10万小时持久强度≥138MPa，700℃外推10万小时持久强度≥91.3MPa。5.权利要求1-4任一项所述的耐热不锈钢无缝管的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：(1)对铸锭开坯制成管坯；(2)对所述管坯进行热加工制得毛管；(3)对所述毛管进行精整，随后进行冷加工制得荒管；(4)加热所述荒管并保温。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铸锭采用如下方法制得：合金料或废钢在电炉熔化，经过AOD炉脱碳和LF炉精炼后，钢水成分的重量百分比达到...

【专利技术属性】
技术研发人员：方旭东，徐芳泓，李阳，夏焱，王岩，赵建伟，王志斌，
申请(专利权)人：山西太钢不锈钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14