钢材及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了钢材及其制备方法和应用，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.10～0.14％；硅：≤0.10％；锰：0.30～0.60％；磷：≤0.010％；硫：≤0.005％；铬：8.5～9.5％；钨：2.50～3.10％；钴：2.80～3.30％；铌或钽：0.03～0.07％；钒：0.15～0.25％；氮：0.004～0.010％；硼：0.010～0.016％；镍：≤0.20％；铝：≤0.010％；和余量的铁。该钢材具有优异的耐热性能和机械性能，高温条件下长时间工作不会产生热疲劳损伤，且保持较高强度。

Steel and its preparation methods and Applications

The invention provides steel and its preparation methods and applications. According to the mass fraction, the raw materials for the steel contain carbon: 0.10 to 0.14%; silicon: less than 0.10%; manganese: 0.30 ~ 0.60%; phosphorus: less than 0.010%; sulfur: less than 0.005%; chromium: 8.5 to 9.5%; tungsten: 2.50 ~ 3.10%; cobalt: 2.80 ~ 3.30%; niobium or tantalum: 0 0.03-0.07%; vanadium: 0.15-0.25%; nitrogen: 0.004-0.010%; boron: 0.010-0.016%; nickel: 0.20%; aluminum: 0.010%; and residual iron. The steel has excellent heat resistance and mechanical properties. It can work at high temperature for a long time without thermal fatigue damage and maintain high strength.

【技术实现步骤摘要】
钢材及其制备方法和应用
本专利技术涉及发电和材料
，具体的，涉及钢材及其制备方法和应用，更具体的，涉及钢材、管道、超超临界机组和制备上述钢材的方法。
技术介绍
目前国内大型火电设备普遍存在大幅度调峰运行的要求，对机组管道系统造成频繁交变应力，对管道材料要求较严格。另外，对于火电厂超超临界机组，提高锅炉内蒸汽温度可以显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。然而，由于管道用材制约，目前超超临界机组的主汽和再热器温控制在610～620℃。对于宽负荷运行的机组，管道要求能够承受更大的热应力。因此，目前的用于超超临界机组管道系统的材料仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种可以在630℃条件下可以保证超超临界机组稳定工作的钢材。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种钢材。根据本专利技术的实施例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.10～0.14％；硅：≤0.10％；锰：0.30～0.60％；磷：≤0.010％；硫：≤0.005％；铬：8.5～9.5％；钨：2.50～3.10％；钴：2.80～3.30％；铌或钽：0.03～0.07％；钒：0.15～0.25％；氮：0.004～0.010％；硼：0.010～0.016％；镍：≤0.20％；铝：≤0.010％；和余量的铁。专利技术人发现，含有上述成分的钢材，具有优异的耐热性能，高温条件下长时间工作不会产生热疲劳损伤。特别是，将该钢材应用于火电超超临界机组管道系统，不仅能够有效保持良好的强度，且线膨胀系数较小，可以使得火电超超临界机组在630℃工况长时间稳定工作，显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。根据本专利技术的实施例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.12％；硅：0.07％；锰：0.35％；磷：0.005％；硫：0.001％；铬：8.9％；钨：2.70％；钴：3.00％；铌：0.05％；钒：0.20％；氮：0.008％；硼：0.013％；镍：0.08％；铝：0.001％；和余量的铁。根据本专利技术的实施例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.13％；硅：0.08％；锰：0.33％；磷：0.006％；硫：0.001％；铬：9.0％；钨：2.80％；钴：3.10％；铌：0.04％；钒：0.21％；氮：0.007％；硼：0.014％；镍：0.07％；铝：0.001％；和余量的铁。根据本专利技术的实施例，在工作温度630℃，所述钢材的持久强度大于100MPa。根据本专利技术的实施例，在工作温度630℃，所述钢材的平均线膨胀系数在12.0×10-6～12.5×10-6/℃之间。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种管道。根据本专利技术的实施例，所述管道是由前面所述的钢材制成的。由上述钢材制成的管道，具有优异的耐热性能，可以广泛用于630℃超超临界汽轮机管道系统，可以满足国内大型火电设备普遍存在大幅度调峰运行的要求，可在630℃工作温度长时间稳定运行不会产生热疲劳损伤，并且具有更高的耐温度变化能力，同时提高蒸汽温度可以显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。在本专利技术的再一方面，本专利技术提供了一种超超临界机组。根据本专利技术的实施例，该超超临界机组包括前面所述的管道。专利技术人发现，包括前面所述管道的超超临界机组，可以在630℃工作温度下长时间稳定工作，汽轮发电机组的效率显著提高，温室气体排放明显降低。在本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种制备前面所述的钢材的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将制备钢材的原料进行冶炼，得到冶炼产物；将所述冶炼产物进行精炼，得到精炼产物；将所述精炼产物进行真空碳脱氧，得到真空碳脱氧产物；将所述真空碳脱氧产物进行电渣重熔，得到所述钢材。通过该方法，可以快速有效的制备获得前面所述的钢材，步骤简单，操作方便，且对操作人员和设备无特殊要求，易于实现工业化生产。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种钢材。根据本专利技术的实施例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.10～0.14％；硅：≤0.10％；锰：0.30～0.60％；磷：≤0.010％；硫：≤0.005％；铬：8.5～9.5％；钨：2.50～3.10％；钴：2.80～3.30％；铌或钽：0.03～0.07％；钒：0.15～0.25％；氮：0.004～0.010％；硼：0.010～0.016％；镍：≤0.20％；铝：≤0.010％；和余量的铁。专利技术人发现，含有上述成分的钢材，具有优异的耐热性能，高温条件下长时间工作不会产生热疲劳损伤。特别是，将该钢材应用于火电超超临界机组管道系统，不仅能够有效保持良好的强度，且线膨胀系数较小，可以使得火电超超临界机组在630℃工况长时间稳定工作，显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。根据本专利技术的一个具体示例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.12％；硅：0.07％；锰：0.35％；磷：0.005％；硫：0.001％；铬：8.9％；钨：2.70％；钴：3.00％；铌：0.05％；钒：0.20％；氮：0.008％；硼：0.013％；镍：0.08％；铝：0.001％；和余量的铁。根据本专利技术的另一个具体示例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.13％；硅：0.08％；锰：0.33％；磷：0.006％；硫：0.001％；铬：9.0％；钨：2.80％；钴：3.10％；铌：0.04％；钒：0.21％；氮：0.007％；硼：0.014％；镍：0.07％；铝：0.001％；和余量的铁。具有上述组分的钢材，与现有630℃等级管道材料相比，W、Co等合金元素含量提高至约3％，并含有约130ppm的B元素，使钢在630℃的高温条件下仍具有良好的强度，在工作温度630℃、运行时间105h条件下，持久强度大于100MPa；在工作温度630℃条件下，平均线膨胀系数在12.0×10-6～12.5×10-6/℃之间。应用于火电超超临界机组管道系统，不仅能够有效保持良好的强度，且线膨胀系数较小，可以使得火电超超临界机组在630℃条件下长时间稳定工作，显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。根据本专利技术的实施例，在工作温度630℃条件下，所述钢材的持久强度大于100MPa。由此，可以保证超超临界机组在630℃时稳定运行，显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。根据本专利技术的实施例，在工作温度630℃条件下，所述钢材的平均线膨胀系数在12.0×10-6～12.5×10-6/℃之间。由此，能够保证超超临界机组在630℃条件下稳定运行，不会产生热疲劳损伤，进而显著提高汽轮发电机组的效率。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种管道。根据本专利技术的实施例，所述管道是由前面所述的钢材制成的。有上述钢材制成的管道，具有优异的耐热性能，可以广泛用于630℃超超临界汽轮机管道系统，可以满足国内大型火电设备普遍存在大幅度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢材，其特征在于，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.10～0.14％；硅：≤0.10％；锰：0.30～0.60％；磷：≤0.010％；硫：≤0.005％；铬：8.5～9.5％；钨：2.50～3.10％；钴：2.80～3.30％；铌或钽：0.03～0.07％；钒：0.15～0.25％；氮：0.004～0.010％；硼：0.010～0.016％；镍：≤0.20％；铝：≤0.010％；和余量的铁。

【技术特征摘要】
1.一种钢材，其特征在于，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.10～0.14％；硅：≤0.10％；锰：0.30～0.60％；磷：≤0.010％；硫：≤0.005％；铬：8.5～9.5％；钨：2.50～3.10％；钴：2.80～3.30％；铌或钽：0.03～0.07％；钒：0.15～0.25％；氮：0.004～0.010％；硼：0.010～0.016％；镍：≤0.20％；铝：≤0.010％；和余量的铁。2.根据权利要求1所述的钢材，其特征在于，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.12％；硅：0.07％；锰：0.35％；磷：0.005％；硫：0.001％；铬：8.9％；钨：2.70％；钴：3.00％；铌：0.05％；钒：0.20％；氮：0.008％；硼：0.013％；镍：0.08％；铝：0.001％；和余量的铁。3.根据权利要求1所述的钢材，其特征在于，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.13％；硅：0.08％；锰：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓民，李继宏，张怀宇，王晨瑜，
申请(专利权)人：国家电投集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11