一种超临界耐热钢板及其制造方法技术

一种超临界耐热钢板及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C0.08～0.12％，Si 0.20～0.50％，Mn 0.30～0.60％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr8.00～9.50％，Mo 0.85～1.05％，V 0.18～0.25％，Nb 0.060～0.100％，N0.030～0.070％，Al 0.000～0.040％，其余为Fe和不可避免杂质。本发明专利技术钢板具有高温力学性能优异、抗高温蒸汽腐蚀性能优异、高温蠕变持久强度优良的优点，屈服强度Rp0.2≥415MPa，抗拉强度Rm 585‑760MPa，延伸率A50mm≥18％，冲击功AKV(20℃)≥27J，可以满足火力发电站容量大型化、效率更高、压力更高对钢铁材料的需求。

A Supercritical Heat Resistant Steel Plate and Its Manufacturing Method

A supercritical heat-resistant steel sheet and its manufacturing method have C0.08-0.12%, Si 0.20-0.50%, Mn 0.30-0.60%, P < 0.020%, S < 0.010%, Cr8.00-9.50%, Mo 0.85-1.05%, V 0.18-0.25%, Nb 0.060-0.100%, N0.030-0.070%, Al 0.000-0.040%, the rest are Fe and unavoidable impurities. The steel plate of the invention has the advantages of excellent high temperature mechanical properties, excellent high temperature steam corrosion resistance, excellent high temperature creep rupture strength, yield strength Rp0.2 (> 415 MPa), tensile strength Rm 585 760 MPa, elongation A50mm (> 18%) and impact power AKV (20 (> 27J), which can meet the requirements of large capacity, higher efficiency and higher pressure for steel materials in thermal power plants.

【技术实现步骤摘要】
一种超临界耐热钢板及其制造方法
本专利技术涉及耐热钢制造，特别涉及一种超临界耐热钢板及其制造方法。
技术介绍
超临界钢属于马氏体型耐热钢，它具有较高的高温蠕变持久强度，较强的抗高温蒸汽腐蚀性能以及良好的高温力学性能，它是我国新建电站大容量超临界机组的首选材料，它比亚临界耐热钢更耐高温，更广泛地应用于电站锅炉行业。为了满足火力发电汽轮机中高温含硫的苛刻应用环境，可以考虑向钢种添加抗氧化和抗热腐蚀的合金元素，如Mo、V、Cr、Nb等。优化产品的浇注性能和热加工性能以及热处理的方式和方法，确保新产品的可制造性和质量优越性。超临界耐热钢的成分设计有如下特点：适当降低了C含量，提高了金属的焊接性能。通过提高Nb、Mo、V、Cr等元素含量，提高了金属的淬透性，使得回火后形成的马氏体更加微小、板条宽度更小。经过750-790℃回火后，析出颗粒细小的Cr23C6和弥散分布的V和Nb的碳氮化物，大幅提高了晶粒的位错密度和高温蠕变强度，使得超临界耐热钢板比亚临界耐热钢板相比，使用温度从480℃提高到538-566℃。超临界耐热钢有如下工艺特点：高温下热导率优良，有利于热加工过程坯料温度的均匀性，在加热温度1200℃下，碳化物在高温下能够充分溶解进入奥氏体晶粒。高温下的屈服强度比普通耐热钢高20-50MPa，所以要求以小变形多道次来变形。超临界耐热钢板相比亚临界耐热钢板，可以通过回火来析出大量弥散分布V和Nb的碳氮化物，提高了耐热钢板的强度指标，抗拉强度从亚临界耐热钢板的480-500MPa提高到超临界耐热钢板的585-760MPa，屈服强度从亚临界耐热钢板的360-370MPa提高到超临界耐热钢板的430-580MPa。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超临界耐热钢板及其制造方法，该超临界耐热钢板具有优良的高温蠕变持久强度，优良的抗高温蒸汽腐蚀性能、较强的高温力学性能，屈服强度Rp0.2≥415MPa，抗拉强度Rm585-760MPa，延伸率A50mm≥18％，冲击功AKV(20℃)≥27J，可以满足火力发电站容量大型化、效率更高、压力更高对钢铁材料的需求。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种超临界耐热钢板，其化学成分重量百分比为：C0.08～0.12％，Si0.20～0.50％，Mn0.30～0.60％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr8.00～9.50％，Mo0.85～1.05％，V0.18～0.25％，Nb0.060～0.100％，N0.030～0.070％，Al0.000～0.040％，其余为Fe和不可避免杂质。钢板的屈服强度Rp0.2≥415MPa，抗拉强度Rm585～760MPa，延伸率A50mm≥18％，冲击功AKV(20℃)≥27J；承受蒸汽压力范围20～30MPa，承受温度范围538～566℃，钢板抗拉强度585～760MPa。在本专利技术所述的超临界耐热钢板的成分设计中，降低了C含量，提高了金属的焊接性能；通过添加Nb、Mo、V等元素，提高了金属的淬透性，使得回火后形成的马氏体更加细小；经过750-790℃回火后，析出Cr23C6和弥散分布的V和Nb的碳氮化物，大幅提高了晶粒的位错密度和高温蠕变强度，使得超临界耐热钢板比亚临界耐热钢板相比，使用温度从480℃提高到538-566℃。本专利技术所述的超临界耐热钢板的制造方法，包括如下步骤：1)冶炼、铸造按照上述成分冶炼，连铸成坯；真空处理中压力55.5～66.7Pa下保持时间范围15-30min，可以大幅提高钢水的纯净度，检测结果表明，通过真空处理的超临界耐热钢板，其[N]含量达到350～450ppm，[O]含量达到10～20ppm，[H]含量达到在0.5～1.5ppm；普通耐热钢板不经过真空处理，[o]含量可以达50ppm以上，[H]含量超过5ppm；连铸采用先进的立式连铸机生产的，确保浇注过程全程氩气保护不吸气，钢水纯净度高；吊包温度控制在1559-1569℃，目标过热度控制在20-30℃，与其匹配的拉速控制在0.61-0.67m/min非常关键，可以保证液面波动平稳，铸坯表面光滑，质量良好；板坯采用热切割方式，切割温度400-550℃；2)铸坯退火连铸坯切割完成后立即热装退火炉，退火炉300-600℃待温受料；加热炉升温速度30-80℃/小时，退火温度840～880℃，保温时间18～24小时；可以充分释放和消除板坯的热应力和相变应力，避免板坯发生裂纹缺陷；3)板坯加热确保为了板坯受热均匀，我们提出按照如下公式来进行计算，t＝α*K*D，单位，分钟；其中α为加热系数，本专利技术钢确定为1.4-1.6，K为板坯厚度，单位mm，D为装炉条件系数，根据步进炉的装炉条件，可以设定为0.9-1.1；加热时间≥300分钟，板坯均热温度范围1190-1230℃；4)轧制开轧温度范围：1050-1200℃，终轧温度范围：800-1050℃；5)正火处理钢板正火热处理，温度1050-1070℃；钢板在炉时间：T＝1.8-2.2*H；其中，T，在炉时间，单位分钟；H钢板厚度，单位mm；钢板出炉进入空冷室风冷；风冷时间：t＝0.9-1.1*H，H钢板厚度，单位mm；t，风冷时间分钟；1)回火处理炉温控制要求：750-790℃；钢板在炉时间：T＝3.8-4.2*H；其中，T，在炉时间，单位分钟；H钢板厚度，单位mm；钢板出炉采用空冷室风冷；风冷时间：t＝0.4-0.6*H，H钢板厚度，单位mm；t，风冷时间分钟。优选的，所述步骤3)板坯加热时间为300-330分钟，板坯均热温度1190-1230℃。本专利技术超临界耐热钢板经过正火得到正火马氏体组织，马氏体呈针状，板条宽度小，位向取样明显，这种马氏体具有硬而脆的特点，组织应力大，不利于变形加工；钢板经过回火后马氏体板条变粗，位向取样不明显，组织应力充分清除，材料塑性提高，适合后续切割、焊接、成型等加工。与传统的亚临界耐热钢板相比，本专利技术超临界钢板的优点在于：1、成分设计上，在传统的亚临界耐热钢板的基础上，添加Cr/Mo/V等铁素体形成元素，大幅度提高了钢板的高温强度、高温蠕变强度、高温疲劳寿命。2、钢板通过正火处理，使得碳化物分布更加均匀，提高了钢板强度，使得钢板的晶粒更加细小，进一步提高了钢板的焊接性能、高温蠕变性能和高温疲劳性能。3、钢板通过回火处理，钢板获得回火马氏体组织，这种组织塑性好、韧性好，加工性能好。易于进行如焊接、切割、压型、打孔等加工。4、与传统的亚临界耐热钢板相比，抗拉强度从480-500MPa提高到585-760MPa，屈服强度从360-370MPa提高到430-580MPa。使用温度从480℃提高到538-566℃。5、本专利技术生产的板坯通过热切割和热处理手段，有效的释放了马氏体相变应力，避免了钢板应力裂纹，板坯质量优良。附图说明图1为本专利技术超临界板坯热处理工艺曲线图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术实施例成分参见表1，本专利技术实施例工艺参见表2，本专利技术实施例性能值参见表3。本专利技术实施例生产工艺流程如下：EAF→LF→VD→连铸板坯→板坯热切→板坯退火→板坯加热→轧制→正火→回火→抛丸→超声波探伤→钢板表面、尺寸、外形检验→成品入库。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界耐热钢板，其化学成分重量百分比为：C 0.08～0.12％，Si 0.20～0.50％，Mn 0.30～0.60％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr 8.00～9.50％，Mo 0.85～1.05％，V 0.18～0.25％，Nb 0.060～0.100％，N 0.030～0.070％，Al 0.000～0.040％，其余为Fe和不可避免杂质。

【技术特征摘要】
1.一种超临界耐热钢板，其化学成分重量百分比为：C0.08～0.12％，Si0.20～0.50％，Mn0.30～0.60％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr8.00～9.50％，Mo0.85～1.05％，V0.18～0.25％，Nb0.060～0.100％，N0.030～0.070％，Al0.000～0.040％，其余为Fe和不可避免杂质。2.如权利要求1所述的超临界耐热钢板，其特征是，钢板的屈服强度Rp0.2≥415MPa，抗拉强度Rm585～760MPa，延伸率A50mm≥18％，冲击功AKV(20℃)≥27J；承受蒸汽压力范围20～30MPa，承受温度范围538～566℃。3.如权利要求1所述的超临界耐热钢板的制造方法，其特征是，包括如下步骤：1)冶炼、铸造按照权利要求1所述的成分冶炼，真空处理中压力55.5～66.7Pa，保持时间范围15～30min，保持氮气压力0.2-0.60MPa；控制[N]含量达到350～450ppm，控制[o]含量达到10～20ppm，[H]含量控制在0.5～1.5ppm；保持氩气弱搅拌15-25分钟；连铸采用立式连铸机连铸成坯；吊包温度1559-1569℃，过热度控制在20-30℃，拉速控制在0.61-0.67m/min；板坯采用热切割方式，切割温度400-550℃；2)铸坯退火连铸坯切割完成后立即热装退火炉，退火炉300～600℃待温受料；加热炉升温速度30～80℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘尚潭，黄喆毅，毛征东，徐斌，陈锋，
申请(专利权)人：宝钢特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31