一种750MPa级中温高压锅炉钢板及其生产方法技术

本发明专利技术公开一种750MPa级中温高压锅炉钢板及其生产方法。钢中含有C 0.15％～0.23％、Si 0.15％～0.40％、Mn 1.20％～1.60％、S≤0.005％、P≤0.015％、Mo 0.20％～0.40％、Cr≤0.30％、Cu 0.20％～0.50％、V 0.05％～0.15％、Nb 0.04％～0.10％、N 0.03％～0.10％、Als 0.02％～0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。铸坯加热温度1150～1250℃，再结晶区开轧温度1050～1150℃，终轧温度950～1100℃，未再结晶区开轧温度830～900℃，终轧温度810～850℃，开冷温度800～840℃，冷却速度15～30℃/s；回火温度560～590℃，保温时间1.0～3.0min/mm。成品钢板厚度80～100mm，耐中温高压性能优良。

A kind of steel plate for 750 MPa medium temperature and high pressure boiler and its production method

【技术实现步骤摘要】
一种750MPa级中温高压锅炉钢板及其生产方法
本专利技术涉及金属材料领域，特别是涉及一种750MPa级中温高压锅炉钢板及其生产方法。
技术介绍
锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体，长久以来在国民经济发展中起着举足轻重的作用，多用于火电站、船舶、机车和工矿等领域。中温高压锅炉容器主要指使用环境在6.0MPa＜压力＜13.7MPa、450℃＜温度＜540℃的锅炉容器设施，由于制造锅炉容器的原材料主要钢材，因此钢铁企业需要不断开发新产品满足锅炉制造业的新需求。本专利技术之前，公开的专利技术专利"一种650MPa级中温中压锅炉钢板及其生产方法"(CN107287506A)，其性能是满足中压及中温偏低的使用环境，在高压工作环境，其承压能力已经无法满足要求。公开的专利技术专利“一种为钒钛复合处理锅炉和压力容器用钢及其生产方法”(CN102041448A)，通过钒钛复合处理提高钢材的强度，但其属于锅炉容器中强度较低的牌号。公开的专利技术专利“一种大厚度锅炉锅筒用低合金高强钢板及其制造方法”(CN103834873A)，公开的钢板厚度100～150mm，成分上添加Cr、Ni、Mo、Nb等合金元素，通过传统的模铸钢锭+轧制+离线热处理工艺保证钢板的各项性能，工艺复杂繁琐。公开的“一种锅炉或压力容器用16Mo3钢板及其生产方法”(CN107746922A)，其性能满足中低压使用环境，但在高压工作环境，其承压能力已经无法满足要求。上述公开的专利技术专利涉及的钢板局限于强度级别低、使用温度相对较低、钢板厚度规格大(100mm及以上厚度规格)等特点。对于中温高强度或超高强度的中薄规格锅炉钢板的开发上存在空白。
技术实现思路
出于火电站锅炉的减量化、低成本化运行考虑，本专利技术的目的是通过全新的化学成分设计，采用与大厚度、低级别锅炉钢板不同的生产工艺路线，得到中薄厚度规格的、耐中温、高压的锅炉钢板。本专利技术采用的化学成分设计是适量提高碳含量、添加Mo、Cr、Cu合金元素、V、Nb微合金元素及N元素，配以合适的生产工艺，开发出的中薄规格钢板能够承受中温高压，满足火电站装备升级过程对轻质化、安全性的要求。具体的技术方案是：一种750MPa级中温高压锅炉钢板，其化学成分按质量百分比计，含有：C0.15％～0.23％、Si0.15％～0.40％、Mn1.20％～1.60％、S≤0.005％、P≤0.015％、Mo0.20％～0.40％、Cr0～0.30％、Cu0.20％～0.50％、V0.05％～0.15％、Nb0.04％～0.10％、N0.03％～0.10％、Als0.02％～0.05％，余量为Fe及不可避免夹杂。钢板中合金元素作用机理详述如下：C是提高钢常温及高温强度的最主要元素，通过固溶强化和析出强化提高钢的强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能，含量过低不能保证钢板在中温高压环境下的强度。因此本专利技术将C含量定为0.15％～0.23％。Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，本专利技术中Si与Mo联合作用主要体现在形成硅化钼，特别是形成二硅化钼，一种金属间化合物，其晶体结构中的原子结合呈现金属健和共价键共存的特征，具有优良的高温本质特性。同时Mo还有固溶强化和MoC的析出强化作用，可以依靠MoC阻碍奥氏体晶粒长大实现晶粒细化，提高钢的常温及高温强度对于本专利技术钢种在450～550℃温度范围内的高温性能具有很好的效果，因此本专利技术中将Si含量限定在0.15％～0.40％、将Mo含量限定在0.20％～0.40％。Mn能增加钢的韧性、强度和硬度，是强烈稳定奥氏体的元素，可有效地降低奥氏体的分解速度，提高钢的淬透性，Mn含量高会增强回火脆性，因此Mn含量范围为1.20％～1.60％。S和P都是钢中有害元素，增加钢的脆性，特别是在晶界偏聚,影响钢的热强性，因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量，本专利技术中将S、P分别控制在S≤0.005％，P≤0.010％。Cr是强烈的碳化物形成元素，它与钢中的C生成稳定的碳化物，起到提高常温及高温强度作用，为了管道具有足有的强度，因此本专利技术将Cr含量范围设定在0～0.3％。Cu通过固溶强化作用提高钢的强度，同时该元素具有提高淬透性的作用，另外Cu可以提高钢在高温下的抗氧化腐蚀性能，因此本专利技术将Cu含量限定在0.20％～0.50％。V与钢中的C或N结合，具有很强的析出强化作用。与Nb相比，含V的碳氮化物溶解-析出平衡温度低，有利于在较低的加热温度条件下回熔和析出，同时起到钉扎晶界的作用。在两相区加热，Nb的碳氮化物不能回熔，且有长大的倾向，V因为可以回熔不存在这个问题，因此更适合两相区加热使用以实现晶粒细化、沉淀强化等作用，因此本专利技术将V含量限定0.05％～0.15％。Nb对细化晶粒的作用非常明显，通过热轧过程中NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经过控制轧制和控制冷却使非再结晶区轧制的变形奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物，以使钢具有高强度和高韧性，本专利技术是配合C含量添加适量的Nb发挥NbC的作用，因此本专利技术将Nb含量限定0.04％～0.10％。N是钢中不可避免的杂质元素之一，含量以及沉淀强化不易过高，但N与Nb、V、Al等氮化物形成元素化合，可以起到钉扎晶界细化晶粒以及沉淀强化的作用，因此钢中N元素不是越低越好，本专利技术将N含量限定在0.03％～0.10％。Als是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能，因此本专利技术将Als含量限定在0.02％～0.05％。一种750MPa级中温高压锅炉钢板的生产工艺为：铁水预处理—转炉冶炼—LF—RH—连铸—铸坯加热—轧制—热处理—检验。具体包括：(1)冶炼工艺：进行铁水脱硫预处理，选用清洁废钢，保证合金清洁干燥，挡渣出钢，要求下渣渣层厚度为60～80mm，采用LF精炼深脱硫处理，造还原渣，确保夹杂物充分上浮；LF炉喂硅钙线速度2～4m/s，喂线量3～5m/t；RH深处理循环时间10～15min。(2)浇铸工艺：破真空后采用连铸机浇铸，钢水过热度20～30℃，浇注过程要稳定恒速。铸坯下线进堆垛缓冷，堆垛缓冷时间30～40h。(3)铸坯加热工艺：通过控制铸坯的加热工艺，确保合金元素充分固溶，并有效抑制原始奥氏体晶粒长大，铸坯加热温度控制在1150～1250℃，加热4～6h，均热时间0.5～1.0h。(4)轧制工艺：再结晶区轧制开始温度1050～1150℃，终止温度950～1100℃，单道次最小变形率15％～25％，总变形率≥60％，中间坯厚度为3～4倍成品钢板厚度；未再结晶区轧制开始温度830～900℃，终止温度810～850℃，累计变形率≥65％。轧后采用ACC进行冷却，开冷温度为800～840℃，返红温度为400～500℃，冷却速度15～30℃/s。上述参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种750MPa级中温高压锅炉钢板，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C0.15％～0.23％、Si 0.15％～0.40％、Mn 1.20％～1.60％、S≤0.005％、P≤0.015％、Mo0.20％～0.40％、Cr≤0.30％、Cu 0.20％～0.50％、V 0.05％～0.15％、Nb 0.04％～0.10％、N 0.03％～0.10％、Als 0.02％～0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种750MPa级中温高压锅炉钢板，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C0.15％～0.23％、Si0.15％～0.40％、Mn1.20％～1.60％、S≤0.005％、P≤0.015％、Mo0.20％～0.40％、Cr≤0.30％、Cu0.20％～0.50％、V0.05％～0.15％、Nb0.04％～0.10％、N0.03％～0.10％、Als0.02％～0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。


2.如权利要求1所述的一种750MPa级中温高压锅炉钢板，其特征在于，钢板厚度为80～100mm，常温抗拉强度为730～830MPa，450～550℃中温区间钢板Rp0.2≥350MPa。


3.一种如权利要求1或2所述的750MPa级中温高压锅炉钢板的生产方法，钢板的生产工艺为：铁水预处理—转炉冶炼—LF—RH—连铸—铸坯加热—轧制—热处理—检验，其特征在于，
(1)冶炼工艺：进行铁水脱硫预处理，选用清洁废钢，保证合金清洁干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：王储，艾芳芳，欧阳鑫，王勇，胡昕明，邢梦楠，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21