專利名稱：換熱器焊管用不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于不銹鋼領(lǐng)域，主要涉及不銹鋼的冶煉及制造，具體地說，涉及一種成形 性能良好的換熱器焊管用不銹鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
高壓加熱器、低壓加熱器、凝汽器是汽輪發(fā)電機(jī)組中重要的輔機(jī)設(shè)備，這些換熱器 的性能和運(yùn)行可靠性，將直接影響發(fā)電機(jī)組整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。隨著我國電力工 業(yè)的迅速發(fā)展，高參數(shù)，大容量機(jī)組數(shù)量不斷增加。參數(shù)提高，容量增大，也使換熱器的尺寸 越來越大，同時(shí)也增加了設(shè)計(jì)、制造的難度。頻繁的啟停和急劇的負(fù)荷變化，使換熱器的運(yùn) 行工況越來越惡劣。換熱器投運(yùn)率低的問題就成了影響機(jī)組等效可用率的重要原因之一。 換熱器的故障停用，均會(huì)使機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和出力受到影響。造成換熱器投運(yùn)率低和損壞的 原因是多方面的。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，換熱器管系泄漏使換熱器故障停運(yùn)所占比重最大，而 換熱管被沖蝕和各類腐蝕是造成管系泄漏的最主要原因。國內(nèi)電站換熱器使用的換熱管主要有碳鋼管、不銹鋼管、鈦管和黃銅管等。與碳鋼 管相比，不銹鋼換熱管在耐沖蝕、耐腐蝕性方面有著無法比擬的優(yōu)越性，可延長換熱器的運(yùn) 行壽命。但目前大量使用的奧氏體不銹鋼管價(jià)格昂貴，抑制了用戶需求，且其材質(zhì)對(duì)應(yīng)力腐 蝕也極其敏感，制約了不銹鋼換熱管在高壓加熱器領(lǐng)域的應(yīng)用。鐵素體不銹鋼換熱管，其傳熱性能優(yōu)于奧氏體不銹鋼，硬度高，具有優(yōu)良的抗砂蝕 和抗進(jìn)口端磨損的能力。與奧氏體不銹鋼相比具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。采用鐵素體不銹鋼管替代碳 鋼或奧氏體不銹鋼可以進(jìn)一步提高加熱器的使用壽命及可靠性，同時(shí)可以避免由于鎳價(jià)引 起的價(jià)格波動(dòng)。腐蝕性能提高的同時(shí)，對(duì)成形性要求也越來越高。換熱器焊管等要求材料不僅耐 腐蝕性好，同時(shí)，也必須具有良好成型性能，以便于加工?，F(xiàn)有的應(yīng)用于熱交換器中的鉻不銹鋼往往通過添加不同合金元素如Mo、Cu、B、稀 土元素中的一種或幾種提高耐腐蝕性能，以及采用穩(wěn)定化元素Ti、Nb、Zr中的一種或者幾 種復(fù)合添加來穩(wěn)定鐵素體基體中的有害元素，確保不銹鋼具有設(shè)計(jì)要求的性能。然而，過高 的合金成分涉及會(huì)顯著增加成本，并且增加生產(chǎn)工藝的難度。例如，專利CN200580004781. 0 中記載的高鉻不銹鋼，含有合金元素Mo和B，雖然提高了鋼的耐疲勞性能，但同時(shí)也使成本 顯著增加。又如專利申請(qǐng)EP861916中記載的不銹鋼，成分中添加了稀土元素，雖然提高了 鋼的耐腐蝕性能，但同時(shí)也提高了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)難度。由此可見，現(xiàn)有技術(shù)中的不銹鋼還不能完全滿足目前使用和制造的要求，需要開 發(fā)一種耐腐蝕性高、強(qiáng)度高、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的換熱器焊管用不銹鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種換熱器焊管用不銹鋼，能夠滿足熱交換器使用環(huán)境， 而且具有良好的加工成型性能、焊接性能以及抗高溫氧化性能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的不銹鋼，其成分質(zhì)量百分比含量為0.015、 Si 0. 05 0. 30、Mn 0 0. 30、Cr 16. 0 23. 0、P 彡 0. 035、S 彡 0. 003、N 彡 0. 015、 C+N^ 0. 025,Ti 10 (C+N) 0·8、Α1 0. 03 0. 12,Ca = (0. 12 0. 14) Al、Ni+Cu+0 彡 0. 5、 余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，Ti的質(zhì)量百分含量為10 (C+N) 0. 5%。優(yōu)選地，0的質(zhì)量百分含量彡0.003%。此外，本發(fā)明還提供了上述不銹鋼的一種制造方法，包括煉鋼、連鑄、修磨、熱軋、 熱軋鋼板退火酸洗、冷軋、冷軋鋼板退火酸洗和分卷，其中，所述煉鋼依次包括電爐冶煉、 AOD冶煉和VOD冶煉，在VOD冶煉結(jié)束后，加入Al和Ca，進(jìn)行軟攪拌，再加入Ti。優(yōu)選地，所述連鑄中，拉速控制為0. 9-1. lm/min,加強(qiáng)電磁攪拌的電流為 1200-1600A，頻率為7. 9Hz，所述連鑄后的板坯等軸晶比例彡50%。優(yōu)選地，所述修磨的開始溫度彡500 0C，結(jié)束溫度彡220 0C。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述熱軋包括粗軋和精軋，所述粗軋的溫度為900-1120°C，所述精 軋的溫度為800-1050°C。優(yōu)選地，所述冷軋的壓下率為60-80%。更優(yōu)選地，所述冷軋鋼板退火酸洗的溫度為850-1050°C，冷軋后鋼板的晶粒度等 級(jí)為6-8級(jí)，表面粗糙度為0. 10 0. 50 μ m。下面將進(jìn)一步說明本發(fā)明。本發(fā)明在成分設(shè)計(jì)上采用低碳氮設(shè)計(jì)，不需要添加Mo等貴重金屬元素。通過控制 較低的C、N，添加適量Al，并采用Ca處理后，再添加較高含量的Ti，這樣使材料既有良好的 成型性，又提高抗晶間腐蝕和全面腐蝕能力，且材料成本相對(duì)較低。在生產(chǎn)過程中，加入Ca主要采用加入硅鈣鹽的方式實(shí)現(xiàn)。一段時(shí)間的軟攪拌能促 使鋼中形成12Ca0 ·7Α1203夾雜物。熱軋前首先去除板坯表面的氧化皮，再進(jìn)行5 7道次 粗軋(溫度區(qū)間900-1120°C)，之后經(jīng)過5 7道次精軋(溫度區(qū)間800-1050°C )。冷軋之 后冷軋板退火酸洗，通過控制退火溫度和時(shí)間使冷軋板充分再結(jié)晶，且晶粒度等級(jí)達(dá)到6-8 級(jí)，同時(shí)保證一定的表面粗糙度(0. 10 ^ Ra ^ 0. 50，單位μ m)。這樣既可以保證深沖加工 性能，又有利于提高全面抗腐蝕性能，獲得綜合性能滿足要求的冷軋不銹鋼產(chǎn)品。以下將本發(fā)明合金成分的設(shè)計(jì)進(jìn)行說明C和N:本發(fā)明鋼種屬于超低碳氮的鐵素體不銹鋼，在這種情況下，碳和氮屬于雜 質(zhì)元素，需要盡可能降低其含量。目前冶煉設(shè)備的生產(chǎn)能力能夠滿足將碳和氮控制在(C+N) (質(zhì)量百分含量)< 0.025%，同時(shí)要求鋼中C(質(zhì)量百分含量)<0.015%、N(質(zhì)量百分含 量)<0.015%。降低C和N總量有利于改善材料成型性能，提高抗腐蝕性能。Cr 是提高耐蝕性和強(qiáng)度的主要合金元素。Cr提高不銹鋼在氧化性酸中的耐蝕 性，提高其在氯化物溶液中的耐應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕等耐局部腐蝕能力。Cr提高鋼的 強(qiáng)度，但含量過高對(duì)成型和焊接性不利，過低不利于提高其腐蝕性能，選擇其質(zhì)量百分含量 范圍 16. 0 23. 0%。Si 在鋼中可以提高的強(qiáng)度，但是，對(duì)鋼的成型性和韌性不利。該元素冶煉過程中 常有殘留，因此，選擇其質(zhì)量百分含量范圍0. 05-0. 30%。Mn 較弱的奧氏體元素，可抑制不銹鋼中S的有害作用，改善熱塑性。但是，含量過高不利于保證其耐腐蝕性。該元素冶煉過程中常有殘留，選擇其質(zhì)量百分含量范圍0 0. 30%。Ti 主要與鋼中C、N結(jié)合，形成碳氮化物，從而提高抗晶間腐蝕能力；Ti還可以與 鋼中S結(jié)合形成TiC2SK合物，從而避免形成MnS從而引起點(diǎn)蝕。Ti可以提高不銹鋼的室 溫和高溫強(qiáng)度，提高鐵素體不銹鋼的抗疲勞和冷成型性及焊接性。但是，應(yīng)適當(dāng)控制Ti (C， N)的尺寸，以及TiO2夾雜物的數(shù)量，選擇其質(zhì)量百分含量范圍為10 (C+N) 0.8%，優(yōu)選為 10 (C+N) 0. 5%。Al 不僅是脫氧劑，也是合金元素。有利于改善材料的成型性能、抗氧化腐蝕性 能。但是，應(yīng)適當(dāng)控制氧化物夾雜的數(shù)量，并采取鈣處理方式對(duì)Al的氧化物夾雜進(jìn)行變性 處理。選擇其質(zhì)量百分含量范圍0.03 0. 12%。Ca 加Al后，加入適量Ca處理，可以使Ca脫氧形成的CaO，與鋼液中的Al2O3等 形成12Ca0 · 7A1203塑性夾雜物，該復(fù)合型夾雜物具有高溫塑性，在熱軋過程中會(huì)變形被 軋碎，不會(huì)危害材料的成型性能。但是，加Ca前應(yīng)控制較低的S的含量(< 0.003%)，避 免形成CaS夾雜物，造成水口結(jié)瘤，影響正常生產(chǎn)。因此，選擇其質(zhì)量百分含量范圍Ca = (0. 12-0. 14) Al。Ni、Cu、0:Ni是奧氏體形成元素，在鐵素體不銹鋼中屬于控制元素，盡可能減少Ni 的含量。Cu主要來于不銹鋼廢鋼中，加入Cu可以改善腐蝕性能，但加入Cu既增加材料成 本，同時(shí)也導(dǎo)致廢鋼管理成本增加，在滿足腐蝕性能條件下，不添加Cu。0是鋼中的雜質(zhì)元 素之一，主要以氧化物夾雜形式存在，較高的總氧含量表明夾雜物較高。降低鋼中總氧含量 有利于提高材料的成形性能和抗腐蝕性能。選擇其質(zhì)量百分含量< 0. 003%，可以保證材料 具有良好的成型性能和抗點(diǎn)蝕性能。并且，應(yīng)控制(Ni+Cu+Ο) <0.5%。P和S 鐵素體不銹鋼中P和S會(huì)嚴(yán)重影響不銹鋼的耐蝕性和加工性能，必須嚴(yán)格 控制，一般希望控制為P彡0. 0；35%，S彡0. 003%。本發(fā)明設(shè)計(jì)的鐵素體不銹鋼在使用狀態(tài)下是鐵素體組織，呈體心立方晶體結(jié)構(gòu)。 它具有導(dǎo)熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性優(yōu)越、抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點(diǎn)。適用于制造耐大 氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。與現(xiàn)有換熱器焊管用不銹鋼相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、合金設(shè)計(jì)中Ti不僅可以改善鋼的耐蝕性能，而且有利于焊接性能。Ti的穩(wěn)定化 作用不僅提高耐腐蝕性能，提高連鑄坯的等軸晶比例，同時(shí)也改善了材料的綜合力學(xué)性能。2、生產(chǎn)工藝流程簡單。3、降低了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式按照本發(fā)明鋼種的化學(xué)成分要求，鋼坯經(jīng)過電爐冶煉、AOD冶煉和VOD冶煉，加入 鋁和鈣，軟攪拌一段時(shí)間，再加入鈦，進(jìn)行連鑄、修磨。板坯在900-1100°C下粗軋，之后在 800-1000oC下精軋，熱軋鋼板退火酸洗后經(jīng)冷軋，保證壓下率為60-80%。最后，冷軋鋼板在 850-1000°C退火酸洗和分卷，以制造不同規(guī)格的不銹鋼。對(duì)比例鋼種主要用于汽車排氣系 統(tǒng)，使用過程要承受700-90(TC溫度，制作過程要進(jìn)行冷加工變形。具體成分如下表1實(shí)施例和對(duì)比例的化學(xué)成分(wt % )
權(quán)利要求
1. 一種換熱器焊管用不銹鋼，其成分質(zhì)量百分比含量為
2.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其中，Ti的質(zhì)量百分含量為10(C+N) 0.5%。
3.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼，其中，0的質(zhì)量百分含量<0. 003%。
4.制造如權(quán)利要求1所述的不銹鋼的方法，包括煉鋼、連鑄、修磨、熱軋、熱軋鋼板退火 酸洗、冷軋、冷軋鋼板退火酸洗和分卷，其中，所述煉鋼依次包括電爐冶煉、AOD冶煉和VOD 冶煉，在VOD冶煉結(jié)束后，加入Al和Ca，進(jìn)行軟攪拌，再加入Ti。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述連鑄中，拉速控制為0.9-1.lm/min，加 強(qiáng)電磁攪拌的電流為1200-1600A，頻率為7. 9Hz，所述連鑄后的板坯等軸晶比例彡50%。
6.如權(quán)利要求4或5任一所述的方法，其特征在于，所述修磨的開始溫度>500°C，結(jié) 束溫度彡220°C。
7.如權(quán)利要求4-6任一所述的方法，其特征在于，所述熱軋包括粗軋和精軋，所述粗軋 的溫度為900-1120°C，所述精軋的溫度為800-1050°C。
8.如權(quán)利要求4-7任一所述的方法，其特征在于，所述冷軋的壓下率為60-80%。
9.如權(quán)利要求4-8任一所述的方法，其特征在于，所述冷軋鋼板退火酸洗的溫度為 850-1050°C，冷軋后鋼板的晶粒度等級(jí)為6-8級(jí)，表面粗糙度為0. 10 0. 50 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種換熱器焊管用不銹鋼及其制造方法。所述換熱器焊管用不銹鋼的成分質(zhì)量百分比含量為C≤0.015、Si 0.05～0.30、Mn0～0.30、Cr 16.0～23.0、P≤0.035、S≤0.003、N≤0.015、C+N≤0.025、Ti 10(C+N)～0.8、Al 0.03～0.12、Ca＝(0.12～0.14)Al、Ni+Cu+O≤0.5、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。所述不銹鋼通過元素種類和含量的合理設(shè)計(jì)，具有導(dǎo)熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性優(yōu)越、抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點(diǎn)，適用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。
文檔編號(hào)C21D8/10GK102041455SQ20091019763
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者吳狄峰, 常鍔, 李實(shí) , 袁龍, 鄭宏光, 錢春風(fēng) 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司