一種高壓鍋爐管用低合金鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于低碳低合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓鍋爐管用低合金鋼及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 21世紀以來，隨著電站鍋爐向大容量、高參數(shù)超臨界機組發(fā)展，對所使用的高壓鍋 爐管提出了更高的質(zhì)量要求。由于高壓鍋爐用無縫鋼管的工作條件十分惡劣，要在高溫和 高壓下，在高速氣流、水流、燃氣的沖刷和腐蝕下可安全工作10-20年，甚至30-40年。因而 作為高壓鍋爐用鋼要具有足夠高的高溫強度、高溫塑性、優(yōu)良的抗氧化性、耐蝕性以及良好 的加工及焊接性能。目前國際上鋼制高壓鍋爐已廣泛應用于石油化工、機械、冶金、能源、輕 工、國防、環(huán)保、海洋等工業(yè)領(lǐng)域，具有廣闊的市場前景。
[0003] 本發(fā)明針對高壓鍋爐管的作業(yè)環(huán)境和使用要求，通過合理的成分和制造工藝設(shè) 計，提供了一種高壓鍋爐管用低合金鋼及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提供了一種高壓鍋爐管用低合金鋼及其制備方法，是以低碳 C-Mn鋼為基礎(chǔ)，采用Cr、Mo、Nb、Al多元合金化，嚴格控制鋼中P、S、As、Sn、Pb、Sb、Bi有害 元素含量以及鋼中氣體含量，來保證鋼材的高溫力學性能及耐蝕、加工性能；本發(fā)明的制備 方法生產(chǎn)的低碳低合金鋼純凈度高、綜合性能良好，能夠滿足高壓鍋爐管的用鋼要求。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種高壓鍋爐管用低合金鋼，通過合理的成分設(shè)計及工藝過程控制，提高材料高 溫、高壓、耐蝕及加工性能。其化學成分質(zhì)量百分數(shù)為：C:0. 05~0. 15%、Si:彡0. 50%、Mn:0. 30 ~0. 60%、P:彡 0. 015%、S:彡 0. 005%、Cr:1. 80 ~2. 60%、M〇 :0. 80 ~1. 20%、 Nb:0? 02 ~0? 08%、Als:0? 008 ~0? 020%、Cu:彡 0? 20%、Ni:彡 0? 25%、V:彡 0? 08%、As: ^ 0. 015%,Sn 0. 015%,Pb0. 010%,Sb0. 010%,Bi0. 010%, [0] ^ 20ppm,
[H] < 2.Oppm、[N] < 90ppm，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]此外，為控制鋼的回火脆性，還對化學成分進行綜合控制， 八8+511+?匕+5匕+81彡0.035%、回火脆性敏感系數(shù)了=(51+]?11)\(?+511)\104彡100、〇￡卩= P+2. 4As+3. 6Sn+8. 2Sb彡0? 1%，式中各元素按照質(zhì)量百分數(shù)計。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)特點之一在于鋼的成分設(shè)計。以低碳C-Mn鋼為基礎(chǔ)，根據(jù)高壓鍋爐 管用鋼的技術(shù)要求，采用Cr、Mo、Nb、A1多元合金化，嚴格控制鋼中P、S、As、Sn、Pb、Sb、Bi有害元素含量以及鋼中氣體含量，來保證鋼材的高溫力學性能及耐蝕、加工性能。碳是鋼中 最基本的強化元素，為保證鋼的強度、韌性和焊接性能，C含量控制在0. 05~0. 15%比較合 適；錳起到固溶強化的作用，可提高鋼的強度和韌性，改善鋼的加工性能，但較高的錳含量 又會降低鋼的抗腐蝕能力和焊接性能，因此將Mn含量控制在0. 30~0. 60 %;鉻能顯著的提 高鋼的強度、抗氧化性和耐腐蝕性，由此采用高鉻含量設(shè)計，Cr含量控制在1. 80~2. 60%; Mo可細化晶粒，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力，Mo含量 控制在0.80~1.20%;為提高鋼的焊接性能，加入Nb，使其控制在0.02~0.08% ;硅、鋁 是脫氧的主要元素，同時硅可提高鋼的強度，鋁可以起到細化晶粒的作用，從保證鋼液脫氧 和降低鋼的潔凈度的角度出發(fā)，控制Si 0.50%、Als:0. 008~0.020%。另外，鋼中有害 元素P、S、As、Sn、Pb、Sb、Bi會增加鋼在晶界或亞晶界的偏聚，可顯著降低合金鋼的高溫疲 勞強度、抗應力腐蝕強度和熱蠕變性能，增大其脆化傾向，使合金鋼在臨氫環(huán)境腐蝕條件下 斷裂的性能更加明顯，本發(fā)明嚴格控制鋼中P:彡0. 015%、S:彡0. 005%、As:彡0. 015%、 Sn:彡 0? 015%、Pb:彡 0? 010%、Sb:< 0? 010%、Bi:彡 0? 010%，且控制鋼的回火脆性敏 感系數(shù)J= (Si+Mn)X(P+Sn)X104彡 100、CEF=P+2. 4As+3. 6Sn+8. 2Sb彡 0? 1% ;鋼中氣 體含量會對鋼的潔凈度、氫致裂紋造成不利影響，為保證鋼的可靠性和內(nèi)部質(zhì)量，控制鋼中 [0] ^ 20ppm> [H] ^ 2. 0ppm> [N] ^ 90ppm〇
[0009] 在上述優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)上，為保證鋼的性能穩(wěn)定一致，優(yōu)選的，按質(zhì)量百分數(shù)計，鋼 的組成為：
[0010]C:0? 08 ~0? 13%、Si:0? 17 ~0? 30%、Mn:0? 40 ~0? 50 %、P:彡 0? 008%、S: 彡 0. 003%、Cr:2. 00 ~2. 35%、Mo:0. 95 ~1. 05%、Nb:0. 03 ~0. 05%、Als:0. 008 ~ 0. 020%,Cu0. 10%,Ni0. 10%,V0. 05%,As0.010%,Sn 0. 003%,Pb： 彡 0? 005%、Sb:彡 0? 003%、Bi:彡 0? 005%、[0]彡 15ppm、[H]彡 1. 5ppm、[N]彡 70ppm，其 余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)特點之二在于合理的生產(chǎn)工藝，提高鋼的純凈度，嚴格控制鋼中氧、 氫、氮含量，P、S及As、Sn、Pb、Sb、Bi有害元素含量，控制鋼的回火脆性敏感系數(shù)J、CEF盡 可能低；保證鋼良好的高溫高壓性能和質(zhì)量可靠性，滿足高壓鍋爐用鋼的質(zhì)量要求。
[0012] 本發(fā)明一種高壓鍋爐管用低合金鋼的制備方法，鋼的化學成分設(shè)計要求如上所 述，所述方法包括以下步驟：
[0013] 1)冶煉
[0014] 采用電爐冶煉，電爐冶煉入爐原料為優(yōu)質(zhì)廢鋼及鐵水，鐵水比例>60%，鐵水中有 害元素的成分應符合As:彡 0? 010%、Sn:彡 0? 003%、Pb:彡 0? 005%、Sb:彡 0? 003%、Bi: 彡 0? 005 %，且As+Sn+Pb+Sb+Bi彡 0? 035 % ;
[0015] 冶煉過程造好泡沫渣，均勻脫碳，減少吸氮，采用大渣量、深脫碳以加強脫磷操作； 控制終點[C] < 0. 06%，[P] < 0. 005%，殘余元素含量符合設(shè)計要求；準確控制出鋼溫度 在1610~1640°C之間，出鋼過程進行鋼包合金化，隨鋼流加鋼芯鋁2. 0~3.Okg/t鋼、鉻 鐵，控制鉻成分含量1. 90~2. 20%，出鋼過程嚴禁下渣；
[0016] 2)精煉
[0017] 采用LF精煉+VD真空脫氣處理；LF精煉過程保持白渣，爐渣堿度3. 0~3. 5,加強 脫硫操作；按成分要求調(diào)整各元素含量，調(diào)整鉻成分含量采用低碳鉻鐵合金；LF出鋼前，按 照1. 5~3.Om/t鋼喂入鈣線進行鈣變質(zhì)處理；
[0018] 精煉后真空處理，用定氫儀進行過程氫的測定，氫含量不大于1. 5ppm;真空度小 于67Pa，保持時間大于15分鐘，VD后軟吹氦時間大于20分鐘；
[0019] 3)澆注
[0020]采用連鑄全保護澆注鑄坯，穩(wěn)定中間包澆注條件，控制合理的中間包鋼水液面 高度；連鑄采用全程保護澆注，大包保護采用長水口，中間包采用整體式浸入式水口、使 用覆蓋劑、選用性能優(yōu)良的專用結(jié)晶器保護渣，以防止鋼水二次氧化；做好連鑄工藝操作 的"恒液面、恒溫、恒拉速"的穩(wěn)定控制；連鑄中采用結(jié)晶器電磁攪拌和末端電磁攪拌；控 制中間包鋼水溫度1541~1551°C，根據(jù)不同圓述述型選擇拉速0. 12~0. 40m/min，制得 cp500~800mm規(guī)格圓坯；制得的圓坯要及時入坑緩冷，入坑溫度大于750°C，出坑溫度小于 l〇〇°C，根據(jù)圓坯規(guī)格緩冷時間24h~160h，以保證鑄坯質(zhì)量。
[0021] 采用本發(fā)明低合金鋼制得的高壓鍋爐管可以在不高于570°C的高溫環(huán)境下使用。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案的優(yōu)良效果如下：
[0023] 第一，采用Cr、Mo、Nb、A1多元合金化，從高溫強度、高溫塑性、抗氧化性、耐蝕性、 回火脆性、加工