專利名稱：一種鍋爐用鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種奧氏體耐熱不銹鋼的成分設(shè)計(jì)及其制造方法，尤其是指超臨界火電發(fā)電機(jī)組鍋爐用高強(qiáng)度、耐高溫、高壓鋼。

背景技術(shù)：
隨著全國(guó)電力需求量劇增，發(fā)展大容量、超臨界、超超臨界參數(shù)火電機(jī)組是當(dāng)前世界潮流。參數(shù)(壓力和溫度)越高，它可以轉(zhuǎn)換的能量也越多，機(jī)組的效率就越高。超臨界、超超臨界發(fā)電機(jī)組鍋爐用金屬材料也在不斷發(fā)展更新，要求鍋爐用鋼不僅具有足夠的長(zhǎng)時(shí)持久強(qiáng)度，而且還要有較高的抗氧化性。
目前，我國(guó)發(fā)電量80％以上采取火力發(fā)電方式。一般采用超臨界發(fā)電機(jī)組，采用的主要鋼號(hào)是1Cr19Ni11Nb，其化學(xué)成分為碳0.04～0.10％，硅≤0.75％，錳≤2.00％，鎳9.00～13.00％，鉻17.00～20.00％，鈮8*C～1.00％，銅≤0.25％，硫≤0.020％，磷≤0.035％，V≤0.10％，B≤0.010％，余為Fe和次要雜質(zhì)。
上述1Cr19Ni11Nb超臨界發(fā)電機(jī)組用不銹鋼的制造工藝是電弧爐化鋼、AOD精煉、模鑄鋼錠、800軋機(jī)初軋開(kāi)坯、550橫列式軋機(jī)或棒材連軋機(jī)組熱軋成品，交付鋼管廠或用戶制造鋼管。1Cr19Ni11Nb初軋開(kāi)坯溫度1230℃～1270℃，熱軋加熱溫度1140℃～1180℃，試樣固溶處理后的抗拉強(qiáng)度≥520MPa，屈服強(qiáng)度≥205MPa，伸長(zhǎng)率≥40％，斷面收縮率≥50％。但該材料存在的主要問(wèn)題是高溫持久性能及高溫抗氧化性差，使用中造成堵管現(xiàn)象，降低了機(jī)組的使用效率，使發(fā)電成本提高。
通過(guò)檢索國(guó)內(nèi)外專利數(shù)據(jù)庫(kù)，共檢索出與本發(fā)明鋼相關(guān)的信息4條1.申請(qǐng)?zhí)朇N00803866.X一種耐熱性?shī)W氏體不銹鋼；2.申請(qǐng)?zhí)朇N03110437.1一種高溫強(qiáng)度和耐蝕性優(yōu)異的奧氏體不銹鋼；3.申請(qǐng)?zhí)朇N97192456.2一種新的奧氏體不銹鋼合金；4.申請(qǐng)?zhí)朇N98123173.X一種具有良好抗氧化性的奧氏體不銹鋼?；瘜W(xué)成分(wt％)比較 CN00803866.X、CN03110437.1發(fā)明鋼含有較高的鉻、鎳含量和鎢元素，在高溫下具有高的強(qiáng)度，良好的蒸汽氧化耐性，良好的爐面腐蝕耐性和足夠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；但是含有鎢元素給冶煉等控制帶來(lái)困難，而且其昂貴的生產(chǎn)制造成本一般不被鍋爐廠所接受(如CN00803866.X中20～27％鉻(Cr)，22.5～32％鎳(Ni)，0.4～4.0％鎢(W)；CN03110437.1中Cr20％以上小于28％、Ni大于35％小于50％、W4～10％)。CN97192456.2、CN98123173.X專利鋼其室溫力學(xué)性能和高溫持久性能及高溫抗氧化性不良，因此不能滿足超臨界發(fā)電機(jī)組鍋爐用鋼的要求。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鍋爐用鋼及其制造方法，以解決現(xiàn)有超臨界發(fā)電機(jī)組鍋爐用鋼管強(qiáng)度偏低以及易發(fā)生疲勞斷裂和蒸汽腐蝕的問(wèn)題，提高鍋爐用鋼管的綜合機(jī)械性能，提高鍋爐管的疲勞壽命，提高發(fā)電設(shè)備的整體穩(wěn)定性，進(jìn)一步滿足電力工業(yè)的發(fā)展。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種鍋爐用鋼，其特征在于化學(xué)成分百分配比為碳C0.04～0.10％，硅Si≤0.50％，錳Mn≤2.00％，鎳Ni8.00～12.00％，鉻Cr17.00～19.00％，鈮Nb8*C～1.00％，鉛Cu≤0.25％，硫S≤0.015％，磷P≤0.040％，硼B(yǎng)0.005～0.040％，氮N0.10～0.20％，稀土Ce0.005～0.100％，余為Fe和不可避免雜質(zhì)。
碳碳在奧氏體不銹鋼中是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素。碳是一種間隙元素，通過(guò)固溶強(qiáng)化可顯著提高奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度。保證一定的強(qiáng)度必須一定的碳含量，但是碳元素太高對(duì)晶間腐蝕不利，控制0.04～0.10％碳含量既能保證強(qiáng)度要求又能滿足晶間腐蝕要求。
錳在鉻鎳奧氏體不銹鋼中，錳含量一般規(guī)定不超過(guò)2.0％。錳還可以提高氮在鋼中的溶解度，錳和硫有較強(qiáng)的親和力形成硫化錳，即有利于鋼中硫的去除，又有利于消除鋼中殘余硫的有害作用，錳的含量控制在0.80～1.60％能在本發(fā)明鋼中發(fā)揮良好的作用。
硅在奧氏體不銹鋼中，硅含量一般都在0.8％～1.0％以下。硅是鐵素體形成元素，對(duì)形成奧氏體有不良的影響，在奧氏體不銹鋼中隨著硅含量的提高，δ鐵素體含量將增加，同時(shí)金屬間相比如σ(χ)相的形成也會(huì)加速和增多。從而影響鋼的性能?？刂戚^低的硅含量可以使鉻鎳奧氏體不銹鋼具有良好的耐晶間腐蝕性能。因此對(duì)硅元素的含量控制在≤0.50％較為合理。
鉻鉻是不銹鋼獲得不銹性和耐蝕性的最主要的元素，鉻促進(jìn)了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果。鉻又是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定鐵素體的元素，縮小奧氏體區(qū)。提高鉻含量對(duì)奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕和抗氧化能力是有益的?？紤]不銹鋼的耐腐蝕性能同時(shí)又保證鋼在室溫下為奧氏體組織，本發(fā)明鋼設(shè)計(jì)鉻含量為17.00～19.00％。
鎳是奧氏體不銹鋼中的主要合金元素，其主要作用是形成并穩(wěn)定奧氏體，使鋼獲得完全奧氏體的組織，從而使鋼具有良好的強(qiáng)度和塑性、韌性的配合。鉻鎳能提高鋼的熱強(qiáng)性。8.00～12.0％鎳能起到上述的有益作用。
鈮是作為穩(wěn)定化元素加入，形成碳化物產(chǎn)生彌散強(qiáng)化，能提高熱強(qiáng)性，使鉻更多地進(jìn)入基體，從而增強(qiáng)抗晶間腐蝕的能力，以防止敏化態(tài)晶間腐蝕發(fā)生。因此8*C～1.00％的鈮是本發(fā)明鋼適宜的含量。
氮是鉻鎳奧氏體不銹鋼中的重要合金元素，除可代替部分鎳以節(jié)約貴重的鎳元素外，主要是作為固溶強(qiáng)化元素提高奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度和耐腐蝕性能。從冷熱加工性能、疲勞性能及耐高溫腐蝕性能考慮，本發(fā)明鋼加入0.10～0.20％的氮是最合適的含量。
稀土在奧氏體不銹鋼中改善熱加工性是很有效的，還可提高耐熱鋼的抗氧化性。加入0.005～0.100％的稀土能起到上述的有益作用。
硼加入微量硼可改善耐晶間腐蝕性能，還可提高奧氏體不銹鋼的熱塑性，改善熱加工性。0.005～0.100％稀土和0.005～0.040％硼能起到很好的晶界強(qiáng)化作用，提高高溫持久強(qiáng)度和持久壽命。
同時(shí)硫、磷、鉛、銻、鉍在技術(shù)條件允許情況下應(yīng)盡可能降低其含量，以減少原奧氏體晶界處的偏聚，提高韌性。殘余元素和氣體含量控制在相當(dāng)?shù)秃克?，使鋼具有相?dāng)高的純凈度，溶于奧氏體中的碳元素與各元素之間達(dá)到理想的最佳配比含量，從而為提高材質(zhì)的均勻性和長(zhǎng)時(shí)持久性能奠定了基礎(chǔ)。
一種鍋爐用鋼的制造方法，采用的工藝流程為電弧爐初煉→AOD精煉→模鑄→800軋機(jī)初軋開(kāi)坯→550橫列式軋機(jī)或棒材連軋機(jī)組熱軋管坯→制管→固溶處理；或電弧爐初煉→AOD精煉→連鑄→550橫列式軋機(jī)或棒材連軋機(jī)組熱軋管坯→制管→固溶處理。
(1)電弧爐初煉→AOD精煉→模鑄 在20～60噸的電弧爐中進(jìn)行鋼液初煉；相應(yīng)噸位的鋼包精煉；模鑄澆注，生產(chǎn)出2.3t或3.7t的合格模鑄方錠； (2)初軋開(kāi)坯 采用鋼錠熱送方式在800軋機(jī)進(jìn)行初軋開(kāi)坯，先將成分合格的模鑄錠澆畢2小時(shí)后脫模送至初軋加熱坑，再將其熱加工軋制開(kāi)坯至220方均熱溫度1230～1270℃，加熱保溫時(shí)間≥4.5小時(shí)，鋼錠出爐溫度1200～1240℃，陰陽(yáng)面溫差≤30℃； (3)熱軋管坯 采用軋鋼機(jī)熱加工軋制方法，先將合格的初軋坯表面進(jìn)行清理，再將其熱加工軋制至成品圓棒均熱溫度1220～1280℃，加熱保溫時(shí)間≥2.5小時(shí)，鋼坯出爐溫度1200～1260℃，陰陽(yáng)面溫差≤30℃；(常規(guī)奧氏體不銹鋼均熱溫度為1140～1180℃，保溫時(shí)間2.5小時(shí)，出爐溫度1140～1180℃)，該鋼坯均熱溫度有效地保證了圓棒的組織、性能以及表面質(zhì)量； (4)制管 管坯料驗(yàn)收→定心→剝皮→表面檢驗(yàn)→斷料→加熱→穿孔→酸洗檢驗(yàn)→平頭尾→潤(rùn)滑→軋制→去油→退火→矯直→切管→酸洗→潤(rùn)滑→軋制→去油→成品熱處理→矯直→切管→酸洗→檢驗(yàn)(超聲波、表面)→切定尺→成品清洗→表面檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)； (5)成品管進(jìn)行固溶處理固溶溫度1140℃～1180℃，保溫時(shí)間(走速)根據(jù)壁厚不同進(jìn)行調(diào)整，水冷。
所述的鍋爐用鋼的制造方法，其特征在于還包含以下步驟 (1)電弧爐初煉→AOD精煉→連鑄 (2)熱軋管坯 采用軋鋼機(jī)熱加工軋制方法，先將合格的連鑄坯表面進(jìn)行清理，再將其熱加工軋制至成品圓棒均熱溫度1220～1280℃，加熱保溫時(shí)間≥2.5小時(shí)，鋼坯出爐溫度1200～1260℃，陰陽(yáng)面溫差≤30℃； (3)制管； (4)成品管進(jìn)行固溶處理固溶溫度1140℃～1180℃，保溫時(shí)間根據(jù)壁厚不同進(jìn)行調(diào)整，水冷。
優(yōu)選地，所述鍋爐用鋼的制造方法中，步驟(1)中AOD精煉為AOD+VOD+LF或AOD+LF。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果 1、降低了鎳含量，使合金成本降低，有效的節(jié)約了鎳資源。
2、本發(fā)明的不銹鋼軋制成棒材和冷軋成鋼管，試樣經(jīng)固溶處理后，抗拉強(qiáng)度≥650MPa，屈服強(qiáng)度≥270MPa，伸長(zhǎng)率≥40％，斷面收縮率≥60％。
3、化學(xué)成分的合理配比，既保證其成本較低，又保證其冷熱加工性能不低于現(xiàn)有的1Cr19Ni11Nb奧氏體不銹鋼；在節(jié)鎳同時(shí)添加稀土和氮含量來(lái)保證性能，使其有良好的組織穩(wěn)定性和冷、熱加工性能。
4、焊接性能良好焊縫處的力學(xué)性能優(yōu)良，同時(shí)具有良好的耐蒸汽氧化性和耐熱疲勞特性。

具體實(shí)施例方式 制備方法采用的工藝流程為1、電弧爐初煉→AOD精煉→模鑄；2、800軋機(jī)初軋開(kāi)坯；3、550橫列式軋機(jī)或棒材連軋機(jī)組熱軋管坯。
實(shí)施例具體化學(xué)成分(重量百分比wt％)見(jiàn)表1，主要工藝參數(shù)控制見(jiàn)表2，性能檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表3、表4。
表1 化學(xué)成分(wt％) 表2 主要工藝參數(shù) 表3 室溫力學(xué)性能 表4 持久性能比較 實(shí)施本發(fā)明生產(chǎn)的熱軋圓棒，室溫力學(xué)性能和高溫持久性能明顯高于對(duì)比鋼(1Cr19Ni11Nb)，提高高壓鍋爐管的使用壽命，特別是對(duì)于解決高壓鍋爐管抗氧化性有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
權(quán)利要求
1.一種鍋爐用鋼，其特征在于包括如下重量百分配比的化學(xué)元素C0.04～0.10％，Si≤0.50％，Mn≤2.00％，Ni8.00～12.00％，Cr17.00～19.00％，Nb8*C～1.00％，Cu≤0.25％，S≤0.015％，P≤0.040％，B0.005～0.040％，N0.10～0.20％，Ce0.005～0.100％，余為Fe和不可避免雜質(zhì)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的鍋爐用鋼的制造方法，其特征在于包含以下步驟
(1)電弧爐初煉→AOD精煉→模鑄
(2)初軋開(kāi)坯
初軋開(kāi)坯，均熱溫度1230～1270℃，加熱保溫時(shí)間≥4.5小時(shí)，鋼錠出爐溫度1200～1240℃，陰陽(yáng)面溫差≤30℃；
(3)熱軋管坯
采用軋鋼機(jī)熱加工軋制方法，先將合格的初軋坯表面進(jìn)行清理，再將其熱加工軋制至成品圓棒均熱溫度1220～1280℃，加熱保溫時(shí)間≥2.5小時(shí)，鋼坯出爐溫度1200～1260℃，陰陽(yáng)面溫差≤30℃；
(4)制管；
(5)成品管進(jìn)行固溶處理固溶溫度1140℃～1180℃，保溫時(shí)間根據(jù)壁厚不同進(jìn)行調(diào)整，水冷。
3.一種如權(quán)利要求1所述的鍋爐用鋼的制造方法，其特征在于包含以下步驟
(1)電弧爐初煉→AOD精煉→連鑄
(2)熱軋管坯
采用軋鋼機(jī)熱加工軋制方法，先將合格的連鑄坯表面進(jìn)行清理，再將其熱加工軋制至成品圓棒均熱溫度1220～1280℃，加熱保溫時(shí)間≥2.5小時(shí)，鋼坯出爐溫度1200～1260℃，陰陽(yáng)面溫差≤30℃；
(3)制管；
(4)成品管進(jìn)行固溶處理固溶溫度1140℃～1180℃，保溫時(shí)間根據(jù)壁厚不同進(jìn)行調(diào)整，水冷。
4.如權(quán)利要求2或3所述的鍋爐用鋼的制造方法，其特征在于步驟(1)中AOD精煉為AOD+VOD+LF或AOD+LF。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鍋爐用鋼及其制造方法，主要特征在于包括如下重量百分配比的化學(xué)元素C0.04～0.10％，Si≤0.50％，Mn≤2.00％，Ni8.00～12.00％，Cr17.00～19.00％，Nb8*C～1.00％，Cu≤0.25％，S≤0.015％，P≤0.040％，B0.005～0.040％，N0.10～0.20％，Ce0.005～0.100％，余為Fe和不可避免雜質(zhì)。其采用的工藝流程為電弧爐初煉、AOD精煉、模鑄并初軋開(kāi)坯或連鑄、熱軋管坯、制管。本發(fā)明可以解決現(xiàn)有鍋爐用鋼管強(qiáng)度偏低和易發(fā)生疲勞斷裂等問(wèn)題，可以進(jìn)一步提高鍋爐用鋼管的綜合機(jī)械性能和使用壽命。
文檔編號(hào)C22C38/54GK101368249SQ200710044950
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者朱長(zhǎng)春, 趙鈞良, 王治政, 肖學(xué)山, 衛(wèi) 鄭, 剛 徐 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司