專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高溫用無(wú)縫鐵素體合金鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種高溫用無(wú)縫鐵素體合金鋼及其生產(chǎn)方法，屬于冶金材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電カエ業(yè)的發(fā)展和全球?qū)Νh(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，節(jié)約一次能源、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、減少有害廢氣排放、降低地球溫室效應(yīng)已引起國(guó)內(nèi)外的高度重視。從電站鍋爐的設(shè)計(jì)和實(shí)績(jī)運(yùn)行過(guò)程中，人們逐漸達(dá)成共識(shí)，只有提高蒸汽參數(shù)(壓カ和溫度)，才能有效地提高機(jī)組的熱效率，降低煤耗，減少有害氣體排放量，滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源的要求。因此，世界各國(guó)的電站鍋爐都向著大容量和高參數(shù)的方向發(fā)展。特別是最近幾年，我國(guó)火電機(jī)組先后投入使用了大容量、高參數(shù)超臨界、超超臨界機(jī)組。毋庸置疑，超臨界、超超臨界機(jī)組的發(fā)展是以材料的發(fā)展為基礎(chǔ)的，在高溫、高壓下運(yùn)行的材料要求具有良好的高溫強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氧化性能等。應(yīng)用于超(超)臨界機(jī)組的過(guò)熱器、再熱器的金屬壁溫小于580°C。針對(duì)這ー特殊使用條件，開(kāi)發(fā)抗高溫性能好的耐熱鋼是發(fā)展高效超臨界、超超臨界火電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，還未有與本發(fā)明體系相近專(zhuān)利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種具有良好的高溫強(qiáng)度和優(yōu)異抗氧化性能的高溫用無(wú)縫鐵素體合金鋼及其生產(chǎn)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)ー種高溫用無(wú)縫鐵素體合金鋼，其特征在于，構(gòu)成材料的質(zhì)量百分比化學(xué)成分為C O. 05 O. 09 ；Si O. 20 O. 50 ；Mn O. 10 O. 60 ；Crl. 95 2. 55 ；ff I. 50 I. 75 ;B O. 001 O. 005 ；Ti O. 005 O. 06 ；Mo O. 05 O. 30 ；Nb O. 02 O. 08 ；V O. 20 O. 30 ;N彡O. 015 ；P彡O. 020 ；S彡O. 005 ；Altot彡O. 015 ；0彡O. 003，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)100%。同時(shí)，要求Ti/N彡3. 5。C、Si、Mn是鋼中主要的基本合金元素，對(duì)鋼的強(qiáng)度、塑性等基本力學(xué)性能起著關(guān)鍵的作用，對(duì)鋼的焊接性、耐蝕性和抗氧化性也有很重要的影響，而且決定著鋼的組織結(jié)構(gòu)。綜合考慮上述各因素的影響，設(shè)計(jì)了本體系的C、Si、Mn含量。W在鋼中，除與碳化合形成碳化物外，部分地融入鐵中形成固溶體。它在鋼中的用途主要是增加鋼的回火穩(wěn)定性、紅硬性和熱強(qiáng)度，以及由于形成的特殊碳化物而增加的耐磨性。本發(fā)明以W取代部分Mo，形成以W為主的W-Mo的復(fù)合固溶強(qiáng)化，使鋼的長(zhǎng)期持久強(qiáng)度提高。因此W選擇在I. 50 I. 75%范圍內(nèi)。加入Mo主要是為了提高鋼的熱強(qiáng)性，起到固溶強(qiáng)化的作用。B突出的作用是微量的B就可以成倍地増加鋼的淬透性。主要是它吸附在奧氏體晶界上，降低了晶界的能量，阻抑鐵素體晶核的形成，因?yàn)檠娱L(zhǎng)了先共析鐵素體和上貝氏體轉(zhuǎn)變的孕育期；但對(duì)已形成的晶核的成長(zhǎng)，則影響極微。所以它對(duì)低碳鋼有效，因 而B(niǎo)控制在O. 001 O. 005%范圍內(nèi)較適宜。Mo-B協(xié)同作用對(duì)奧氏體上鐵素體的形核具有更加強(qiáng)烈的抑制效應(yīng)，從而使奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線發(fā)生深刻改變，導(dǎo)致貝氏體區(qū)的擴(kuò)大。Ti-B的復(fù)合利用不但使MC相更加穩(wěn)定，而且能抑制晶界區(qū)孔洞的形核及其長(zhǎng)大過(guò)程，提高晶界強(qiáng)度，從而提高鋼的持久斷裂塑性。B也能參與碳化物的反應(yīng)，有助于碳化物的均勻分布及其穩(wěn)定性，從而有助于熱強(qiáng)性的提高。當(dāng)N含量較高，Ti不能滿(mǎn)足Ti/N > 3. 5時(shí)，由于沒(méi)有足量的Ti元素來(lái)平衡過(guò)高的N含量，過(guò)量N元素會(huì)消耗掉材料中B元素，從而導(dǎo)致材料淬透性不足。Cr主要是提高耐熱鋼的抗氧化性、抗腐蝕能力，含鉻量小于5%時(shí)，600°C開(kāi)始劇烈氧化。本發(fā)明鋼種特定工作溫度不高于580°C，Cr含量在I. 95 2. 55%即能滿(mǎn)足使用要求。加入微量Nb和N形成碳氮化物彌散沉淀強(qiáng)化，降低了含C量，提高其加工性能和焊接性能。S是引起原晶界弱化的主要雜質(zhì)元素，可以導(dǎo)致鋼蠕變脆化;A1含量過(guò)高也會(huì)影響鋼的持久塑性和強(qiáng)度。因此，S、A1控制在較低的水平。無(wú)縫鋼管生產(chǎn)主要エ藝為鐵水一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF精煉一VD脫氣一圓坯連鑄一管還加熱一穿孔一軋制一定徑一熱處理。其中關(guān)鍵控制エ序?yàn)闊崽幚砉ば?，熱處理米用正?回火エ藝，正火加熱溫度為1040 1080°C，保溫時(shí)間為壁厚每Imm不少于I. 5min,總保溫 時(shí)間不小于30min，通過(guò)空氣加速?gòu)膴W氏體化速度冷卻。多元鋼因含有在高溫下才能基本固溶的強(qiáng)碳化物形成元素，為了充分發(fā)揮各元素的作用，熱處理時(shí)采用生產(chǎn)上可行的較高奧氏體化加熱溫度，加熱溫度的下限是1040°C，否則將使鋼的熱強(qiáng)性明顯降低。采用加速空氣流動(dòng)，以增加冷速，獲得貝氏體+鐵素體組織?；鼗饻囟葹?30 800°C，保溫時(shí)間不小于lh，然后在靜止空氣中冷卻。多元鋼具有較強(qiáng)的抗回火能力，為了保持鋼在使用過(guò)程中性能的穩(wěn)定，應(yīng)采用較高的回火溫度，特別是當(dāng)鋼中同時(shí)含有Mo和B吋。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)在Cr-M0型合金結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上以W取代部分Mo，形成以W為主的W-Mo的復(fù)合固溶強(qiáng)化，加入微量Nb和N形成碳氮化物彌散沉淀強(qiáng)化，降低了含C量，提高其加工性能和焊接性能，同時(shí)加入微量B提高淬透性以獲得完全的回火貝氏體組織。本發(fā)明具有良好的高溫強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氧化性能，產(chǎn)品適用于超(超)臨界機(jī)組金屬壁溫不超過(guò)580°C的過(guò)熱器、再熱器的水冷管道。本發(fā)明生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好，適合于規(guī)模化生產(chǎn)，具有良好的推廣價(jià)值。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I材料的質(zhì)量百分比化學(xué)成分為CO. 07 ；Si O. 45 ；Mn O. 52 ；Cr 2. 33 ；Mo 0. 25 ；Nb 0. 07 ；V 0. 22 ；ff I. 59 ；B 0. 003 ；Ti 0. 03 ;N、P、S、Alt()t、0 含量符合體系設(shè)計(jì)要求；其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)100%。所生產(chǎn)無(wú)縫管規(guī)格為Φ51Χ12πιπι，熱處理制度按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。鋼管的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、沖擊功、硬度(HB)分別為575MPa、465MPa、34. 4 %、87J、180 ; 100、200、300、400、500、600 °C 高溫屈服強(qiáng)度分別為 415、405、405、380、355、295MPa。600°C時(shí)，通過(guò)外推法得到10萬(wàn)h持久強(qiáng)度為83. 3MPa，抗氧化性能符合I級(jí)“完全抗氧化性”(く O. lg/(m2 · h))，具有較高的抗氧化性能；1萬(wàn)h的時(shí)效試驗(yàn)表明，鋼的沖擊韌性、硬度、強(qiáng)度與塑性指標(biāo)都未見(jiàn)明顯變化，說(shuō)明該鋼性能穩(wěn)定，適于制造高溫管。鋼中各類(lèi)夾雜物級(jí)別均不大于I. 5級(jí)，成品管晶粒度為7. O級(jí)，顯微組織為粒狀貝氏體+鐵素體。
實(shí)施例2材料的質(zhì)量百分比化學(xué)成分為CO. 08 ；Si O. 43 ；Mn O. 50 ；Cr 2. 25 ；Mo 0. 25 ；Nb 0. 06 ；V 0. 23 ；ff I. 65 ；B 0. 003 ；Ti 0. 02 ;N、P、S、Alt()t、0 含量符合體系設(shè)計(jì)要求；其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)100%。所生產(chǎn)無(wú)縫管規(guī)格為Φ51Χ12πιπι，熱處理制度按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。鋼管的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、沖擊功、硬度(HB)分別為590MPa、445MPa、33. 3 %、95J、175 ; 100、200、300、400、500、600 °C 高溫屈服強(qiáng)度分別為 425、410、395、370、345、305MPa。鋼中各類(lèi)夾雜物級(jí)別均不大于I. 5級(jí)，成品管晶粒度為7. O級(jí)，顯微組織為粒狀貝氏體+鐵素體。實(shí)施例3材料的質(zhì)量百分比化學(xué)成分為CO. 08 ；Si O. 39 ；Mn O. 48 ；Cr 2. 27 ；Mo 0. 24 ； Nb 0. 06 ；V 0. 24 ；ff I. 61 ；B 0. 004 ；Ti 0. 024 ;N、P、S、Altot、0 含量符合體系設(shè)計(jì)要求；其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)100%。所生產(chǎn)無(wú)縫管規(guī)格為Φ51Χ12πιπι，熱處理制度按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。鋼管的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、沖擊功、硬度(HB)分別為580MPa、455MPa、31. 8 %、88J、169 ; 100、200、300、400、500、600 °C 高溫屈服強(qiáng)度分別為 430,405,400、375、355、305MPa。鋼中各類(lèi)夾雜物級(jí)別均不大于I. 5級(jí)，成品管晶粒度為7. 5級(jí)，顯微組織為粒狀貝氏體+鐵素體。實(shí)施例4材料的質(zhì)量百分比化學(xué)成分為CO. 06 ；Si O. 41 ；Mn O. 50 ；Cr 2. 29 ；Mo 0. 26 ；Nb 0. 05 ；V 0. 23 ；ff I. 64 ；B 0. 004 ；Ti 0. 022 ;N、P、S、Altot、0 含量符合體系設(shè)計(jì)要求；其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)100%。所生產(chǎn)無(wú)縫管規(guī)格為Φ51Χ12πιπι，熱處理制度按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。鋼管的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、沖擊功、硬度(HB)分別為570MPa、430MPa、32. 2 %、85J、158 ; 100、200、300、400、500、600 °C 高溫屈服強(qiáng)度分別為 425、405、385、375、350、290MPa。鋼中各類(lèi)夾雜物級(jí)別均不大于I. 5級(jí)，成品管晶粒度為6. 5級(jí)，顯微組織為粒狀貝氏體+鐵素體。
權(quán)利要求
1.ー種高溫用無(wú)縫鐵素體合金鋼，其特征是其特征在于，構(gòu)成材料的質(zhì)量百分比化學(xué)成分為c O. 05 O. 09 ；Si O. 20 O. 50 ；Mn O. 10 O. 60 ；Crl. 95 2. 55 ；ff I. 50 I. 75 ；B O. 001 O. 005 ；Ti O. 005 O. 06 ；Mo O. 05 O. 30 ；Nb O. 02 O. 08 ；V O. 20 O. 30 ；N く O. 015 ；P く O. 020 ；S く O. 005 ；Altot く O. 015 ；0 く O. 003，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫用無(wú)縫鐵素體合金鋼，其特征是Ti/N^ 3. 5。
3.ー種根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高溫用無(wú)縫鐵素體合金鋼的生產(chǎn)方法，其特征是無(wú) >縫鋼管生產(chǎn)主要エ藝為鐵水一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF精煉一VD脫氣一圓坯連鑄一管坯加熱一穿孔一軋制一定徑一熱處理；其中，熱處理采用正火+回火エ藝，正火加熱溫度為1040 1080°C，保溫時(shí)間為壁厚每Imm不少于I. 5min，總保溫時(shí)間不小于30min，通過(guò)空氣加速?gòu)膴W氏體化速度冷卻；回火溫度為730 800°C，保溫時(shí)間不小于lh，然后在靜止空氣中冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫用無(wú)縫鐵素體合金鋼及其生產(chǎn)方法，其特征是構(gòu)成材料的質(zhì)量百分比化學(xué)成分為C0.05～0.09；Si0.20～0.50；Mn0.10～0.60；Cr1.95～2.55；W1.50～1.75；B0.001～0.005；Ti0.005～0.06；Mo0.05～0.30；Nb0.02～0.08；V0.20～0.30；N≤0.015；P≤0.020；S≤0.005；Altot≤0.015；O≤0.003，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)100％。Ti/N≥3.5。熱處理采用正火+回火工藝，正火加熱溫度為1040～1080℃，保溫時(shí)間為壁厚每1mm不少于1.5min，但不小于30min，通過(guò)空氣加速?gòu)膴W氏體化速度冷卻；回火溫度為730～800℃，保溫時(shí)間不小于1h，然后在靜止空氣中冷卻。本發(fā)明生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好，適合于規(guī)模化生產(chǎn)，具有良好的推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)C22C33/04GK102690996SQ20121018542
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者王金龍 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司