CN102690993A

CN102690993A - 一种火电用水冷壁无缝管及其生产方法

Info

Publication number: CN102690993A
Application number: CN2012101854382A
Authority: CN
Inventors: 王金龙
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia Baotou Steel Union Co Ltd
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明涉及一种火电用水冷壁无缝管及其生产方法，其特征是：构成材料的质量百分比化学成分为：C 0.12～0.17；Si 0.18～0.38；Mn 0.40～0.65；Cr 0.80～1.10；Mo 0.45～0.60；P≤0.015；S≤0.005；O≤0.003，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。制管过程中采用再加热工艺，最低再加热温度为740℃，加热到940±10℃保温12±2min后出炉定径。热处理采用正火+回火工艺，正火加热温度为940±10℃，保温时间为40min；回火温度为670±20℃，保温时间为1h，然后在静止空气中冷却。产品适用于使用温度不超过420℃的超临界、超超临界火电机组的水冷壁。本发明生产效率高，经济效益好，成分简单，适合于规模化生产，具有良好的推广价值。

Description

一种火电用水冷壁无缝管及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种火电用水冷壁无缝管及其生产方法，属于冶金材料领域。

背景技术

在电力工业中，采用超临界、超超临界机组是提高火电机组的热效率、节约能源、防止环境污染的有效途径之一。随着蒸汽温度和压力的提高，电厂效率不断提高，供电煤耗也进一步降低。而提高蒸汽参数的主要技术难题是金属材料耐高温、高压及焊接问题。开发抗高温性能更好的耐热钢是发展高效超临界、超超临界火电机组的关键技术之一。超临界、超超临界火电机组的水冷壁出口汽水温度约为420℃，相对于过热器、再热器及高温蒸气管道的使用温度要低一些。对水冷壁材料的主要性能要求是，有一定的强度，以使壁厚不致过大，导致加工困难并影响传热；有一定的抗腐蚀性能；工艺性能好，如冷弯及焊接性能；良好的抗热疲劳性能，尤其在直流锅炉；管子形状要求：超临界及超超临界锅炉水冷壁管用内螺纹管。针对上述使用条件，开发出性能满足使用要求，生产效率高，经济效益好，成分简单的无缝钢管是非常有必要的。目前，还未有与本发明体系相近专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能满足使用要求、成分简单的火电用水冷壁无缝管及其生产方法。

为实现上述目的，本发明是通过如下措施来实现：

一种火电用水冷壁无缝管，其特征在于，构成材料的质量百分比化学成分为：C 0.12～0.17；Si 0.18～0.38；Mn 0.40～0.65；Cr 0.80～1.10；Mo 0.45～0.60；P≤0.015；S≤0.005；O≤0.003，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。

低碳钢具有良好的工艺性能、焊接性能，且价格便宜，再添加不同的合金元素，使其具有足够的热强性，可以完全满足火电用水冷壁。Mn对于提高蠕变抗力是有益的，特别是在1％以下时，效用更显著。C是钢中固溶强化作用最明显的元素，随含C量的增加，钢的强度上升，塑性、韧性下降。根据对钢的强度、塑性等基本力学性能的要求，及对钢的组织结构、焊接性影响的考虑，设计了本体系的C、Si、Mn含量。

Mo是溶于铁素体的元素，它增大铁的自扩散激活能，提高铁的回复与再结晶温度。因为回复与再结晶是借助于局部地区原子位置的调整而进行的，在调整过程中，金属在外加应力作用下，原子的迁动可能变成一种定向的流动，引起蠕变速率加快。Mo能提高晶格原子键引力，并能显著提高铁素体的再结晶温度，因而能强化铁素体，提高蠕变强度。Mo也是较强的碳化物形成元素，含Mo钢回火时，可以从铁素体固溶体中析出细小针状Mo₂C，可以使钢发生沉淀强化。由于固溶体中Mo、C和N的同时存在所起的交互作用是Mo固溶强化的主要原因。

在热强钢中加Cr主要目的是来提高钢的抗氧化性及耐蚀性。在Cr-Mo钢中，由于富Cr碳化物的形成，相应地使固溶体中的Mo向碳化物迁移速度减小，从而使固溶体中保留的Mo水平有所提高，能产生一定程度的固溶强化效果。一般来说，沉淀析出对于提高较低温度及较低应力下的蠕变强度更为有效。Cr-Mo钢回火能导致合金碳化物沉淀的析出，能够提高蠕变强度，这说明沉淀强化作用比固溶作用更为重要。Cr-Mo复合强化时，由于Cr对不同类型碳化物组成及分布的复杂影响，须使Cr、Mo含量维持在彼此相互作用的最佳值时，才能收到最佳的强化效果。因此Cr、Mo含量控制在0.80～1.10％、0.45～0.60％较合适。铁素体钢的蠕变强化机制和断裂伸长之间的联系是，在既定蠕变强度下，沉淀强化过程伴随着较高的伸长率。由于Cr-Mo钢扩大了沉淀强化范围，因而使其具有较高的持久断裂塑性。

无缝钢管生产主要工艺为：铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸→管坯加热→穿孔→轧制→荒管再加热→定径→热处理。本发明钢种体系所生产无缝管规格为Φ38×7.3mm，出脱管机尺寸为Φ118.5×8.36mm，属于薄壁管，为保证后续定径的顺利进行，需要对出脱管机后荒管采用再加热工艺。在进入再加热炉前需经小冷床冷却，要掌握轧制节奏，使荒管内外壁均匀冷却。在冷却到Ac₁之前进入再加热炉，因此，最低入再加热温度为740℃。荒管入再加热炉后应以适宜的加热速度升温，再加热温度应在Ac₃以上50～130℃，保温12±2min后出炉定径，本发明钢种的Ac₃大约为870℃，因此加热的目标温度为940±10℃，不能过高，以防晶粒粗化。

火电用水冷壁无缝管的热处理采用正火+回火工艺，正火加热温度为940±10℃，保温时间为40min；回火温度为670±20℃，保温时间为1h，然后在静止空气中冷却。正火过程中发生着的固态相变，是一个在母相中新相形核与长大的过程，本发明钢种体系的母相就是奥氏体，新相就是珠光体(铁素体与渗碳体的混合物)。对应相同的正火温度，正火冷却速度快，相变过冷度大，珠光体形核率高，晶粒长大的时间少，原子扩散能力降低，晶粒长大幅度小，所以得到的珠光体晶粒多，晶粒细小且分布均匀，韧性好，冲击值较为优越。反之，得到的珠光体晶粒少，晶粒较为粗大，韧性差，冲击值较低。

本发明的优点是：在低碳钢中添加Cr、Mo元素，利用Cr、Mo的复合作用，使钢产生固溶强化、沉淀强化作用，提高了钢的蠕变强度、持久断裂塑性。产品适用于使用温度不超过420℃的超临界、超超临界火电机组的水冷壁。本发明生产效率高，经济效益好，成分简单，适合于规模化生产，具有良好的推广价值。

具体实施方式

实施例1

材料的质量百分比化学成分为：C 0.13；Si 0.30；Mn 0.51；Cr 0.88；Mo 0.54；P、S、O含量符合体系设计要求；其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。再加热工艺及热处理制度按设计要求执行。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为510MPa、370MPa、30.3％、99J；200、300、400、500℃高温屈服强度分别为310、285、260、235MPa。钢中各类夹杂物级别均不大于1.5级，成品管晶粒度为6.0级，显微组织为珠光体+铁素体。

实施例2

材料的质量百分比化学成分为：C 0.15；Si 0.32；Mn 0.48；Cr 0.93；Mo 0.54；P、S、O含量符合体系设计要求；其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。再加热工艺及热处理制度按设计要求执行。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为535MPa、385MPa、28.8％、91J；200、300、400、500℃高温屈服强度分别为340、305、275、230MPa。钢中各类夹杂物级别均不大于1.5级，成品管晶粒度为6.5级，显微组织为珠光体+铁素体。

实施例3

材料的质量百分比化学成分为：C 0.14；Si 0.33；Mn 0.56；Cr 0.96；Mo 0.56；P、S、O含量符合体系设计要求；其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。再加热工艺及热处理制度按设计要求执行。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为490MPa、375MPa、33.1％、106J；200、300、400、500℃高温屈服强度分别为325、290、245、215MPa。钢中各类夹杂物级别均不大于1.5级，成品管晶粒度为6.5级，显微组织为珠光体+铁素体。

实施例4

材料的质量百分比化学成分为：C 0.15；Si 0.33；Mn 0.55；Cr 1.02；Mo 0.53；P、S、O含量符合体系设计要求；其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。再加热工艺及热处理制度按设计要求执行。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为505MPa、385MPa、33.3％、95J；200、300、400、500℃高温屈服强度分别为335、295、250、225MPa。钢中各类夹杂物级别均不大于1.5级，成品管晶粒度为6.0级，显微组织为珠光体+铁素体。

Claims

1.一种火电用水冷壁无缝管，其特征是：构成材料的质量百分比化学成分为：C 0.12～0.17；Si 0.18～0.38；Mn 0.40～0.65；Cr 0.80～1.10；Mo 0.45～0.60；P≤0.015；S≤0.005；O≤0.003，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。

2.一种根据权利要求1所述的火电用水冷壁无缝管的生产方法，其特征是：无缝钢管生产主要工艺为：铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸→管坯加热→穿孔→轧制→荒管再加热→定径→热处理；其中，制管过程中采用的再加热工艺，最低再加热温度为740℃，加热到940±10℃保温12±2min后出炉定径；热处理采用正火+回火工艺，正火加热温度为940±10℃，保温时间为40min；回火温度为670±20℃，保温时间为1h，然后在静止空气中冷却。