CN103215494A

CN103215494A - 一种含Re无缝Cr-Mo-V型合金钢管及其生产方法

Info

Publication number: CN103215494A
Application number: CN2013101232548A
Authority: CN
Inventors: 王金龙; 刘金; 董珍; 郭智韬; 张行刚; 姜海龙
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: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-07-24

Abstract

本发明涉及一种含Re无缝Cr-Mo-V型合金钢管及其生产方法，其特征是：构成材料的质量百分比化学成分为：C 0.08～0.15；Si 0.19～0.36；Mn 0.40～0.70；Cr 0.95～1.20；V 0.15～0.30；Mo 0.25～0.35；Re 0.03～0.06；P≤0.015；S≤0.005； N≤0.015；O≤0.003，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。生产方法中的热处理对于壁厚＜30mm的钢管采用正火+回火工艺，正火加热温度为980～1020℃，保温时间为2.0min/mm，但不小于30min；回火温度为730～750℃，保温时间不小于1h，然后在静止空气中冷却。壁厚≥30mm的钢管采用淬火+回火，淬火温度为950～990℃，回火温度为730～750℃，保温时间不小于1h，然后在静止空气中冷却。本发明成分简单，成本低，生产效率高，经济效益好，适合于规模化生产，具有良好的推广价值。

Description

一种含Re无缝Cr-Mo-V型合金钢管及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种含Re无缝Cr-Mo-V型合金钢管及其生产方法，属于冶金材料领域。

背景技术

随着高压锅炉向高性能及长寿命方向发展，锅炉行业对高压锅炉管相应提出了更高的质量要求。表面质量好、精度高、组织和性能稳定是高压锅炉管适应市场需要的必要条件。耐热钢是高压锅炉管大型火力发电站的关键设备，高压管坯钢是电站有锅炉设备的专用材。由于其使用条件恶劣、技术要求苛刻，因此要求高压管坯钢不但具有良好的工艺性能，更要具有耐高温、高压、耐腐蚀、抗热疲劳性能等保持锅炉长期持久安全运行的技术条件。

目前，低合金耐热钢主要用于制造蒸汽温度在540℃以下的集箱、蒸汽管道，金属壁温不超过580℃的过热器、再热器及部分铸锻件，是高参数火力发电厂中应用最普遍的主蒸汽管道、再热器管道用钢。它的特点是含碳量较低，工艺性、导热性好，具有较高的持久强度和持久塑性。然而有时在长期高温作用下，此材料中大量的碳化物沿晶界析出并聚集粗化，材料产生高温断裂。实际运行过程中，有时还发生短期高温爆管现象。因此有必要开发出一种耐热钢，使其具有较高的耐高温持久强度和持久塑性，良好的抗氧化性能，耐一定介质腐蚀的能力，以及足够的韧性、可加工性、焊接性和组织稳定性，且无热脆倾向。Re是我国的优势特色资源，在钢中主要起着净化作用和合金化作用。因此考虑在钢中添加Re元素，使低碳低合金耐热钢具有优异的综合性能。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具有优异综合性能的含Re无缝Cr-Mo-V型合金钢管及其生产方法。

为实现上述目的，本发明是通过如下措施来实现：

一种含Re无缝Cr-Mo-V型合金钢管，其特征是：构成材料的质量百分比化学成分为：C 0.08～0.15；Si 0.19～0.36；Mn 0.40～0.70；Cr 0.95～1.20；V 0.15～0.30；Mo 0.25～0.35；Re 0.03～0.06；N≤0.015；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％，Re为Ce元素、La元素，或Ce、La的混合。

Cr元素在钢中主要是提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，Mo元素主要提高钢的热强性。Cr、Mo配合加入，可以消除单独加Cr钢的石墨化敏感性，且对其它工艺性能无不良影响。少量的V元素加入铬钼钢中，可阻抑钢在高温下长期使用时Mo向碳化物中的扩散，从而提高钢的组织稳定性和热强性。该钢提高热强性的重要途径为固溶强化、碳化物相沉淀强化。钢中Cr、Mo元素不仅能提高α固溶体的高温强度，同时还阻止其它合金元素在固溶体中扩散，以及固溶体与碳化物之间扩散过程的进行，以保持固溶体的稳定化。V与Cr不同，在钢中一般不形成复杂的碳化物，而只与碳结合形成简单的碳化物。在低合金钢中，V强烈地与C结合，形成晶体结构和VC相同，而分子式相当V₄C₃的碳不饱和的、具有空位的碳化物。V的作用主要是由于通过适当的热处理后生成的V₄C₃细小颗粒，该细小颗粒能与基体保持共格关系，并在高温长期应力作用下又较为稳定，对钢的强化作用均能起良好作用。同时，细小弥散的碳化物颗粒均匀分布在基体上时，可获得高的热强性。在Cr-Mo-V钢中，V将碳固定后，促使Cr、Mo等合金元素更多地溶入固溶体中，从而又间接地加强固溶强化效用。Cr-Mo-V复合强化钢中，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、V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 、V、Mo分别控制在0.95～1.20%、0.15～0.30%、0.25～0.35%范围内较适宜。

Re元素的微合金化作用主要是稀土原子在晶界上偏聚与其它元素交互作用，引起晶界的结构、化学成分和能量的变化，并影响其它元素的扩散和新相的成核与长大，最终导致钢组织与性能的变化。稀土强化晶界，阻碍晶间裂纹的形成和扩展，有利于改善塑性尤其是高温塑性；稀土能抑制动态再结晶、细化晶粒和沉淀相尺寸并促进铁素体中V(C、N)的析出；溶解的稀土可改变渗碳体的组成和结构并使碳化物球化、细化和均匀分布。一定量的稀土可以与钢中磷、砷、锡、锑、铋、铅等低熔点有害元素相作用。一方面稀土可以与这些杂质形成熔点较高的化合物；另一方面，还能抑制这些夹杂在晶界上的偏析。当把稀土加入钢液中，生成高熔点金属化合物，不熔于钢中而进入炉渣，起到净化作用，使钢中杂质减少，从而克服了热脆性。因此，Re元素的加入可以改善材料产生高温断裂和短期高温爆管现象。Re含量控制0.03～0.06%范围内即可有效起到改性作用。

C、Si、Mn是钢中主要的基本合金元素，根据钢的特性设计了本体系的C、Si、Mn含量。钢材本身因素对冲击值的影响占主导地位，C、P元素含量的增加会导致冲击值降低，脆性转变温度升高。钢中O、N、H气体含量高、夹杂物多会严重地降低冲击值，S是引起原晶界弱化的主要杂质元素，可以导致钢蠕变脆化，因此，控制了P、S、O、N等元素含量。

无缝合金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→定径→热处理；对于壁厚＜30mm的钢管热处理采用正火+回火工艺，正火加热温度为980～1020℃，保温时间为2.0min/mm，总保温时间不小于30min；回火温度为730～750℃，保温时间不小于1h，然后在静止空气中冷却；对于壁厚≥30mm的钢管热处理采用淬火+回火工艺，淬火温度为950～990℃，回火温度为730～750℃，保温时间不小于1h，然后在静止空气中冷却。

对含有V等碳化物形成元素的合金钢，要采用较高的加热温度，即为Ac₃+100～150℃。本发明钢种Ac₃大约为890℃，因此正火加热温度为980～1020℃。在一定温度范围内提高正火温度，使热强性提高的原因主要是由于合金元素特别是V的充分固溶，使随后回火时VC析出数量增加，从而提高了沉淀强化作用所致。但随正火或淬火温度的提高，钢的持久塑性则随之降低，这是由于晶内的进一步强化，使蠕变变形集中于较弱的晶界附近，而随正火或淬火温度的提高，晶界附近“无沉淀带”又较窄，从而就在这里产生更多位错，形成更高的局部应力，致使持久塑性降低。回火的主要目的是使固溶体中析出细小而弥散的碳化物相起沉淀强化作用，并使不稳定组织趋向于稳定状态，同时使合金元素在α固溶体和碳化物之间合理分配，以便在钢中进一步发挥有益作用。本发明体系钢种对回火温度很敏感，当回火温度选择在730～750℃区间时机械性能综合指标最佳。回火温度较低时，合金碳化物未能充分析出，大于760℃时碳化物长大并开始慢慢积聚，780℃回火时碳化物和珠光体组织基本上以网状沿晶界分布，此时其热强性很低。当钢管壁厚≥30mm时，采用正火工艺，由于冷速较慢，无法获得所要求的铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体的组织，因此要采用较大冷速的淬火工艺。

本发明的优点是：通过采用Cr、Mo合金元素进行固溶强化，并加入一定量的V与C结合形成VC等碳化物进行弥散强化，利用Re元素的净化作用和合金化作用，其组织结构稳定且具有较高的持久强度，具有优异的综合性能。本发明成分简单，成本低，生产效率高，经济效益好，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 0.11；Si 0. 28；Mn 0.62；Cr 1.03；Mo 0.28； V 0.21；Re 0.05；N、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％，Re为Ce元素。所生产无缝管规格为Φ219×29 mm，热处理制度为正火+回火。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为550MPa、415MPa、35.2%、99J；300、400、500、550℃高温屈服强度分别为375、366、305、270MPa。钢中各类夹杂物级别均不大于1.0级，成品管晶粒度为7.5级，显微组织为铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体。

实施例2

材料的质量百分比化学成分为：C 0.09；Si 0. 30；Mn 0.63；Cr 1.10；Mo 0.27； V 0.22；Re 0.04；N、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％，Re为Ce元素。所生产无缝管规格为Φ219×29 mm，热处理制度为正火+回火。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为540MPa、420MPa、31.8%、91J；300、400、500、550℃高温屈服强度分别为385、375、310、275MPa。钢中各类夹杂物级别均不大于1.0级，成品管晶粒度为8.0级，显微组织为铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体。

实施例3

材料的质量百分比化学成分为：C 0.10；Si 0. 33；Mn 0.59；Cr 1.08；Mo 0.28；V 0.24；Re 0.04；N、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％，Re为Ce元素。所生产无缝管规格为Φ219×29 mm，热处理制度为正火+回火。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为555MPa、435MPa、30.2%、102J；300、400、500、550℃高温屈服强度分别为390、370、325、290MPa。钢中各类夹杂物级别均不大于1.5级，成品管晶粒度为7.0级，显微组织为铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体。

实施例4

材料的质量百分比化学成分为：C 0.12；Si 0. 30；Mn 0.61；Cr 1.03；Mo 0.31； V 0.21；Re 0.05；N、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％，Re为Ce元素。所生产无缝管规格为Φ194×30 mm，热处理制度为淬火+回火。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为570MPa、435MPa、31.7%、108J；300、400、500、550℃高温屈服强度分别为405、385、340、295MPa。钢中各类夹杂物级别均不大于1.0级，成品管晶粒度为8.0级，显微组织为铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体。

Claims

1.一种含Re无缝Cr-Mo-V型合金钢管，其特征是：构成材料的质量百分比化学成分为：C 0.08～0.15；Si 0.19～0.36；Mn 0.40～0.70；Cr 0.95～1.20；V 0.15～0.30；Mo 0.25～0.35；Re 0.03～0.06；N≤0.015；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％，Re为Ce元素、La元素，或Ce、La的混合。

2.一种根据权利要求1所述的含Re无缝Cr-Mo-V型合金钢管的生产方法，无缝合金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→定径→热处理，其特征是：对于壁厚＜30mm的钢管热处理采用正火+回火工艺，正火加热温度为980～1020℃，保温时间为2.0min/mm，总保温时间不小于30min；回火温度为730～750℃，保温时间不小于1h，然后在静止空气中冷却；对于壁厚≥30mm的钢管热处理采用淬火+回火工艺，淬火温度为950～990℃，回火温度为730～750℃，保温时间不小于1h，然后在静止空气中冷却。