CN103320696A - 一种低合金耐热钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合金材料制造的技术领域，尤其是涉及一种低合金耐热钢板及其制造方法。本发明的低合金耐热钢板及其制造方法，钢板包括重量百分比计的下述组分：碳0.08～0.16%，硅0.15～0.40%，锰0.40～0.70%，磷≤0.015%，硫≤0.010%，铬0.90～1.20%，钼0.20～0.35%，钒0.15～0.30%，余量为铁和不可避免的杂质。本钢板采用转炉冶炼，LF＋VD或RH炉外精炼、板坯连铸、板坯堆垛缓冷及再加热、高压水除磷及板坯轧制、钢板堆垛缓冷、正火＋回火等工艺生产。本钢板具有良好的常温、高温性能等，保证了钢板在高温环境中使用的安全性。本钢板主要用于制作电站锅炉中工作温度540～640℃的钢结构件，如端盖、吊耳、联箱、省煤气器梁、蒸汽管道、过热器、再热管等。
Description
技术领域
本发明属于合金材料制造的技术领域，尤其是涉及一种低合金耐热钢板及其制造方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展，电力供需矛盾日益突出，各地纷纷相继建立了许多大型电站。发电主要有火力发电、水电、核电等，而火力发电则占全部发电量的70%，电站锅炉用低合金耐热钢板的需求量大幅增加。
电站锅炉用低合金耐热钢板长期在高温环境中使用，要求钢板要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。因此要求所用钢板必须有优良的综合性能，对钢质的纯净度、内部质量、高温下的高强韧性能、抗变形能力等指标具有严格的要求。生产过程中要求降低磷、硫含量，A类、C类、D类非金属夹杂物级别不大于2.0级、合理的化学成分设计和严格的热处理工艺，因此生产过程具有较高的难度。目前，电站锅炉用的高质量低合金耐热钢板及其制造方法各种文献还没有记载。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低合金耐热钢板，它具有良好的常温拉伸性能、高温拉伸性能等指标，本发明还提供了生产低合金耐热钢板的制造方法，该法采用转炉冶炼、正火加回火热处理，使钢具有良好稳定的组织性能，焊接性能、冷热加工性能。
本发明的技术方案是：
一种低合金耐热钢板，包括重量百分比计的下述组分：碳0.08～0.16%，硅0.15～0.40%，锰0.40～0.70%，磷≤0.015%、硫≤0.010%，铬0.90～1.20%，钼0.20～0.35%，钒0.15～0.30%，余量为铁和不可避免的杂质。
优选地：所述钢板中包括重量百分比计的下述组分：碳0.10～0.14%，硅0.15～0.35%，锰0.45～0.65%，磷≤0.015%、硫≤0.010%，铬0.90～1.10%，钼0.25～0.35%，钒0.15～0.25%，余量为铁和不可避免的杂质。
优选地：所述钢板中包括重量百分比计的下述组分：碳0.12%，硅0.25%，锰0.55%，磷0.010%、硫0.003%，铬1.05%，钼0.30%，钒0.20%，余量为铁和不可避免的杂质。
一种低合金耐热钢板的制造方法，包括1）铁水预处理步骤、2）转炉冶炼及脱氧合金化步骤、3）精炼步骤、4）板坯连铸步骤、5）板坯堆垛缓冷及再加热步骤、6）高压水除磷及板坯轧制连铸坯步骤、7）钢板堆垛缓冷步骤、8）热处理步骤，其特征在于：所述钢板厚度为10～80mm，所述2）转炉冶炼及脱氧合金化步骤中，冶炼终点碳含量为0.06～0.10％，P≤0.008％，双挡渣出钢，均为重量百分比；出钢温度为1600-1630℃；脱氧合金化中，出钢后在CAS吹氩时间10～20min；在所述3）精炼步骤中，于LF精炼炉中进行深脱硫，根据检验的化学成分，加入相应合金，调至要求的目标值，在VD或RH炉进行真空脱气处理，保真空15～20min，处理结束后喂钙铁线，软吹氩时间15～20min。
所述1）铁水预处理步骤中：包括使其中硫脱至0.002～0.005%，经过KR深脱硫预处理且扒渣后铁水亮面大于90％，铁水温度1250～1350℃，铁水中砷（As）≤0.006%，均为重量百分比。
所述4）板坯连铸步骤中：连铸拉速0.8～1.5m/min，全氩气保护浇铸，过程增氮不大于0.0015%。
所述5）板坯堆垛缓冷及再加热步骤中：对连铸坯堆垛缓冷48～96小时之后进行加热，加热时间按照8-10min/cm，加热后出炉温度控制在1120-1180℃。
所述6）高压水除磷及板坯轧制连铸坯步骤中，包括加热后进行高压水除磷，开轧温度1050～1160℃，采取高温、低速大压下的轧制制度，道次压下率≥8%，中间坯厚度不小于1.5倍成品厚度，终轧温度900℃～950℃。
所述8）热处理步骤为正火加回火处理，具体步骤为：正火温度850～950℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，任何情况下不能少于30min，保温时间10～20min；回火温度600～780℃，在炉时间1.0～3.0min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间10～20min，钢板出炉后空冷。优选地：具体步骤为：正火温度890～930℃，在炉时间1.5～2.5min/mm，任何情况下不能少于30min，保温时间12～18min；回火温度680～760℃，在炉时间1.5～2.5min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间12～18min，钢板出炉后空冷。
一种低合金耐热钢板的制造方法，其详细步骤如下：
1）铁水预处理步骤：铁水预处理中包括使其中硫脱至0.002-0.005%，经过KR深脱硫预处理且扒渣后铁水亮面大于90％，铁水温度1250～1350℃，铁水中砷（As）≤0.006%；
2）转炉冶炼及脱氧合金化步骤：冶炼终点碳含量目标为0.06～0.10％，P≤0.008％，钼铁随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；脱氧合金化，出钢后在CAS吹氩时间10～20min，依次加入铬铁、硅锰合金、铝锰铁、钒铁进行合金化，出钢温度目标为1600-1630℃；
3）精炼：LF采用早期造白渣方式，根据检验的化学成分，加入相应合金，调至要求的目标值，VD或RH真空处理：真空度0.6～1.5mbar，保真空时间15～20分钟，后喂钙铁线，喂线后吹氩时间15～20分钟；
4）板坯连铸：连铸拉速0.8-1.5m/min，全氩气保护浇铸，过程增氮不大于0.0015%；
5）板坯堆垛缓冷及再加热：对连铸坯堆垛缓冷48～96小时之后进行加热，加热时间按照8-10min/cm，加热后出炉温度控制在1120～1180℃；
6）高压水除磷及板坯轧制连铸坯：连铸坯加热后进行高压水除磷，开轧温度1050～1160℃，采取高温、低速大压下的轧制制度，道次压下率≥8%，中间坯厚度不小于1.5倍成品厚度，终轧温度900～950℃；
7）钢板堆垛缓冷：钢板轧后采用堆垛缓冷工艺，保证钢中氢的析出和微观组织的均匀化；
8）热处理工艺：热处理工艺为正火加回火，正火温度850～950℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，任何情况下不能少于30min，保温时间10～20min；回火温度600～780℃，在炉时间1.0～3.0min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间10～20min，钢板出炉后空冷。
优选地，热处理工艺中：正火的具体步骤为：正火温度890～930℃，在炉时间1.5～2.5min/mm，任何情况下不能少于30min，保温时间12～18min；回火温度680～760℃，在炉时间1.5～2.5min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间12～18min，钢板出炉后空冷。
低合金耐热钢板用于制作电站锅炉中工作温度540～640℃的钢结构件，如端盖、吊耳、联箱、省煤气器梁、蒸汽管道、过热器、再热管等。
本发明的有益效果在于：本发明公开了一种厚度为10-80mm的低合金耐热钢板及其制造方法。本钢板具有良好的常温拉伸性能、高温拉伸性能等力学性能指标，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、冷热加工性、焊接性和组织稳定性，从而保证了钢板在高温环境中使用的安全性。本发明的制造方法，在现有设备条件下采用转炉冶炼，冶炼过程严格控制非金属夹杂物，实现了洁净钢的生产。本发明的低合金耐热钢板，具有稳定的组织性能，其中，屈服强度≥290 N/mm2，抗拉强度460～580 N/mm2，-20℃低温冲击功≥80J，500℃时屈服强度Rp0.2≥200 N/mm2，钢板的碳当量Ceq≤0.60%。本钢板主要用于制作电站锅炉中工作温度540～640℃的钢结构件，如端盖、吊耳、联箱、省煤气器梁、蒸汽管道、过热器、再热管等。
附图说明
图1为本发明实施例1的钢板（厚度1/4处，200倍）金相组织照片。
图2为本发明实施例2的钢板（厚度1/4处，200倍）金相组织照片。
图3为本发明实施例3的钢板（厚度1/4处，200倍）金相组织照片。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
实施例1：生产钢板的厚度为80mm。
低合金耐热钢板的制造方法，步骤如下：
1）铁水预处理步骤：采用KR铁水预处理脱硫，处理后硫含量0.003%，铁水温度1269℃，砷含量0.002%。
2）转炉冶炼及脱氧合金化步骤：转炉冶炼：终点碳含量目标为0.08％，P：0.006％，S：0.005%，出钢温度目标为1620℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；钼铁随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；依次加入铬铁、硅锰合金、铝锰铁、钒铁进行合金化，出钢过程吹氩时间14分钟。
3）精炼： LF精炼：到站温度1532℃，出站温度1652℃；加热时间30min，处理周期58min，根据检验化学成分，Cr含量为0.89%，低于目标值 1.05%，加入铬铁3kg/t，处理结束前取样再次检验成分合格；VD精炼：保真空时间15min，真空度0.6mbar；VD后喂钙铁线后软吹氩20min，软吹过程钢液面无裸露。
4）板坯连铸：拉速为1.0m/min，全氩气保护浇铸；连铸坯下线冷却68小时，连铸坯厚度为270mm。
5）板坯堆垛缓冷及再加热：加热时间245分钟，出炉温度1154℃。
6）高压水除磷及板坯轧制连铸坯：开轧温度：1060℃，终轧温度：950℃；
7）钢板堆垛缓冷：钢板轧后采用堆垛缓冷工艺，保证钢中氢的析出和微观组织的均匀化。
8）热处理工艺：正火工艺：加热温度900℃，在炉时间160min，保温时间17min，回火温度710℃，在炉时间160min,回火保温时间18min，钢板出炉后空冷。
熔炼分析得到钢板的化学成分为（重量百分数）：碳（C）0.14%，硅（Si）0.35%，锰（Mn）0.65%，磷（P）0.010%、硫（S）0.003%，铬（Cr）1.15%，钼（Mo）0.30%，钒（V）0.22%，余量为铁和不可避免的杂质，生产钢板的厚度为80mm，可用于制作电站锅炉中工作温度540～640℃的钢结构件，如端盖、吊耳、联箱、省煤气器梁、蒸汽管道、过热器、再热管等。
实施例2：生产钢板的厚度为10mm。
低合金耐热钢板的制造方法，步骤如下：
1）铁水预处理步骤：采用KR铁水预处理脱硫，处理后硫含量0.002%，铁水温度1250℃，砷含量0.001%。
2）转炉冶炼及脱氧合金化步骤：转炉冶炼：终点碳含量为0.08％，P：0.006％，S：0.005%，出钢温度为1620℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；钼铁随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；依次加入铬铁、硅锰合金、铝锰铁、钒铁进行合金化，出钢过程吹氩时间15分钟。
3）精炼：LF精炼：到站温度1534℃，出站温度1655℃；加热时间30min，处理周期57min，根据检验化学成分，各成分达到目标值，不需要再进行成分微调，处理结束前取样再次检验成分合格；VD精炼：保真空时间15min，真空度0.6mbar；VD后喂钙铁线后软吹氩18min，软吹过程钢液面无裸露。
4）板坯连铸：拉速为1.0m/min，全氩气保护浇铸；连铸坯下线冷却56小时，连铸坯厚度为270mm。
5）板坯堆垛缓冷及再加热：加热时间240分钟，出炉温度1156℃。
6）高压水除磷及板坯轧制连铸坯：开轧温度：1062℃，终轧温度：930℃；
7）钢板堆垛缓冷：钢板轧后采用堆垛缓冷工艺，保证钢中氢的析出和微观组织的均匀化。
8）热处理工艺：正火工艺：加热温度930℃，在炉时间30min，保温时间15min，回火温度750℃，在炉时间30min,回火保温时间18min，钢板出炉后空冷。
熔炼分析得到钢板的化学成分为（重量百分数）：碳（C）0.10%，硅（Si）0.20%，锰（Mn）0.45%，磷（P）0.012%、硫（S）0.005%，铬（Cr）0.95%，钼（Mo）0.28%，钒（V）0.20%，余量为铁和不可避免的杂质，生产钢板的厚度为10mm，可用于制作电站锅炉中工作温度540～640℃的钢结构件，如端盖、吊耳、联箱、省煤气器梁、蒸汽管道、过热器、再热管等。
实施例3：本实施例所涉及的钢板厚度为40mm。
低合金耐热钢板的制造方法，步骤如下：
1）铁水预处理步骤：采用KR铁水预处理脱硫，处理后硫含量0.003%，铁水温度1256℃，砷含量0.001%。
2）转炉冶炼及脱氧合金化步骤：转炉冶炼：终点碳含量为0.08％，P：0.006％，S：0.005%，出钢温度1625℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；钼铁随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；依次加入铬铁、硅锰合金、铝锰铁、钒铁进行合金化，出钢过程吹氩时间16分钟。
3）精炼：LF精炼：到站温度1535℃，出站温度1656℃；加热时间30min，处理周期58min，根据检验化学成分，各成分达到目标值，不需要再进行成分微调，处理结束前取样再次检验成分合格；RH精炼：保真空时间15min，真空度0.6mbar；RH后喂钙铁线后软吹氩18min，软吹过程钢液面无裸露。
4）板坯连铸：拉速为1.0m/min，全氩气保护浇铸；连铸坯下线冷却70小时，连铸坯厚度为270mm。
5）板坯堆垛缓冷及再加热：加热时间250分钟，出炉温度1160℃。
6）高压水除磷及板坯轧制连铸坯：开轧温度：1066℃，终轧温度：930℃；
7）钢板堆垛缓冷：钢板轧后采用堆垛缓冷工艺，保证钢中氢的析出和微观组织的均匀化。
8）热处理工艺：钢板正火工艺：加热温度910℃，在炉时间80min，保温时间16min，回火温度730℃，在炉时间80min,回火保温时间17min，钢板出炉后空冷。
熔炼分析得到钢板的化学成分为（重量百分数）：熔炼分析得到钢板的化学成分为（重量百分数）：碳（C）0.12%，硅（Si）0.25%，锰（Mn）0.55%，磷（P）0.011%、硫（S）0.003%，铬（Cr）1.05%，钼（Mo）0.30%，钒（V）0.20%，余量为铁和不可避免的杂质，生产钢板的厚度为40mm，可用于制作电站锅炉中工作温度540～640℃的钢结构件，如端盖、吊耳、联箱、省煤气器梁、蒸汽管道、过热器、再热管等。
上述三个实施例具体性能见表1-3。
表1 钢板常温拉伸性能
| 实施例 | 钢板厚度，mm | 屈服强度Rel, N/mm2 | 抗拉强度Rm，N/mm2 | 延伸率A，% |
| 实施例2 | 10 | 390 | 560 | 30 |
| 实施例3 | 40 | 350 | 550 | 31 |
| 实施例1 | 80 | 340 | 520 | 33 |
冲击试验：在-20℃进行低温冲击试验，冲击试样尺寸为10×10×55mm，冲击试验采用V型缺口，冲击试验结果如表2所示。
表2 钢板-20℃ V型冲击试验结果
表3钢板500℃高温拉伸性能
| 实施例 | 钢板厚度，mm | Rp0.2, N/mm2 | Rm，N/mm2 |
| 实施例2 | 10 | 285 | 470 |
| 实施例3 | 40 | 260 | 455 |
| 实施例1 | 80 | 230 | 415 |
钢板b=2a,180°d=3a冷弯未裂，合格。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低合金耐热钢板，包括重量百分比计的下述组分：碳0.08～0.16%，硅0.15～0.40%，锰0.40～0.70%，磷≤0.015%、硫≤0.010%，铬0.90～1.20%，钼0.20～0.35%，钒0.15～0.30%，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低合金耐热钢板，其特征在于，包括重量百分比计的下述组分：碳0.10～0.14%，硅0.15～0.35%，锰0.45～0.65%，磷≤0.015%、硫≤0.010%，铬0.90～1.10%，钼0.25～0.35%，钒0.15～0.25%，余量为铁和不可避免的杂质；优选地，所述钢板中包括重量百分比计的下述组分：碳0.12%，硅0.25%，锰0.55%，磷0.010%、硫0.003%，铬1.05%，钼0.30%，钒0.20%，余量为铁和不可避免的杂质。
3.一种如权利要求1所述的低合金耐热钢板的制造方法，包括1）铁水预处理步骤、2）转炉冶炼及脱氧合金化步骤、3）精炼步骤、4）板坯连铸步骤、5）板坯堆垛缓冷及再加热步骤、6）高压水除磷及板坯轧制连铸坯步骤、7）钢板堆垛缓冷步骤、8）热处理步骤，其特征在于：所述钢板厚度为10～80mm，所述2）转炉冶炼及脱氧合金化步骤中，冶炼终点碳含量为0.06～0.10％，P≤0.008％，双挡渣出钢，均为重量百分比；出钢温度为1600-1630℃；脱氧合金化中，出钢后在CAS吹氩时间10～20min；在所述3）精炼步骤中，于LF精炼炉中进行深脱硫，根据检验的化学成分，加入相应合金，调至要求的目标值，在VD或RH炉进行真空脱气处理，保真空15～20min，处理结束后喂钙铁线，软吹氩时间15～20min。
4.根据权利要求3所述的低合金耐热钢板的制造方法，其特征在于：所述1）铁水预处理步骤中：包括使其中硫脱至0.002-0.005%，经过KR深脱硫预处理且扒渣后铁水亮面大于90％，铁水温度1250～1350℃，铁水中砷（As）≤0.006%，均为重量百分比。
5.根据权利要求3所述的低合金耐热钢板的制造方法，其特征在于：所述4）板坯连铸步骤中：连铸拉速0.8-1.5m/min，全氩气保护浇铸，过程增氮不大于0.0015%。
6.根据权利要求3所述的低合金耐热钢板的制造方法，其特征在于：所述5）板坯堆垛缓冷及再加热步骤中：对连铸坯堆垛缓冷48～96小时之后进行加热，加热时间按照8-10min/cm，加热后出炉温度控制在1120-1180℃。
7.根据权利要求3所述的低合金耐热钢板的制造方法，其特征在于：所述6）高压水除磷及板坯轧制连铸坯步骤中，包括加热后进行高压水除磷，开轧温度1050～1160℃，采取高温、低速大压下的轧制制度，道次压下率≥8%，中间坯厚度不小于1.5倍成品厚度，终轧温度900℃～950℃。
8.根据权利要求3所述的低合金耐热钢板的制造方法，其特征在于：所述8）热处理步骤为正火加回火处理，具体步骤为：正火温度850～950℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，任何情况下不能少于30min，保温时间10～20min；回火温度600～780℃，在炉时间1.0～3.0min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间10～20min，钢板出炉后空冷；优选地：具体步骤为：正火温度890～930℃，在炉时间1.5～2.5min/mm，任何情况下不能少于30min，保温时间12～18min；回火温度680～760℃，在炉时间1.5～2.5min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间12～18min，钢板出炉后空冷。
9.根据权利要求3所述的低合金耐热钢板的制造方法，其详细步骤如下：
1）铁水预处理步骤：铁水预处理中包括使其中硫脱至0.002-0.005%，经过KR深脱硫预处理且扒渣后铁水亮面大于90％，铁水温度1250～1350℃，铁水中砷（As）≤0.006%；
2）转炉冶炼及脱氧合金化步骤：冶炼终点碳含量目标为0.06～0.10％，P≤0.008％，钼铁随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；脱氧合金化，出钢后在CAS吹氩时间10～20min，依次加入铬铁、硅锰合金、铝锰铁、钒铁进行合金化，出钢温度目标为1600-1630℃；
3）精炼：LF采用早期造白渣方式，根据检验的化学成分，加入相应合金，调至要求的目标值，VD或RH真空处理：真空度0.6～1.5mbar，保真空时间15～20 min，后喂钙铁线，喂线后吹氩时间15～20min；
4）板坯连铸：连铸拉速0.8-1.5m/min，全氩气保护浇铸，过程增氮不大于0.0015%；
5）板坯堆垛缓冷及再加热：对连铸坯堆垛缓冷48～96小时之后进行加热，加热时间按照8-10min/cm，加热后出炉温度控制在1120～1180℃；
6）高压水除磷及板坯轧制连铸坯：连铸坯加热后进行高压水除磷，开轧温度1050～1160℃，采取高温、低速大压下的轧制制度，道次压下率≥8%，中间坯厚度不小于1.5倍成品厚度，终轧温度900～950℃；
7）钢板堆垛缓冷：钢板轧后采用堆垛缓冷工艺，保证钢中氢的析出和微观组织的均匀化；
8）热处理工艺：热处理工艺为正火+回火，正火温度850～950℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，任何情况下不能少于30min，保温时间10～20min；回火温度600～780℃，在炉时间1.0～3.0min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间10～20min，钢板出炉后空冷；优选地，正火的具体步骤为：正火温度890～930℃，在炉时间1.5～2.5min/mm,任何情况下不能少于30min，保温时间12～18min；回火温度680～760℃，在炉时间1.5～2.5min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间12～18min，钢板出炉后空冷。
10.如权利要求1所述的低合金耐热钢板用于制作电站锅炉中工作温度540～640℃的钢结构件，如端盖、吊耳、联箱、省煤气器梁、蒸汽管道、过热器、再热管。
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