CN103938107A

CN103938107A - F91高耐热钢及其冶炼方法

Info

Publication number: CN103938107A
Application number: CN201410169350.0A
Authority: CN
Inventors: 俞荣新; 张庭超; 祖宇伟
Original assignee: ZHEJIANG DALONG ALLOY STEEL CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG DALONG ALLOY STEEL CO Ltd
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2014-07-23

Abstract

本发明公开了F91高耐热钢及其冶炼方法。F91高耐热钢其化学成分(Wt/％)：C0.08～0.12、Mn0.30～0.50、P≤0.008、S≤0.008、Si0.20～0.50、Ni≤0.40、Cr8.00～9.50、Mo0.85～1.05、Nb0.08～0.10、V0.18～0.25、N0.03～0.07，Al≤0.04，其余为Fe。冶炼方法：EAF(电弧炉)冶炼、VODC真空精炼。该钢材含P量特别低，具有冲击韧性好、偏析小、性能稳定，耐热性能好、强度高、抗耐疲劳性能好的一种新型超低磷的耐热钢材，可满足制造大功率气轮发电机等的用材，为燃气轮发电机制造技术和性能的提升起到了关键性的作用。

Description

F91高耐热钢及其冶炼方法

技术领域：

本发明系冶金技术领域，具体的说是涉及F91高耐热钢及其冶炼方法。

背景技术：

当前我国大力发展高效、节能、大功率发电行业，其大型汽轮机、燃汽轮机等重要关键件：转轴、齿盘、连杆及高能锅炉用管道、弯头、接管等，原来采用1Cr12Mo，1C12MoV等材料仅适用于临界，亚临界状态，而国家100万级、130万级超临界、超超临界电机及锅炉用材料迫切需要开发。而对于这类钢的冶炼，控制P(磷)的超低P含量是最关键。磷是钢中有害杂质元素。它能使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性。因此一般控制其含量不大于0.06％，而优质钢中磷要求0.03-0.04％以下。磷能和铁形成固溶体，当磷含量较大时，将以磷化铁夹杂物形式存在，易于偏析，从而使钢的冷脆敏感性、回火脆性及焊接裂纹敏感性增加.降低了钢的韧性。因此，冶炼出高品质超低P含量的耐热钢，可以成功解决当今大功率发电行业急需用耐热钢的用材问题。

发明内容：

本发明的目的在于通过对原来1Cr12Mo、1Cr12MoV等材料的成分优化，冶炼方法的改进，研制出超低含P(≤0.008％)量的F91高耐热钢，用于大功率发电行业的大型汽轮机、燃汽轮机等重要关键零部件的制造。

F91高耐热钢其化学成分(Wt/％)：C0.08～0.12、Mn0.30～0.50、P≤0.008、S≤0.008、Si0.20～0.50、Ni≤0.40、Cr8.00～9.50、Mo0.85～1.05、Nb0.08～0.10、V0.18～0.25、N0.03～0.07，Al≤0.04，其余为Fe。

冶炼工艺：

一、EAF(电弧炉)冶炼：

1.配料：选择S、P均≤0.030％的优质废钢和纯净的Cr、Mo、Nb、V合金料；

2.熔化期：

开始首先加入1～2％FeO(铁矿石)，2％石灰作炉底铺底料；

熔化末期、氧化初期：当钢液温度1540～1560℃时，加入2.0～2.5％FeO和1.8％～2.5％的石灰，使钢液碱度在2～2.5时，加强吹O脱C，使脱C量≥0.40％，并不断让炉渣流淌，使P脱至0.002～0.003％；

3.在倒入VODC中间包之后，将炉渣扒净，以防在VODC精炼炉中冶炼时回P。

二、VODC真空精炼：

VOD阶段：真空度80～120mbr，吹氧速度550m³/h，抽真空时间1～1.5h，Ar流量5m³/h；C脱至0.10％以下；

VCD阶段：真空度≤1mbar，抽真空时间10～15分钟，Ar流量5m³/h；调整各成分至规定要求(除N外)；

VOH阶段：按钢水重量加入1％铝提高250℃计算，升温至1650～1670℃，吹氧速度500～600m³/h，真空度350～450mbar，Ar流量5m³/h；

VD阶段：真空度≤1mbar，抽真空时间12～15分钟，Ar流量5m³/h；真空精炼结束：钢水注入钢包内调整N至0.03～0.07％。

据研究在炼钢时，磷以氧化物P₂O₅的状态下存在，并且磷的氧化是在钢渣界面上进行，其反应式4/5[P]+2[O]＝2/5(P₂O₅)或4/5[P]+2(FeO)＝2/5(P₂O₅)+2Fe(液)，这种氧化物不很稳定，只有进入炉渣中才能除掉。F91高耐热钢的冶炼中，除了选用含P量低的优质废钢外，还采用了在开始时，在炉底铺入1～2％FeO(铁矿石)作底料，并且在冶炼中，增加吹氧量，脱磷是氧化反应，提高钢中O和渣中FeO有利于脱磷，使得钢水中的磷充分氧化成为P₂O₅进入炉渣。为了使生成的P2O5稳定存在于渣中利于去除，采用提高炼钢炉渣的碱度，在炉底铺入2％石灰作底料，石灰的主要成分为氧化钙，使P₂O₅和CaO结合生成稳定的化合物3CaO·P₂O₅或4CaO·P₂O₅，其反应式：2[P]+5[O]+3(CaO)＝(3CaO·P₂O₅)或2[P]+5[O]+4(CaO)＝(4CaO·P₂O₅)，更有利于在去除炉渣时，将氧化物P₂O₅去除。在熔化期需不断让炉渣流淌，去净含有P₂O₅和其他杂质的炉渣，在钢水倒入VODC中间包之后，也应扒净含有P₂O₅的炉渣，以防在VODC精炼炉中冶炼时回P。

根据上述方案制造的F91高耐热钢，其含P量特别低，它具有冲击韧性好、偏析小、性能稳定，耐热性能好、强度高、抗耐疲劳性能好的一种新型超低磷的耐热钢材，可满足制造大功率气轮发电机等的用材，为燃气轮发电机制造技术和性能的提升起到了关键性的作用。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明作进一步的描述。

(一)化学成分优化

与原来的1Cr12Mo材料比较，C从原来的0.10～0.15％优化为C0.08～0.12％；Si从原来的≤0.50％优化至0.20～0.50％；Mo从原来的0.30～0.60％优化为0.85～1.05％；P从原来的≤0.035％优化为≤0.008％；S从原来的≤0.030％优化为≤0.008％；Cr从原来的11.0～13.0％优化为8.00～9.50％；Ni从原来的0.30～0.60％优化为≤0.40％；新增添Nb0.08～0.10％；V0.18～0.25％；N0.03～0.07％；控制Al≤0.04％。

(二)冶炼

一、EAF(电弧炉)冶炼：

1、配料：选择S、P均≤0.030％的优质废钢和纯净的Cr、Mo、Nb、V合金料；

2、在EAF电弧炉冶炼：

开始首先加入1～2％FeO(铁矿石)，2％石灰作炉底铺底料；

3、在倒入VODC中间包之后，将炉渣扒净，以防在VODC精炼炉中冶炼时回P。

三、VODC真空精炼

VOD阶段：真空度80～120mbr，吹氧速度550m³/h，抽真空时间1～1.5h，Ar流量5m³/h，C至0.12～0.15％；

VCD阶段：真空度≤1mbr，抽真空时间10～15分钟，Ar流量5m³/h；调整各成分至规定(除N外)；

VOH阶段：按钢水重量加入1％铝提高250℃计算，升温至1650～1670℃，吹氧速度500～600m³/h，真空度350～450mbr，Ar流量5m³/h；

VD阶段：真空度≤1mbr，抽真空时间12～15分钟，Ar流量5m³/h。

4、出钢：当钢水温度1600℃转入钢包，并在钢包内加入1.5～2.5kg/t硅钙脱氧剂进行终脱氧.钢水入包后调整N至0.03～0.07％。

5、浇注：浇注前钢包镇静大于4分钟，浇注时氩气保护，浇注温度1580℃，浇注速度6～7mm/s。

6、模冷：模冷时间T(h)＝35R²(米)×1.2，再脱模。

7、退火：脱模后及时退火，退火工艺为730℃×2.5～3.00分钟/毫米，保温后炉冷至≤300℃空冷。

测试结果化学成分比较(Wt/％)

从以上测试结果中可以看出，F91高耐热钢不但优化了原先1Cr12Mo的化学成分，其含P量大大降低至0.008％。成为超低P马氏体耐热钢，大大提高了电站用钢在超临界、超超临界、高温、高压下的热疲劳性能，提高了装备的可靠性和使用寿命，满足了国家现代工业发展的要求。

Claims

1.F91高耐热钢，其特征在于化学成分按重量百分比：C0.08～0.12、Mn0.30～0.50、P≤0.008、S≤0.008、Si0.20～0.50、Ni≤0.40、Cr8.00～9.50、Mo0.85～1.05、Nb0.08～0.10、V0.18～0.25、N0.03～0.07、Al≤0.04，其余为Fe。

2.如权利要求1所述F91高耐热钢的生产工艺，其特征在于冶炼方法：

在EAF电弧炉冶炼：

冶炼前先用1～2％FeO，2％石灰放入炉内铺底；

在倒入VODC中间包之后，将炉渣扒净，以防在VODC精炼炉中冶炼时回P；

在VODC真空精炼：

VOD阶段：真空度80～120mbar，吹氧速度550m³/h，抽真空时间1～1.5h，Ar流量5m³/h，C至0.10％以下；

VCD阶段：真空度≤1mbar，抽真空时间10～15分钟，Ar流量5m³/h，调整各成分除N外至规定要求；

VD阶段：真空度≤1mbar.抽真空时间12～15分钟，Ar流量5m³/h钢水入包后调整N至0.03～0.07％。