CN104073739B - 一种耐热不锈钢无缝钢管及不锈钢与无缝钢管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐热不锈钢无缝钢管及不锈钢与无缝钢管的制造方法。无缝钢管及不锈钢的质量百分比为：C 0.03％～0.08%；0＜Si≤0.50%；0＜Mn≤0.50%；P＜0.020%；S＜0.020%；Cr 18.00%～25.00%；Ni 21.5%～31%；Cu 2.00～4.00％；N 0.10～0.35%；Nb 0.30~0.65%；W 1.0~5.0%；0＜Mo≤0.40%；Co 1.0~4.0%；B 0.003~0.009%；0＜Al≤0.04%。无缝钢管的制造方法：一、冶炼冶炼出奥氏体不锈钢；二、将钢水浇注成钢锭；三、管坯加工锻造钢锭，并加工中心通孔成管坯；四、挤压成毛管用扩孔+挤压的方法把管坯制成毛管；五、钢管深加工将毛管反复冷拉拔与酸洗制成成品。本发明的耐热不锈钢无缝钢管能满足700℃超超临界火电机组锅炉使用。
Description
一种耐热不锈钢无缝钢管及不锈钢与无缝钢管的制造方法。
技术领域
本发明涉及一种耐热不锈钢无缝钢管及不锈钢与无缝钢管的制造方法,特别是奥氏体耐热不锈钢无缝钢管及不锈钢与无缝钢管的制造方法。
背景技术
中国是目前世界最大的煤炭生产和消费国，也是世界上最大的二氧化碳排放国。为了应对气候变化，中国现在面临着巨大的二氧化碳减排压力。2013年中国煤炭消费量达36亿吨，其中用于燃煤发电的煤量约占全国总煤炭消费量的55%， 实际上， 燃煤火电是中国最大也是最集中的二氧化碳排放源。燃煤火电厂降低二氧化碳排放的可能技术途径中，最可行、经济、可靠的燃煤火电机组二氧化碳减排的途径就是提高发电效率。
对于火电机组，蒸汽参数越高，再热次数越多，给水温度越高，则效率越高。因此，现在火电机组提高效率的主要途径，就是提高蒸汽参数，发展超临界和超超临界机组。发展高参数高效率的超超临界机组，关键是材料。现在能够满足600℃ 蒸汽参数超超临界机组的合金铁素体（Ferrite）和合金奥氏体（Austenite ) 材料已经在现有600℃超超临界机组中得到大规模的应用。 为了进一步将机组的净效率提高到50% 以上， 就必须将蒸汽温度提高到700℃以上，这样，能够满足600℃ 蒸汽参数的铁素体合金和奥氏体合金材料已经不能满足要求，必须采用新型耐热材料。其中，电站锅炉管材料是火电机组中要求较高的部件，700℃超超临界火电机组锅炉管对高温材料的基本要求是包括：高温持久蠕变性能、耐高温腐蚀性能、长期组织稳定性、管内壁抗蒸汽氧化、良好的冷热加工工艺性能、良好的焊接性能、管外壁抗烟气腐蚀及抗飞灰冲蚀、低成本等。现有奥氏体耐热不锈钢无缝管性能较低，韧性、持久强度、抗氧化性和高温组织稳定性差，不能满足上述要求，为了满足这些苛刻的要求，需要开发一种新型的耐热奥氏体无缝管。
发明内容
为了克服现有奥氏体耐热不锈钢无缝管的上述不足，本发明提供一种具有高的韧性、持久强度、抗氧化性和高温组织稳定性，能够满足700℃超超临界火电机组锅炉用的奥氏体耐热不锈钢无缝管，同时提供该钢管的奥氏体不锈钢，并且提供一种该钢管的制造方法。
下面就本发明的奥氏体耐热不锈钢成分机理进行说明。
C 是奥氏体形成元素， C含量的提高可以减少奥氏体形成元素Ni 的含量，从而降低成本，因而C 含有量应在0. 03％以上。但是，当不锈钢的C 含量超过0.08％时，合金的韧性及焊接性降低。因此， C 含量限定为0.03～0.08％，优选的范围是0.05～0.07 %。
Si在炼钢时作为脱氧剂而添加的，但添加量过大，会使其焊接性能恶化，增加形成σ相的倾向，因此限定0～0.50%，优选的范围是0～0.30%。
Mn是作为熔炼时的脱氧、脱硫剂而添加的，是形成奥氏体的元素，并且可以改善其热加工性。若添加量过大，会影响到不锈钢的韧性。因此， Mn含量限定为0～0.50%，优选的范围是0.30～0.50%。
Cr 是保证锅炉受热面耐热腐蚀性所必需的重要元素。为了获得这一效果，Cr 的含量必须在18.00％以上，但其含量超过25.00％时，为了得到稳定的奥氏体组织和抑制高温长时之后有害相σ相的产生，必须增加Ni含量。因此， Cr 限定为18.00%～25.00% ，优选的范围是20.00%～22.00%。
Ni是典型的提高耐全面腐蚀性的奥氏体形成元素，在Cr、W、Nb等元素含量较高的情况下，为了保证奥氏体组织的稳定性。Ni含量不能低于21.5%；添加过量则导致制造成本太高，且容易形成连续的氧化铬层。因此，本发明中，Ni的含量为21.5%～31%，优选的范围是22.5%～25.0%。
Cu可提高不锈钢的耐蚀性，随着钢中Cu含量的增加，富铜相的弥散析出量增加，可以提高奥氏体不锈钢的蠕变断裂强度，但是Cu含量过高会使合金的热加工性能恶化。因此，本发明中，Cu的含量为2.00～4.00％，优选的范围是2.50～3.50％。
N 是奥氏体形成元素，是一种可以减少Ni 含量的元素，并且可以提高合金的高温强度及蠕变持久强度。但过量的N会使合金韧性恶化。因此，本发明中，N的含量为0.10～0.35%，优选的范围是0.20～0.30%。
Nb添加到合金中，可以形成Nb(C,N)产生沉淀强化作用，可以提高合金的蠕变强度，同时，二次析出的细小Nb(C,N)的对晶界的钉扎作用可以细化奥氏体晶粒，可以改善合金的耐高温蒸汽腐蚀性能。但是如果Nb含量过量，合金的焊接性能会急剧下降。因此，本发明中，Nb的含量为0.30~0.65%，优选的范围是0.40～0.55%。
W和Mo在合金中起到固溶强化的作用，可以明显提高合金的高温强度，但都会增加σ相的形成倾向。由于W的强化作用更为明显，为了达到该效果至少需要添加1.0%的W，同时Mo含量不高于0.4%。但是过高的W含量会降低合金的热加工性。因此，本发明中W的含量为1.0～5.0%，优选的范围是2.0～4.0%；Mo的含量为0～0.4%，优选的范围是0.15～0.30%。
Co起到固溶强化作用的同时可以抑制σ相的形成，从而提高合金的高温持久强度。但由于Co是战略合金，价格昂贵，要限制其添加量。因此，本发明中Co的含量为1.0～4.0%，优选的范围是2.0～3.0%。
B作为微量元素添加，可以起到强化晶界的作用，从而提高合金高温持久强度，但过高的B会使合金的热加工性和焊接性能下降。因此，本发明中B的含量为0.003～0.009%，优选的范围是0.005～0.007%。
Al可以在冶炼过程中起到脱氧的作用，然而过量的Al会促使σ相的产生，并且对焊接性不利。因此，本发明中Al的含量为0～0.04%，优选的范围是0.01～0.03%。
本奥氏体耐热不锈钢无缝管与奥氏体不锈钢的成分质量百分配比为：
C 0.03％～0.08%；0＜Si≤0.50%；0＜Mn≤0.50%；
P＜0.020%；S＜0.020%；Cr 18.00%～25.00%；
Ni 21.5%～31%；Cu 2.00～4.00％；N 0.10～0.35%；
Nb 0.30~0.65%；W 1.0~5.0%；0＜Mo≤0.40%；
Co 1.0~4.0%；B 0.003~0.009%；0＜Al≤0.04%；
其余为Fe及不可避免的杂质。
钢管的直径为Φ20.0mm～Φ90.0mm，长度不小于5000mm；
钢管的直径一般为Φ33.7mm～Φ63.0mm；
经不少于两次的轧制与退火钢管的力学性能达下述要求：
室温力学性能（20℃）：
Rp0.2≥310MPa，Rm≥758MPa，A≥50%，HRB不大于86。
高温力学性能（700℃）：
Rp0.2≥220MPa，Rm≥470MPa，A≥41%。
本奥氏体耐热不锈钢无缝管与奥氏体不锈钢的较佳成分质量百分配比为：
C 0.05％～0.07%； 0＜Si≤0.30%； Mn 0.30～0.50%；
P＜0.010%； S＜0.010%； Cr 20.00%～22.00%；
Ni 22.5%～25.0%； Cu 2.50～3.50％； N 0.20～0.30%；
Nb 0.40～0.55%； W 2.0～4.0%； Mo 0.15～0.30%；
Co 2.0～3.0%； B 0.005～0.007%； Al 0.01～0.03%；
其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明奥氏体耐热不锈钢无缝钢管的制造方法包括下述依次步骤：
一、冶炼
按照如下要求精选优质废钢：P≤0.025%，Cr12～25%，Ni7～20%，表面氧化皮去除率≥50%，除掉油污与非金属杂质，板材最小厚度≥15mm，方圆棒废钢断面直径（边长）≥30mm，表面无深度≥3mm的凹坑。
将优质废钢与低磷合金作为主原料，冶炼成奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢水的成分质量百分配比为：
C 0.03％～0.08%； 0＜Si≤0.50%； 0＜Mn≤0.50%；
P＜0.020%； S＜0.020%； Cr 18.00%～25.00%；
Ni 21.5%～31%； Cu 2.00～4.00％； N 0.10～0.35%；
Nb 0.30~0.65%； W 1.0~5.0%； 0＜Mo≤0.40%；
Co 1.0~4.0%； B 0.003~0.009%； 0＜Al≤0.04%；
其余为Fe及不可避免的杂质。
二、将钢水浇注成钢锭；
三、管坯加工
锻造钢锭，并加工中心通孔成管坯；
四、挤压成毛管
管坯经加热后，采用扩孔+挤压的方法制成钢毛管。
五、钢管深加工
将钢毛管冷拉拔或冷轧成荒管，荒管经退火、酸洗、再次冷轧和退火与酸洗制成成品。
详细讲，本发明奥氏体耐热不锈钢无缝钢管制造方法包括下述依次的主要步骤：
一、冶炼
经挑选的优质废钢与低磷合金由电炉融化成合金液，再经过AOD氩氧脱碳炉精炼成不锈钢钢水，由LF钢包精炼炉微调成分与温度后，钢水的成分质量百分数达到目标要求即可出钢。
二、将钢水浇注成钢锭
在钢包精炼炉保证渣流动性良好，粘度≤0.2泊的情况下，调温到浇注温度1520±10℃，钢包吊运至模注工序进行浇铸成钢锭。
三、管坯加工
A 加热
钢锭开坯过程中的钢锭均热，加热温度为：1200～1250℃，然后是初轧坯锻造前的加热，加热温度为：1200～1250℃。两个阶段的总加热时间不小于11个小时。
B 轧制或锻造
经初轧机开坯成初轧坯。开坯过程中开轧温度1200±10℃，终轧温度为1032±10℃，轧后无折迭、耳子表面缺陷。
加工初轧坯。初轧坯加热温度控制在1200～1230℃，初轧坯加热时间不小于2.5小时。
在轧制或锻造工序，将初轧坯轧制或锻造成棒材。开轧温度1150～1200℃，终轧温度：950～1030℃。锻造变形道次根据管坯规格确定，初始道次变形量30—36％。保证外直径尺寸规格（大小根据下工序挤压机的设备要求确定。）的同时，表面不得有折迭、拉条、耳子和严重的划伤缺陷。
C 管坯准备
将棒材采用深孔钻机加工中心通孔，机加工外圆至管坯目标尺寸，目标尺寸是管坯的外直径，内直径，长度，外直径是成品钢管的4～6倍，长是成品钢管的0.04～0.1倍，内直径是成品钢管的1～1.5倍；在其中一端面平头倒角加工喇叭口，喇叭口角度为33.5±5°，机加式后的管坯表面无裂纹、凹坑、黑皮、夹杂；
管坯是根据成品钢管的外径、壁厚、长度，按照延伸系数和成材率计算后选择管坯长度，将棒材采用深孔钻机加工中心通孔，机加工外圆至管坯目标尺寸。
四、挤压成毛管
A 环形炉加热制度
管坯加热，加热炉温：950℃±10℃
加热时间（按管坯壁厚设定）6～10min/cm
均热时间（按管坯壁厚设定）1.0～2.0min/cm。出炉后直接热送感应炉继续加热。（这是感应加热前的预热）
B 一次感应加热
一次感应线加热温度1180±10℃，加热段加热功率650～750KW，保温功率75～150KW，（坯料温度均匀、稳定后直接出炉。）整体加热均匀，避免内外表面温控不均匀现象。
C 扩孔
扩孔速率：200～220mm/s（扩孔变形量根据管坯中心孔的尺寸和挤压钢毛管尺寸来综合确定。）
D 二次感应加热
二次感应线加热目标温度1200±10℃，加热段功率加热功率300～400KW，保温功率0～100 KW，（坯料温度均匀、稳定后直接出炉。）整体加热均匀，避免内外表面温控不均匀现象。
E 挤压
挤压速率：100～120mm/s，挤压成钢毛管。
F 冷却
将钢毛管在20秒内入水冷却至室温。
五、钢管深加工
A 冷轧或冷拔
钢毛管经冷轧或冷拔冷加工后成荒管（尺寸的变形工序），冷变形量40～60％，制成荒管，生产过程中防止偏壁和划伤的产生。
B 中间工序退火
在冷加工制荒管脱脂后进行退火，退火温度为1200±20℃，保温时间根据壁厚确定（1.5～2min/mm），保温后出炉水冷到室温。
C 酸洗
荒管酸洗是采用HNO3+HF酸进行酸洗，酸洗溶液配比按照HNO3酸在15～20％范围，HF酸在1～5％范围控制。荒管酸洗后进行表面检查和清理，消除肉眼可见缺陷。
D 再次冷轧或冷拔
酸洗后荒管（根据成品钢管尺寸）至少一个道次冷轧或冷拔加工成成品钢管规格。
E 成品退火
固溶温度1180～1220℃，保温时间根据壁厚确定（壁厚2.5 ～3min/mm），保温后出炉水冷到室温。
F 成品酸洗
成品钢管酸洗是采用HNO3+HF酸进行酸洗，酸洗溶液配比按照HNO3酸在15～20％范围，HF酸在1～5％范围控制。成品钢管酸洗后，要求钢管内外表面不允许存在氧化皮、表面残酸、过酸、裂纹、裂缝、折叠、重皮、轧折、分层、发纹和较严重的划伤、撞伤缺陷。
上述的奥氏体耐热不锈钢无缝钢管制造方法，其步骤特征是：
在步骤一、冶炼时
AOD氩氧脱碳炉冶炼时，配气按流量区别共分8期，1～8期全程采用氧氮混合气体吹炼，1～3期顶枪流量占总流量的70%±5%，氮氧比3:2～5:1，脱碳速率为0.038～0.25%/min。4～8期顶枪吹氧停用，采用底枪氧氮混合气侧吹，氧氮比1:6～1:4。
另有预还原期和还原期。预还原期停氧纯吹氮，保证终点碳达目标，还原期吹氩，流量1.0～5.8NM3/min/t钢，进行控氮操作，将氮调整到2000～3000ppm范围内。
AOD出钢后，在LF钢包精炼炉精炼调整其他合金成分进入控制范围。
上述的奥氏体耐热不锈钢无缝钢管制造方法，其步骤特征是：
在步骤二、将钢水浇注成钢锭
钢锭规格为长2320±50mm，宽660±50mm，厚 520±50mm。便于生产。
考虑到P、S、Si等元素含量的进一步降低有利于提高合金的组织稳定性，Cu、Nb、W等析出强化元素含量进一步缩小至更窄范围的配比有利于使合金第二相的含量及分布达到最佳，B、N等晶界强化元素的进一步优化有利于提高合金在高温下的晶界强度，从而使合金的高温持久强度、抗氧化性得到进一步提高。
上述的本奥氏体耐热不锈钢无缝管的制造步骤一冶炼时，钢水的较佳成分质量百分配比：
C 0.05％～0.07%； 0＜Si≤0.30%； Mn 0.30～0.50%；
P＜0.010%； S＜0.010%； Cr 20.00%～22.00%；
Ni 22.5%～25.0%； Cu 2.50～3.50％； N 0.20～0.30%；
Nb 0.40～0.55%； W 2.0～4.0%； Mo 0.15～0.30%；
Co 2.0～3.0%； B 0.005～0.007%； Al 0.01～0.03%；
其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明提供出一种耐高温、耐高压、耐蒸汽腐蚀奥氏体不锈钢及其钢管与钢管的制造方法，本方法生产出的无缝钢管，具有良好的抗高温蠕变性能、优异的耐高温蒸汽腐蚀性能、好的抗热疲劳性能以及抗高温氧化性能等，适用于制作长期在高温、高压及腐蚀环境中使用的承压部件或者抗氧化部件，特别适合于高参数、大容量的超超临界火力发电锅炉中过热器和再热器。本发明的奥氏体不锈钢钢管的性能如下：
室温力学性能（20℃）：
本发明：Rp0.2≥310MPa，Rm≥758MPa，A≥50%，HRB不大于86。
对比钢种TP310HCbN 的ASTM A213最新版
Rp0.2≥295MPa，Rm≥655MPa，A≥30%，HRB不大于100。
高温力学性能（700℃）：
本发明：Rp0.2≥220MPa，Rm≥470MPa，A≥41%。
对比钢种TP310HCbN 的ASTM A213最新版
Rp0.2≥170-178MPa，Rm≥445-455MPa，A 36-45%。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。
奥氏体不锈钢实施例
本奥氏体不锈钢实施例的成分质量百分数为：
C 0.06% Si 0.10% Mn 0.40 % P 0.001% S 0.001%
Cr 21.00% Ni 23.5% Cu 3.0％ Mo 2.30% N 0.25%
Nb 0.5% W 3.0% Co 2.5% B 0.006% Al 0.02%，
其余为Fe及不可避免的杂质。
奥氏体不锈钢无缝钢管实施例
本奥氏体不锈钢无缝钢管实施例的规格为Ф51×10 mm，长12000mm，其成分质量百分数为：
C 0.06% Si 0.10% Mn 0.40 % P 0.001% S 0.001%
Cr 21.00% Ni 23.5% Cu 3.0％ Mo 2.30% N 0.25%
Nb 0.5% W 3.0% Co 2.5% B 0.006% Al 0.02%，
其余为Fe及不可避免的杂质。
室温力学性能（20℃）：
本实施例：Rp0.2＝401MPa，Rm＝764MPa，A＝51.2%，HRB＝85.5。
对比钢种TP310HCbN 的ASTM A213最新版
Rp0.2≥295MPa，Rm≥655MPa，A≥30%，HRB不大于100。
高温力学性能（700℃）：
本实施例：Rp0.2＝220MPa，Rm＝470MPa，A＝43%。
对比钢种TP310HCbN 的ASTM A213最新版
Rp0.2≥170-178MPa，Rm≥445-455MPa，A 36-45%。
无缝钢管制造方法实施例
本实施例制造的是上述奥氏体不锈钢无缝钢管实施例的奥氏体不锈钢无缝钢管，其主要制造步骤依次如下：
一、 冶炼
按照如下要求精选优质废钢：P≤0.025%，Cr12～25%，Ni7～20%，表面氧化皮去除率≥50%，除掉全部油污与非金属杂质，板材最小厚度≥15mm，方圆棒废钢断面直径（边长）≥30mm，表面不得存在深度≥3mm凹坑。经挑选的优质废钢与低磷合金由电炉融化成合金液，再经过AOD氩氧脱碳炉精炼成不锈钢钢水，由LF钢包精炼炉微调成分与温度后，钢水的成分质量百分数达到目标要求即可出钢。
在AOD氩氧脱碳炉冶炼时，配气按流量区别共分8期，另有预还原期和还原期。1～8期全程采用氧氮混合气体吹炼，1～3期顶枪流量占总流量的70%±10%，氧流量1.8NM3/min/t钢，氮流量4.2 NM3/min/t钢，脱碳速率0.038-0.25%/min。4～8期顶枪停用，采用底枪侧吹，氧流量1.3NM3/min/t钢，氮流量5.9 NM3/min/t钢。预还原期停氧纯吹氮，保证终点碳达钢种要求，还原期吹氩进行控氮操作，流量2NM3/min/t钢，将氮调整到2000～2300ppm范围内。AOD出钢后，在LF钢包精炼炉精炼调整其他合金成分进入控制范围。钢水的成分质量百分数达下述要求即可出钢模注，
C 0.06%； Si 0.10%； Mn 0.40 %； P 0.001%； S 0.001%；
Cr 21.00%； Ni 23.5%； Cu 3.0％； Mo 2.30%； N 0.25%；
Nb 0.5%； W 3.0%； Co 2.5%； B 0.006%； Al 0.02%；
其余为Fe及不可避免的杂质。
二、将钢水浇注成钢锭
在钢包精炼炉保证渣流动性良好（粘度≤0.2泊）的情况下，调温到浇注温度1525℃，然后钢包吊运至模注工序进行浇铸，出钢，钢水模注成5.8吨钢锭。钢锭规格为520×660×2320mm。
三、管坯加工
A 加热
在均热炉中钢锭进行14个小时的加热，先钢锭均热然后是初轧坯锻造前的加热，加热过程中均热温度按照1200～1250℃控制，保证了钢锭烧均烧透。
B 锻造
经Φ1000mm初轧机开坯成4002mm初轧坯。开坯过程中开轧温度1200℃，终轧温度为1032℃，轧后无折迭、耳子等表面缺陷。
加工后初轧坯尺寸为400mm×400 mm×3500～3700 mm。在连续推钢加热炉中将初轧坯加热，加热温度控制在1200～1220℃，总加热时间为5小时30分。
加热后在1800t径锻机上经过6个道次锻造成Φ235mm棒材，头道次锻造变形量为35％，开锻温度为1160℃，终轧温度为1025℃，锻后棒材表面无折迭、拉条、耳子和严重的划伤等缺陷。锻造成棒材之后，锯切成尺寸为Φ219mm×6000～8000mm的棒料。
C 管坯准备
根据成品尺寸规格Ф51 mm×10mm×10M，将棒料采用深孔钻机加工成Ф40mm中心通孔，在其中一端面平头倒角加工喇叭口，喇叭口角度为33.5°，机加工后的管坯表面不得有裂纹、凹坑、黑皮、夹杂。
四、挤压成毛管
A 环形炉加热
管坯通过环形炉加热3小时至950℃，加热时间80min；均热时间15min。出炉后直接热送至感应加热炉。
B 一次感应加热
通过一次感应加热至1180℃，加热段加热功率700KW，保温功率120 KW。
C 扩孔
整体加热均匀后将内孔扩至Ф80mm，扩孔速率为200mm/s。
D 二次感应加热
通过二次感应线加热至1200℃，加热段功率加热功率380KW，保温功率85 KW；
E 挤压
挤压成Ф108mm×20mm的钢毛管，挤压速率为110mm/s。
F 水冷
钢毛管立即入水冷却至室温。
五、钢管深加工
A 冷轧
将钢毛管经酸洗和修磨后，进行一道冷轧，尺寸由Ф108 mm×20 mm变成Ф76mm×14mm，制成荒管，生产过程中防止偏壁和划伤的产生。
B 中间工序退火
将荒管脱脂后进行中间工序退火，温度为1200℃，保温时间为40分钟，立即水冷到室温。
C 酸洗
荒管酸洗是采用HNO3+HF酸进行酸洗，酸洗溶液配比按照HNO3酸16％，HF酸3％。荒管酸洗后可进行表面检查和清理，消除肉眼可见缺陷。
D 再次冷轧或冷拔
酸洗后荒管再经过一个道次冷轧至成品规格Ф51 mm×10mm的钢管。生产过程中防止偏壁和划伤的产生。
E 成品退火
固溶温度1200℃，保温时间30min，保温后出炉水冷到室温。
F 成品酸洗
钢管经过矫直、锯切为10m长的钢管、酸洗（所用酸与钢管酸洗的酸相同）、检验后包装入库。成品钢管酸洗后，要求钢管内外表面不允许存在氧化皮、表面残酸、过酸、裂纹、裂缝、折叠、重皮、轧折、分层、发纹和较严重的划伤、撞伤缺陷。
六、性能
本实施例的力学性能与现有钢管的常温力学性能的对比见表1。
表1
通过表1可以看到，试验钢常规性能与传统高压锅炉用不锈钢材料TP347H、TP310HCbN相比，具有高的室温屈服强度和室温抗拉强度，良好的屈强比，适合用于承压部件。
本实施例的力学性能与现有钢管的高温力学性能的对比见表2，表2中分别是在600℃、650℃、700℃下对本实施例的钢管进行了高温短时拉伸性能测定。
表2
通过对比可以看到，试验钢在不同试验温度下的屈服强度均高于TP347H及TP310HCbN，按照许用应力值是按大于该温度下屈服强度的662/3%设计，试验钢具有更高的许用应力。
在本实施例的钢管上切取制备7个高温持久试样，分别附加不同应力的载荷，在700℃下进行持久试验，从而得出不同的数据点来外推合金10万小时的持久强度，试样编号及试验数据见表3。实验目前还正在进行中。
表3
Claims (10)
1.一种耐热不锈钢无缝钢管，它的成分质量百分配比为：
C 0.03％～0.08%；0＜Si≤0.50%；0＜Mn≤0.50%；
P＜0.020%；S＜0.020%；Cr 18.00%～25.00%；
Ni 21.5%～31%；Cu 2.00～4.00％；N 0.10～0.35%；
Nb 0.30~0.65%；W 1.0~5.0%；0＜Mo≤0.40%；
Co 1.0~4.0%；B 0.003~0.009%；0＜Al≤0.04%；
其余为Fe及不可避免的杂质；
钢管的直径为Φ20.0mm～Φ90.0mm，长度不小于5000mm；
经不少于两次的轧制与退火钢管的力学性能达下述要求：
20℃室温力学性能：
Rp0.2≥310MPa，Rm≥758MPa，A≥50%，HRB不大于86；
700℃高温力学性能：
Rp0.2≥220MPa，Rm≥470MPa，A≥41%。
2.根据权利要求1所述的耐热不锈钢无缝钢管，其特征是它的成分质量百分配比为：
C 0.05％～0.07%；0＜Si≤0.30%；Mn 0.30～0.50%；
P＜0.010%；S＜0.010%；Cr 20.00%～22.00%；
Ni 22.5%～25.0%；Cu 2.50～3.50％；N 0.20～0.30%；
Nb 0.40～0.55%；W 2.0～4.0%；Mo 0.15～0.30%；
Co 2.0～3.0%；B 0.005～0.007%；Al 0.01～0.03%；
其余为Fe及不可避免的杂质。
3.一种不锈钢，它的成分质量百分配比为：
C 0.03％～0.08%；0＜Si≤0.50%；0＜Mn≤0.50%；
P＜0.020%；S＜0.020%；Cr 18.00%～25.00%；
Ni 21.5%～31%；Cu 2.00～4.00％；N 0.10～0.35%；
Nb 0.30~0.65%；W 1.0~5.0%；0＜Mo≤0.40%；
Co 1.0~4.0%；B 0.003~0.009%；0＜Al≤0.04%；
其余为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的不锈钢，其特征是它的成分质量百分配比为：
C 0.05％～0.07%；0＜Si≤0.30%；Mn 0.30～0.50%；
P＜0.010%；S＜0.010%；Cr 20.00%～22.00%；
Ni 22.5%～25.0%；Cu 2.50～3.50％；N 0.20～0.30%；
Nb 0.40～0.55%；W 2.0～4.0%；Mo 0.15～0.30%；
Co 2.0～3.0%；B 0.005～0.007%；Al 0.01～0.03%；
其余为Fe及不可避免的杂质。
5.一种耐热不锈钢无缝钢管的制造方法，它包括下述依次步骤：
一、冶炼
按照如下要求精选优质废钢：P≤0.025%，Cr12～25%，Ni7～20%，表面氧化皮去除率≥50%，除掉油污与非金属杂质，板材最小厚度≥15mm，方圆棒废钢断面直径≥30mm，表面无深度≥3mm的凹坑；
将优质废钢与低磷合金作为主原料，冶炼成奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢水的成分质量百分配比为：
C 0.03％～0.08%；0＜Si≤0.50%；0＜Mn≤0.50%；
P＜0.020%；S＜0.020%；Cr 18.00%～25.00%；
Ni 21.5%～31%；Cu 2.00～4.00％；N 0.10～0.35%；
Nb 0.30~0.65%；W 1.0~5.0%；0＜Mo≤0.40%；
Co 1.0~4.0%；B 0.003~0.009%；0＜Al≤0.04%；
其余为Fe及不可避免的杂质；
二、将钢水浇注成钢锭；
三、管坯加工
锻造钢锭，并加工中心通孔成管坯；
四、挤压成毛管
管坯经加热后，采用扩孔+挤压的方法制成钢毛管；
五、钢管深加工
将钢毛管冷拉拔或冷轧成荒管，荒管经退火、酸洗、再次冷轧和退火与酸洗制成成品。
6.根据权利要求5所述的耐热不锈钢无缝钢管的制造方法，其步骤特征是在步骤一冶炼时，不锈钢水的成分质量百分配比为：
C 0.05％～0.07%；0＜Si≤0.30%；Mn 0.30～0.50%；
P＜0.010%；S＜0.010%；Cr 20.00%～22.00%；
Ni 22.5%～25.0%；Cu 2.50～3.50％；N 0.20～0.30%；
Nb 0.40～0.55%；W 2.0～4.0%；Mo 0.15～0.30%；
Co 2.0～3.0%；B 0.005～0.007%；Al 0.01～0.03%；
其余为Fe及不可避免的杂质。
7.根据权利要求5或6所述的耐热不锈钢无缝钢管制造方法，其步骤特征是：
一、冶炼
经挑选的优质废钢与低磷合金由电炉融化成合金液，再经过AOD氩氧脱碳炉精炼成不锈钢钢水，由LF钢包精炼炉微调成分与温度后，钢水的成分质量百分数达到目标要求即可出钢；
二、将钢水浇注成钢锭
在钢包精炼炉保证渣流动性良好，粘度≤0.2泊的情况下，调温到浇注温度1520±10℃，钢包吊运至模注工序进行浇铸成钢锭；
三、管坯加工
A 加热
钢锭开坯过程中的钢锭均热，加热温度为：1200～1250℃，然后是初轧坯锻造前的加热，加热温度为：1200～1250℃；两个阶段的总加热时间不小于11个小时；
B 轧制或锻造
经初轧机开坯成初轧坯，开坯过程中开轧温度1200±10℃，终轧温度为1032±10℃，轧后无折迭、耳子表面缺陷；
加工初轧坯
初轧坯加热温度控制在1200～1230℃，初轧坯加热时间不小于2.5小时；
在轧制或锻造工序，将初轧坯轧制或锻造成棒材；开轧温度1150～1200℃，终轧温度：950～1030℃；锻造变形道次根据管坯规格确定，初始道次变形量30—36％；保证外直径尺寸规格的同时，表面不得有折迭、拉条、耳子和严重的划伤缺陷；
C 管坯准备
将棒材采用深孔钻机加工中心通孔，机加工外圆至管坯目标尺寸，目标尺寸是管坯的外直径，内直径，长度，外直径是成品钢管的4～6倍，长是成品钢管的0.04～0.1倍，内直径是成品钢管的1～1.5倍；在其中一端面平头倒角加工喇叭口，喇叭口角度为33.5±5°，机加式后的管坯表面无裂纹、凹坑、黑皮、夹杂；
四、挤压成毛管
A 环形炉加热制度
管坯加热，加热炉温：950℃±10℃
加热时间 6～10min/cm
均热时间 1.0～2.0min/cm，出炉后直接热送感应炉继续加热；
B 一次感应加热
一次感应线加热温度1180±10℃，加热段加热功率650～750KW，保温功率75～150 KW，整体加热均匀，避免内外表面温控不均匀现象；
C 扩孔
扩孔速率：200～220mm/s；
D 二次感应加热
二次感应线加热目标温度1200±10℃，加热段功率加热功率300～400KW，保温功率0～100 KW，整体加热均匀；
E 挤压
挤压速率：100～120mm/s，挤压成钢毛管；
F 冷却
将钢毛管在20秒内入水冷却至室温；
五、钢管深加工
A 冷轧或冷拔
钢毛管经冷轧或冷拔冷加工后成荒管，冷变形量40～60％，制成荒管，生产过程中防止偏壁和划伤的产生；
B 中间工序退火
在冷加工制荒管的过程中退火温度为1200±20℃，保温时间：1.5～2min/mm，保温后出炉水冷到室温；
C 酸洗
荒管酸洗是采用HNO3+HF酸进行酸洗，酸洗溶液配比按照HNO3酸在15～20％范围，HF酸在1～5％范围控制；荒管酸洗后进行表面检查和清理，消除肉眼可见缺陷；
D 再次冷轧或冷拔
酸洗后荒管至少一个道次冷轧或冷拔加工成成品钢管规格；
E 成品退火
固溶温度1180～1220℃，保温时间根据壁厚确定：壁厚2.5 ～3min/mm，保温后出炉水冷到室温；
F 成品酸洗
成品钢管酸洗是采用HNO3+HF酸进行酸洗，酸洗溶液配比按照HNO3酸在15～20％范围，HF酸在1～5％范围控制；成品钢管酸洗后，要求钢管内外表面不允许存在氧化皮、表面残酸、过酸、裂纹、裂缝、折叠、重皮、轧折、分层与发纹。
8. 根据权利要求7所述的耐热不锈钢无缝钢管制造方法，其步骤特征是：
在步骤一、冶炼时
AOD氩氧脱碳炉冶炼时，配气按流量区别共分8期，1～8期全程采用氧氮混合气体吹炼，1～3期顶枪流量占总流量的70%±5%，氮氧比3:2～5:1，脱碳速率为0.038～0.25%/min；4～8期顶枪吹氧停用，采用底枪氧氮混合气侧吹，氧氮比1:6～1:4；
另有预还原期和还原期，预还原期停氧纯吹氮，保证终点碳达目标，还原期吹氩，流量1.0～5.8NM3/min/t钢，进行控氮操作，将氮调整到2000～3000ppm范围内；
AOD出钢后，在LF钢包精炼炉精炼调整其他合金成分进入控制范围。
9.根据权利要求7所述的耐热不锈钢无缝钢管制造方法，其步骤特征是：
在步骤二、将钢水浇注成钢锭
钢锭规格为长2320±50mm，宽660±50mm，厚 520±50mm。
10.根据权利要求8所述的耐热不锈钢无缝钢管制造方法，其步骤特征是：在步骤二、将钢水浇注成钢锭
钢锭规格为长2320±50mm，宽660±50mm，厚 520±50mm。
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