CN104942004B - 超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，属于冶金工业生产的金属材料领域。超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，包括将原料坯进行穿孔轧制工序，该方法根据原料坯中心δ铁素体的含量而采取不同的穿孔轧制工艺；原料坯穿孔后进行轧制，终轧温度控制在860‑900℃；其中，原料坯中心δ铁素体的面积含量A采用金相法检测。本发明方法使超超临界发电机组用无缝钢管P92钢管的内表面缺陷明显减少，成材率大幅度提高。

Description

超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法

技术领域

本发明涉及一种超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，属于冶金工业生产的金属材料领域。

背景技术

高效、节能、环保的超超临界火力蒸汽发电机组常用的9-Cr型钢管包括P92钢管，P92钢属于马氏体不锈钢，该钢化学成分中铁素体形成元素较多，轧制变形抗力大，Cr当量较高，当成分偏析较严重、加热温度较高时，其金相组织中常出现较多的δ铁素体。

钢中大量δ铁素体的存在不仅影响P92无缝钢管的韧性、塑性、强度及焊接性能，而且还将导致钢管内表面缺陷的产生，降低钢管的成材率。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，该方法根据原料坯中心δ铁素体的含量而采取不同的穿孔轧制工艺；本发明方法使超超临界发电机组用无缝钢管P92钢管的内表面缺陷明显减少，成材率大幅度提高。

本发明的技术方案：

本发明提供一种超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，包括将原料坯进行穿孔轧制工序，其中，穿孔温度根据原料坯中心δ铁素体的面积含量A进行确定：

当A＜12％时，原料坯直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1240℃～1260℃；

当12％≤A＜17％时，原料坯直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1220℃～1238℃；

当17％≤A＜22％时，原料坯直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1200℃～1218℃；

当22％≤A≤27％时，原料坯直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1180℃～1198℃；

当A＞27％时，轧制前先在原料坯中心掏一个圆孔，该圆孔以原料坯的几何中心为圆心，直径为50～60毫米，掏孔采用机加工的方式，穿孔温度为1150℃～1170℃；

穿孔后进行轧制，控制终轧温度为860-900℃；其中，原料坯中心δ铁素体的面积含量A采用金相法检测。

优选的，穿孔温度根据原料坯中心δ铁素体的面积含量A确定为：

当A＜12％时，穿孔温度为1250℃；当12％≤A＜17％时，穿孔温度为1230℃；当17％≤A＜22％时，穿孔温度为1210℃；当22％≤A≤27％时，穿孔温度为1190℃；当A＞27％时，穿孔温度为1160℃。

所述超超临界发电机组用无缝钢管为P92钢管。所述原料坯指钢锭、电渣锭或连铸坯。

进一步，原料坯中心δ铁素体的面积含量A的检测方法为：

a)金相试样的选取：

自原料坯缺陷最严重部位取横向试样，横向试样的厚度为20-30毫米，试面垂直于原料坯的延伸方向；采用冷加工的方式，过横向试样的几何中心，沿相互垂直的方向截取两块金相试样，该金相试样为长方体，长度均为50-60毫米，宽度均为30-40毫米，金相试样的厚度与横向试样的厚度相同，其几何中心与横向试样的几何中心重合；

b)金相试样的热处理：

将两块金相试样加热至1300℃，升温速率≤40℃/min，保温50～70min(优选为60min)后水淬，待金相试样冷至室温后，再回火处理80～100min(优选为90min)，回火温度550-770℃(优选为650℃)，保温80～100min(优选为90min)后将两块金相试样空冷；

c)δ铁素体的面积含量A的检测：将热处理后的两块金相试样的横向检验面分别磨平、抛光、腐蚀后用光学显微镜观察分析试样的显微组织，选取每块金相试样检验面上δ铁素体面积含量最高的10个视场，分别测定δ铁素体的面积含量，得到10个视场δ铁素体面积的平均含量，并将两块金相试样中δ铁素体面积平均含量的较大值作为该原料坯中心δ铁素体的面积含量A。

原料坯一般为圆柱体，其高度方向为纵向，与纵向垂直的方向为横向。

优选的，上述检测方法中，取横向试样时，原料坯为钢锭时，从其头部截取；原料坯为电渣锭时，从其底部截取；原料坯为连铸坯时，任一端截取；取样可采用剪、锯或割的方法，试样加工时，除去由取样造成的变形和热影响区等加工缺陷。

进一步，进行δ铁素体面积含量的检测时，光学显微镜放大倍数为100倍、200倍、或400倍(优选为100倍)，视场直径为0.6-1.0毫米(优选为0.8毫米)。

本发明的有益效果：

本发明根据轧制温度下P92钢坯中心δ铁素体的含量而采取不同的穿孔轧制工艺，使P92钢管的内表面缺陷明显减少，成材率大幅度提高，具有显著的经济效益和广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

根据含0.1％C截面的Fe-Cr平衡相图，对于化学成分符合GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》规定的P92钢，当其加热温度超过1150度后，如果钢中存在着较严重的成分偏析，金相组织中就会开始出现δ铁素体，随着加热温度的升高，δ铁素体的数量将进一步增加。

P92热轧无缝钢管的穿孔温度一般为1180-1280℃，如果钢坯的中心偏析较严重，穿孔温度较高时，则穿孔时其中心的金相组织中将出现大量的δ铁素体，由于δ铁素体与δ/γ界面的热塑性均低于γ相基体，使加工性能恶化，故在穿孔过程中，微观裂纹极易在晶界生成与扩展，导致P92钢管内表面缺陷的产生。钢管严重的内表面缺陷将提高精整工序的修磨工作量，甚至造成钢管报废。因此，本发明为控制穿孔过程中原料坯中心δ铁素体的含量，防止钢管出现较严重的内表面缺陷，提高产品的成材率，采用在P92原料坯在轧制前进行金相检验，并根据δ铁素体的含量而采取不同的穿孔轧制工艺来控制穿孔过程原料坯中心δ铁素体的含量。

在进行原料坯中心部位δ铁素体含量的检测时，应注意以下问题：

1、横向试样取样部位的选择，由于钢锭头部及电渣锭底部附近中心部位的正偏析较严重，在高温穿孔过程中将优先形成δ铁素体，所以在进行δ铁素体含量检测时，应从上述部位取样。

2、金相试样取样部位的选择，由于穿孔时，顶头的鼻部与钢坯的几何中心基本重合，且根据钢坯的浇注特点，越接近钢坯的中心，成分偏析越严重；所以，金相试样应取自钢坯的中心部位；同时，为保证所取金相试样能够充分反映钢坯中心部位的偏析状况，应过横向试样的几何中心，沿相互垂直的方向截取两块金相试样，并以两块金相试样中δ铁素体面积平均含量的较大值作为该钢坯中心δ铁素体的面积含量。

3、金相试样热处理制度的制订，P92钢坯的穿孔温度一般为1180-1280℃；一般而言，穿孔温度越高，生产效率越高，工模具的损耗越小，但与此同时，钢坯中心的δ铁素体含量也会相应增加；为兼顾提高生产效率与减少钢管内表面缺陷，P92钢坯的穿孔温度应不高于1260℃，考虑到钢坯穿孔时内孔一般要有40℃左右的温升，故P92钢坯在进行穿孔时，内孔的实际温度应不高于1300℃；因此，为掌握钢坯加热温度在1260℃时P92钢坯中心δ铁素体的面积含量，本发明将金相试样热处理的加热温度设定在1300℃，所得到的面积含量A相当于加热温度在1260℃时P92钢坯中心部位的δ铁素体的面积含量。此外，由于在淬火态下，P92钢金相组织中的δ铁素体不易辨别，而淬火+回火态下金相组织中的δ铁素体较易辨别，所以，本发明将金相试样淬火热处理后，又进行了回火热处理，使δ铁素体的检测更为容易。另外，为模拟大生产钢坯的加热参数，减少δ铁素体含量的测量误差，本发明也对金相试样的加热方式及加热速度进行了限定。

4、δ铁素体面积含量的检测，为准确地反映钢坯中心δ铁素体的含量情况，本发明对显微镜的放大倍数、试场直径及视场数目均进行了限定。

P92钢属于马氏体不锈钢，其化学成分中合金元素较多，轧制变形抗力大。为提高穿孔轧制效率，减低工模具损耗，其穿孔温度应不低于1180℃；而为防止晶粒粗大，降低钢坯中心的δ铁素体含量，其钢坯加热温度应不高于1280℃。

为控制穿孔过程中钢坯中心δ铁素体的含量，防止钢管出现较严重的内表面缺陷，同时保证穿孔轧制高效顺利完成，本发明的申请人经过实验后，发现：

1、当A＜12％时，可在1240℃--1260℃穿孔轧制；

2、当12％≤A＜17％时，该钢坯可在1220℃--1238℃穿孔轧制；

3、当17％≤A＜22％时，该钢坯可在1200℃--1218℃穿孔轧制；

4、当22％≤A≤27％时，该钢坯可在1180℃--1198℃穿孔轧制；

5、当A＞27％时，由于穿孔轧制温度低于1180℃后，不仅轧制工具损耗严重，而且易出现轧卡等事故，所以，不能再继续采用降低穿孔轧制温度的方法来降低钢坯中心δ铁素体的含量，可采用先掏孔的方法去除钢坯中心δ铁素体含量最高的部位后，再进行穿孔轧制。

在对钢坯进行掏孔时，根据常用顶头的鼻部尺寸和P92钢坯中心等轴晶区域的大小，将圆孔直径定为50-60毫米，该直径也与金相试样的长度范围一致。如果圆孔直径过大，不仅金属损耗大，轧管成材率下降，而且穿孔时，顶头可能穿过粗大的柱状晶区从而产生内表面缺陷；如果圆孔直径过小，则不能保证完全去除钢坯中心δ铁素体含量较高的部位。

在钢坯被掏孔后，再进行穿孔轧制的变形阻力将显著降低，这时P92钢坯可采用低于1180℃的加热温度，以降低穿孔过程中钢坯心部δ铁素体的含量。

实施例1 规格为Φ219×18mm的P92钢管的轧制

使用Φ350mm的P92电渣锭轧制P92钢管，其熔炼化学成分为：

P92钢管生产过程中穿孔轧制工序包括步骤：

1、原料坯中心δ铁素体面积含量的检验，具体步骤如下：

A、自电渣锭底部截取横向试样；

B、取样可采用剪、锯、割等方法，试样加工时，必须除去由取样造成的变形和热影响区等加工缺陷；

C、横向试样的厚度为25毫米，试面应垂直钢坯的延伸方向；

D、采用冷加工的方式，过横向试样的几何中心，沿相互垂直的方向截取两块金相试样该金相试块为长方体，长度均为55毫米，宽度均为35毫米，厚度均为25毫米，其几何中心与横向试样的几何中心重合；

E、将两块金相试样在实验室进行热处理，具体步骤为：

1)将金相试样放入热处理炉中，随炉升温，升温速度为40℃/min；

2)加热至1300℃，保温60分钟后水淬；

3)待金相试样冷至室温后，再放入热处理炉中，回火温度为650℃，保温90分钟后出炉空冷；

F、将热处理后的两块金相试样的横向检验面分别磨光、抛光、腐蚀后在显微镜下进行δ铁素体面积含量的检测；进行δ铁素体面积含量的检测时，显微镜放大倍数为100倍，试场直径为0.8毫米；

G、选取每块金相试样检验面上δ铁素体面积含量最高的10个视场，分别测定δ铁素体的面积含量，两块金相试样δ铁素体面积的平均含量分别为3.5％与5.8％，将5.8％作为该原料坯中心δ铁素体的面积含量A。

2、穿孔轧制

由于A＜12％，该钢坯可直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1250℃；穿孔后进行轧制，控制终轧温度为860-900℃。

实施例2、规格为Φ219×18mm的P92钢管的轧制

使用Φ350mm的P92电渣锭轧制P92钢管，其熔炼化学成分为：

该实施例中P92钢管生产过程中穿孔轧制工序的步骤同实施例1，两块金相试样δ铁素体面积的平均含量分别为10.5％与13.5％，将13.5％作为该钢坯中心δ铁素体的面积含量A。

由于12％≤A＜17％，该钢坯可直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1230℃；穿孔后进行轧制，控制终轧温度为860-900℃。

实施例3、规格为Φ299×52mm的P92钢管的轧制

使用Φ450mm的钢锭轧制P92钢管，其熔炼化学成分为：

该实施例中P92钢管生产过程中穿孔轧制工序的步骤同实施例1，其中步骤A中从钢锭头部截取横向试样；两块金相试样δ铁素体面积的平均含量分别为16.5％与18.5％，将18.5％作为该钢坯中心δ铁素体的面积含量A。

由于17％≤A＜22％，该钢坯可直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1210℃；穿孔后进行轧制，控制终轧温度为860-900℃。

实施例4、规格为Φ358×38mm的P92钢管的轧制

使用Φ500mm的连铸坯轧制P92钢管，其熔炼化学成分为：

该实施例中P92钢管生产过程中穿孔轧制工序的步骤同实施例1，其中步骤A中从连铸坯任一端截取横向试样；两块金相试样δ铁素体面积的平均含量分别为22.5％与25.5％，将25.5％作为该钢坯中心δ铁素体的面积含量A。

由于22％≤A≤27％，该钢坯可直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1190℃；穿孔后进行轧制，控制终轧温度为860-900℃。

实施例5、规格为Φ358×38mm的P92钢管的轧制

使用Φ500mm的钢锭轧制P92钢管，其熔炼化学成分为：

该实施例中P92钢管生产过程中穿孔轧制工序的步骤同实施例3，两块金相试样δ铁素体面积的平均含量分别为29.0％与32.5％，将32.5％作为该钢坯中心δ铁素体的面积含量A。

由于A＞27％，轧制前先在钢坯中心掏一个圆孔，该圆孔以钢坯的几何中心为圆心，直径为55毫米，掏孔采用机加工的方式，穿孔温度为1160℃，穿孔后进行轧制，控制终轧温度为860-900℃。

本发明上述实施例根据轧制温度下P92钢坯中心δ铁素体的含量而采取不同的穿孔轧制工艺，使P92钢管的内表面缺陷明显减少，成材率大幅度提高，具有显著的经济效益和广阔的应用前景。

Claims (11)

1.超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，包括将原料坯进行穿孔轧制工序，其特征在于，穿孔温度根据原料坯中心δ铁素体的面积含量A进行确定：

当A＜12%时，原料坯直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1240℃～1260℃；

当12%≤A＜17%时，原料坯直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1220℃～1238℃；

当17%≤A＜22%时，原料坯直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1200℃～1218℃；

当22%≤A≤27%时，原料坯直接进行穿孔轧制，穿孔温度为1180℃～1198℃；

当A＞27%时，穿孔轧制前先在原料坯中心掏一个圆孔，该圆孔以原料坯的几何中心为圆心，直径为50～60毫米，穿孔温度为1150℃～1170℃；

原料坯穿孔后进行轧制，终轧温度控制在860-900℃；

其中，原料坯中心δ铁素体的面积含量A采用金相法检测，包括以下步骤：

a) 金相试样的选取：

自原料坯缺陷最严重部位取横向试样，横向试样的厚度为20～30毫米，试面垂直于原料坯的延伸方向；采用冷加工的方式，过横向试样的几何中心，沿相互垂直的方向截取两块金相试样，该金相试样为长方体，两块金相试样的长度均为50-60毫米，宽度均为30-40毫米，金相试样的厚度与横向试样的厚度相同，其几何中心与横向试样的几何中心重合；

b) 金相试样的热处理：

将两块金相试样加热至1300℃，升温速率≤40℃/min，保温50～70min后水淬，待金相试样冷至室温后，再回火处理80～100min，回火温度550-770℃，保温80～100min后将两块金相试样空冷；

c) δ铁素体的面积含量A的检测：将热处理后的两块金相试样的横向检验面分别磨平、抛光、腐蚀后用光学显微镜观察分析试样的显微组织，选取每块金相试样检验面上δ铁素体面积含量最高的10个视场，分别测定δ铁素体的面积含量，得到10个视场δ铁素体面积的平均含量，并将两块金相试样中δ铁素体面积平均含量的较大值作为该原料坯中心δ铁素体的面积含量A；

所述超超临界发电机组用无缝钢管为P92钢管。

2.根据权利要求1所述的超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，其特征在于，穿孔温度根据原料坯中心δ铁素体的面积含量A确定为：

当A＜12%时，穿孔温度为1250℃；

当12%≤A＜17%时，穿孔温度为1230℃；

当17%≤A＜22%时，穿孔温度为1210℃；

当22%≤A≤27%时，穿孔温度为1190℃；

当A＞27%时，穿孔温度为1160℃。

3.根据权利要求1或2所述的超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述原料坯指钢锭、电渣锭或连铸坯。

4.根据权利要求1或2 所述的超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，其特征在于，当A＞27%时，穿孔轧制前先在原料坯中心掏一个圆孔，掏孔采用机加工的方式。

5.根据权利要求3所述的超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，其特征在于，当A＞27%时，穿孔轧制前先在原料坯中心掏一个圆孔，掏孔采用机加工的方式。

6.根据权利要求1所述的超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，其特征在于，步骤a中，取横向试样时，原料坯为钢锭时，从其头部截取；原料坯为电渣锭时，从其底部截取；原料坯为连铸坯时，任一端截取；取样可采用剪、锯或割的方法。

7.根据权利要求1或6所述的超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，其特征在于，步骤b中，保温60min后水淬，待金相试样冷至室温后，再回火处理90min，回火温度650℃，保温90min后将两块金相试样空冷。

8.根据权利要求1或6任一项所述的超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，其特征在于，步骤c中，光学显微镜放大倍数为100倍、200倍或400倍，视场直径为0.6～1.0mm。

9.根据权利要求7所述的超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，其特征在于，步骤c中，光学显微镜放大倍数为100倍、200倍或400倍，视场直径为0.6～1.0mm。

10.根据权利要求8所述的超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，其特征在于，步骤c中，光学显微镜放大倍数为100倍，视场直径为0.8mm。

11.根据权利要求9所述的超超临界发电机组用无缝钢管的生产方法，其特征在于，步骤c中，光学显微镜放大倍数为100倍，视场直径为0.8mm。