CN105177416B - 一种炉壳用耐热压力容器钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耐热压力容器用钢板制造的技术领域，具体是指一种炉壳用耐热压力容器钢板及其制造方法。由如下质量百分比的组分制备而成：C：0.12~0.20%，Si：0.10~0.35%，Mn：0.50~0.90%，P≤0.020%，S≤0.005%，Mo：0.25~0.35%，Alt：0.020~0.050%，其他为Fe和不可避免的残余元素，钢板的碳当量Ceq≤0.43%。可适用于工作温度高达500℃的环境，能够应对高温、机械冲击和热应力等恶劣条件的挑战，且该发明钢种巧妙发挥了Mo元素提高钢的高温性能作用，使钢在高温下仍具有优良的强度和硬度，更能符合各应用领域的使用要求。该发明钢板性能稳定、安全系数高，而且成本低廉，也可应用于核电压力容器建设领域。

Description

一种炉壳用耐热压力容器钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及耐热压力容器用钢板制造的技术领域，具体是指一种炉壳用耐热压力容器钢板及其制造方法。

背景技术

各种耐热工业炉设备如高炉、热风炉、转炉、煤气化炉、焦炉等其炉壳通常是衬有耐火材料的钢制壳体，该钢制壳体在高温高压的恶劣条件下，与耐火材料之间存在着极其复杂的相互作用，因此类似炉壳钢的选材显得尤为关键。但是，长期以来关于此类钢种的选材一直没有专门的设计标准作为参考。随着国内外工业规模的迅猛发展，该类型钢板的需求量也不断增加，依据某些钢厂的实际经验和研究结果，可供设计院选用的钢种非常有限，该种材料首先被定位为耐高温压力容器用钢，为了能够承受众多未知的负荷和应力，具备吸收震动载荷和抗疲劳脆裂能力，应选择一种晶粒较细的钢材。这种钢应具有相对较低的屈服应力，但在屈服点之外的应变硬化能力需很高。这样，即便发生过载时强度依然有许多富余。甚至当出现裂纹时也不会发生脆裂的扩展，且裂纹会停止发展或仅仅是非常缓慢的发展。通常可供选择的钢种有：A516Gr60、ALDUR41、ALTHERM41、WAtE285、WStE355、P275NH、P355NH、Q345R等。近年来，随着镁碳砖等耐火材料的使用以及如转炉溅渣护炉等工艺的投用，使耐材寿命得到有效延长，这就意味着炉壳温度也会进一步升高，从而更加剧了蠕变效应影响到了炉壳寿命，因此需要更高要求的炉壳钢材料来补偿这方面的影响。鉴于以上情况，我公司结合现有生产经验以及多家建设项目的用料技术条件，研究发明了一种炉壳用耐热压力容器用钢板及其制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炉壳用耐热压力容器钢板及其制造方法。

本发明的技术方案如下：

一种炉壳用耐热压力容器钢板，由如下质量百分比的组分制备而成：C：0.12~0.20%，Si：0.10~0.35%，Mn：0.50~0.90%，P≤0.020%，S≤0.005%，Mo：0.25~0.35%，Alt：0.020~0.050%，其他为Fe和不可避免的残余元素，钢板的碳当量Ceq≤0.43%。

上述的炉壳用耐热压力容器钢板，其钢水采用LF+ RH精炼，产出的板坯连铸坯经48小时堆垛缓冷后轧制，轧后钢板再经过正火热处理最终得到合格钢板。该发明钢板厚度范围为30~80mm，具有良好的耐热性，较高的高温强度和抗蠕变性能，其500℃高温下的屈服强度（Rp0.2）达到160MPa以上的水平，其上屈服强度R_eH≥270MPa，抗拉强度Rm达到450~580MPa，伸长率A≥22%，0℃横向冲击KV₂≥100J，钢种强度适中，韧塑性良好，具有较强的抗机械冲击性能，且便于设备的加工制造。所生产钢板经过探伤检查达到JB/T4730.3承压设备无损检测（第三部分 超声检测）Ι级合格水平。

本发明的目的还在于提供一种炉壳用耐热压力容器钢板的制造方法，该发明钢板的生产工艺路线如下：

高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→48h铸坯缓冷→铸坯加热→除鳞→轧制→加速冷却→矫直→冷却→切割→正火→探伤→取样→检验、标志→入库。

本发明的一种炉壳用耐热压力容器钢板的制造方法，步骤如下：

a.冶炼时下列熔炼成分严格控制，C：0.12~0.20%，Si：0.10~0.35%，Mn：0.50~0.90%，P≤0.020%，S≤0.005%，Mo：0.25~0.35%，Alt：0.020~0.050%，其余为Fe和不可避免的杂质；

b．原料铁水经KR深脱硫处理，处理后铁水利用顶底复吹转炉冶炼，转炉出钢完毕后，在吹氩站吹氩至少8分钟以上，并喂铝线脱氧处理；LF精炼造白渣处理，P、S含量要求尽可能低，Al含量按0.035%目标值控制；钢水RH真空精炼处理过程中，要求保真空时间≥15min，真空处理后喂钙铁线钙处理，含30%的钙，处理结束后保证软吹氩时间≥10min，氩气流量以钢液微微翻动为准，翻动直径100-200mm；

c.真空处理后钢水经250mm厚板坯连铸机全程保护浇注，结晶器选用中碳低合金钢专用保护渣，要求中间包低过热度浇注，过热温度10-25℃，恒温恒速拉钢，二冷采用弱冷配水制度，连铸坯下线后立即堆垛缓冷48小时以上；

d. 待轧坯料在加热炉加热时间系数按0.8~1.1min/mm钢坯厚度控制，加热温度按1130~1180℃设定；钢坯出加热炉后经高压水除鳞后轧制，轧制过程中，采用粗、精轧分阶段轧制，开轧温度按1070~1150℃，保证30~40mm厚钢板的中间坯厚度不小于成品厚度的2.5倍，＞40~60mm厚钢板的中间坯厚度不小于成品厚度的2倍，＞60~80mm厚钢板的中间坯厚度不小于140mm；精轧开轧温度880~910℃，终轧温度800~850℃，钢板轧后水冷3-8℃/S至600-650℃，空冷至室温；钢板视板形情况矫直后根据定尺情况剪切或火焰切割；

e. 冷却后钢板进行正火热处理，正火温度为900±5℃，在炉时间1.4～1.6min/mm，钢板出炉后自然冷却，收集温度不得高于150℃；

f.轧后钢板按标准JB/T4730.3探伤检验，要求达到Ι级合格水平，然后检验、标志、入库。

本发明的有益效果为：（1）该钢板设计简捷、巧妙、经济，钢板具有良好的耐热性，其高温强度和抗蠕变性能俱佳，其500℃高温下的屈服强度（Rp0.2）达到160MPa以上的水平，抗拉强度Rm≥450MPa；（2）采用以上成分设计生产出的钢板具有较低的碳当量（最高不到0.43%），更加便于现场的施工焊接；（3）该发明钢板其上屈服强度R_eH≥270MPa，抗拉强度Rm达到450~580MPa，伸长率A≥22%，0℃横向冲击KV₂≥100J，钢种强度适中，韧塑性良好，具有较强的抗机械冲击性能，且便于设备的加工制造；（4）该发明钢板Z向拉伸断面收缩率达到35%以上水平，说明其具有极佳的抗层状撕裂性能。

总之，本发明的钢板高温强度和抗蠕变性能非常好，可适用于工作温度高达500℃的环境，能够应对高温、机械冲击和热应力等恶劣条件的挑战，且该发明钢种巧妙发挥了Mo元素在钢中的作用使其具有优良的高温热强性和耐磨性，更能符合各应用领域的使用要求，该发明钢板性能稳定、安全系数高，而且成本低廉，也可应用于核电压力容器建设领域。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1

本实施例的炉壳用耐热压力容器钢板是由以下质量百分比的组分制备而成：C：0.18%，Si：0.15%，Mn：0.75%，P：0.015%，S：0.003%，Mo：0.28%，Alt：0.032%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本实施例的炉壳用耐热压力容器钢板的生产制备方法如下：

1）冶炼工艺：原料铁水KR预处理后，经过210t顶底复吹转炉冶炼，转炉出钢后钢包吹氩15分钟并喂铝线脱氧处理，钢水送入LF精炼炉精炼，做好温度及成分的微调处理后再在RH炉中真空处理，保真空时间18分钟，处理结束后喂入钙铁线2m/t，喂线后软吹氩18分钟，软吹效果良好，钢包液面翻动直径约150mm；

2）浇铸工艺：RH精炼炉处理后钢水上250mm×2200mm断面板坯连铸机浇注，浇注过程中铸机采用铸坯轻压下技术，中包过热度在12-20℃范围波动，拉速保持0.90m/min，连铸坯下线后堆垛缓冷48小时；

3）加热工艺：连铸坯在无氧化辊底式加热炉中加热4小时，加热目标温度1140-1150℃，出炉后经过高压水除鳞。

4）轧制工艺：采用粗、精轧分阶段轧制，粗轧开轧温度约1100℃，轧制中间坯厚度为85mm，精轧开轧温度900℃，终轧温度830℃，轧制成品钢板规格为30mm，轧后钢板水冷速度3-5℃/S至610℃，空冷至室温。

5）热处理工艺：空冷后钢板正火处理，处理温度为900℃，在炉时间45min，钢板出炉后空冷至室温。

实施例2

本实施例的炉壳用耐热压力容器钢板的生产制备方法，轧制中间坯厚度为110mm，精轧终轧温度820℃，水冷至630℃后空冷至室温，轧制成品钢板规格为50mm，正火处理温度为903℃，在炉时间为75分钟。

其余特征同实施例1。

实施例3

本实施例的炉壳用耐热压力容器钢板的生产制备方法，该钢是由以下质量百分比组分制备而成：C：0.19%，Si：0.27%，Mn：0.82%，P：0.014%，S：0.002%，Mo：0.30%，Alt：0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。

转炉出钢后钢包吹氩10分钟，钢水经RH炉真空处理，保真空时间15分钟，处理结束后喂入钙铁线2.2m/t，喂线后软吹氩20分钟，钢包液面翻动直径约120mm；中包过热度在12-25℃范围波动，连铸坯在加热炉加热时间为3小时50分钟，中间坯厚度150mm，精轧终轧温度830℃，水冷至635℃后空冷至室温，轧制成品钢板规格为80mm，正火热处理在炉时间120min。

其余特征同实施例1。

对以上实施例1至3中制备的炉壳用耐热压力容器钢板做力学性能测试，结果如表1、2、3所示。

表1 炉壳用耐热压力容器钢板常规力学性能

表2 炉壳用耐热压力容器钢板高温拉伸性能

表3 炉壳用耐热压力容器钢板Z向拉伸断面收缩率 Z/%

Claims (6)

1.一种炉壳用耐热压力容器钢板，由如下质量百分比的组分制备而成：C：0.12~0.20%，Si：0.10~0.35%，Mn：0.50~0.90%，P≤0.020%，S≤0.005%，Mo：0.25~0.35%，Alt：0.020~0.050%，其他为Fe和不可避免的残余元素，钢板的碳当量Ceq≤0.43%；

所述钢板生产工艺步骤包括：高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→48h铸坯缓冷→铸坯加热→除鳞→轧制→加速冷却→矫直→冷却→切割→正火→探伤→取样→检验、标志→入库；

详细步骤为：

a.冶炼时下列熔炼成分严格控制，C：0.12~0.20%，Si：0.10~0.35%，Mn：0.50~0.90%，P≤0.020%，S≤0.005%，Mo：0.25~0.35%，Alt：0.020~0.050%，其余为Fe和不可避免的杂质；

b．原料铁水经KR深脱硫处理，处理后铁水利用顶底复吹转炉冶炼，转炉出钢完毕后，在吹氩站吹氩至少8分钟以上，并喂铝线脱氧处理；LF精炼造白渣处理，P、S含量要求尽可能低，Al含量按0.035%目标值控制；钢水RH真空精炼处理过程中，要求保真空时间≥15min，真空处理后喂钙铁线钙处理，含30%的钙，处理结束后保证软吹氩时间≥10min，氩气流量以钢液微微翻动为准，翻动直径100-200mm；

c.真空处理后钢水经250mm厚板坯连铸机全程保护浇注，结晶器选用中碳低合金钢专用保护渣，要求中间包低过热度浇注，过热温度10-25℃，恒温恒速拉钢，二冷采用弱冷配水制度，连铸坯下线后立即堆垛缓冷48小时以上；

d. 待轧坯料在加热炉加热时间系数按0.8~1.1min/mm钢坯厚度控制，加热温度按1130~1180℃设定；钢坯出加热炉后经高压水除鳞后轧制，轧制过程中，采用粗、精轧分阶段轧制，开轧温度按1070~1150℃，保证30~40mm厚钢板的中间坯厚度不小于成品厚度的2.5倍，＞40~60mm厚钢板的中间坯厚度不小于成品厚度的2倍，＞60~80mm厚钢板的中间坯厚度不小于140mm；精轧开轧温度880~910℃，终轧温度800~850℃，钢板轧后水冷3-8℃/S至600-650℃，空冷至室温；钢板视板形情况矫直后根据定尺情况剪切或火焰切割；

e. 冷却后钢板进行正火热处理，正火温度为900±5℃，在炉时间1.4～1.6min/mm，钢板出炉后自然冷却，收集温度不得高于150℃；

f.轧后钢板按标准JB/T4730.3探伤检验，要求达到Ι级合格水平，然后检验、标志、入库。

2.如权利要求1所述的炉壳用耐热压力容器钢板，其特征在于，该钢板厚度范围为30~80mm。

3.如权利要求1或2所述的炉壳用耐热压力容器钢板，其特征在于，该钢板的屈服强度R_eL≥270MPa，抗拉强度Rm达到450~580MPa，伸长率A≥22%，0℃横向冲击KV₂≥100J。

4.如权利要求1或2所述的炉壳用耐热压力容器钢板，其特征在于，该钢板在500℃高温下的屈服强度Rp0.2达到160MPa以上。

5.如权利要求1或2所述的炉壳用耐热压力容器钢板，其特征在于，该钢板Z向拉伸断面收缩率达到35%以上。

6.根据权利要求1所述的炉壳用耐热压力容器钢板，其特征在于，步骤a中，冶炼时下列熔炼成分严格控制，C：0.18%，Si：0.15%，Mn：0.75%，P：0.015%，S：0.003%，Mo：0.28%，Alt：0.032%，其余为Fe和不可避免的杂质。