CN107151760A - 一种高温设备配套钢管及其生产方法 - Google Patents

一种高温设备配套钢管及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温设备配套钢管及其生产方法，所述钢管由以下重量百分比的元素组成：C：0.10～0.16％、Si：0.26～0.35％、Mn：0.42～0.48％、P：0.01～0.03％、S：0.005～0.01％、Ni：0.08～0.15％、Cr：3.84～6.58％、Mo：0.85～1.06％、Cu：0.05～0.13％、Al：0.02～0.06％、V：0.20～0.28％、Nb：0.02～0.08％、Ti：0.005～0.01％、N：0.03～0.09％，余量为Fe。所述钢管的生产工艺采用VD真空处理、吹氩保护、管坯定尺、真火回火等多项节能环保的制钢技术，且精确控制加热、浇铸、煅烧的温度，保证了钢管的尺寸和质量稳定。本发明的钢管具有较好的耐高温性、韧性、持久强度和抗氧化性，可用于600～700℃、30～40MPa的高温高压环境，适合作为高温设备如锅炉、蒸汽机的配套钢管。

Description

一种高温设备配套钢管及其生产方法
技术领域
本发明涉及高温冶炼技术领域，具体涉及一种高温设备配套钢管及其生产方法。
背景技术
耐热钢是指在高温下具有较高强度和良好化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢（或称高温不起皮钢）和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。
目前国内锅炉制造企业使用的耐高温、高压的钢管主要由国外供货，国外厂家多采用周期轧管等方式，不仅生产效率低，产品质量也有较大问题，同时供货期长，且价格昂贵，严重制约了我国电力行业的发展。国内则采用锻造镗孔的方法生产钢管，虽然能够保证管坯心部缺陷去除，但是该方法成材率相当低，因此只适合于生产厚壁钢管，同时对管体内部缺陷不能消除，钢管质量得不到保证，持久强度往往达不到标准要求，严重制约了其发展。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高温设备配套钢管及其生产方法，该配套钢管满足相关标准要求，具有较好的耐高温性、韧性、持久强度和抗氧化性。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种高温设备配套钢管，所述钢管由以下重量百分比的元素组成：C：0.10～0.16％、Si：0.26～0.35％、Mn：0.42～0.48％、P：0.01～0.03％、S：0.005～0.01％、Ni：0.08～0.15％、Cr：3.84～6.58％、Mo：0.85～1.06％、Cu：0.05～0.13％、Al：0.02～0.06％、 V：0.20～0.28％、Nb：0.02～0.08％、Ti：0.005～0.01％、N：0.03～0.09％，余量为Fe。
优选地，所述钢管由以下重量百分比的元素组成：C：0.12％、Si：0.30％、Mn：0.45％、P：0.01％、S：0.006％、Ni：0.12％、Cr：5.25％、Mo：0.90％、Cu：0.07％、 Al：0.05％、V：0.26％、Nb：0.06％、Ti：0.008％、N：0.06％，余量为Fe。
上述高温设备配套钢管的生产方法，包括如下步骤：
（1）选用优质废钢或返回料和海绵铁或铁水按上述重量百分比作为炼钢原料，经电弧炉冶炼进行熔化，并进行成分粗调；对钢水进行炉外精炼，通过喂入硅钙钡脱氧剂进行脱氧以减少钢水内生夹杂物的产生；然后对钢水进行VD真空处理，VD时间10～20min，以保证夹杂物充分上浮，之后喂入CrN和吹N2相结合的方法对钢水添加N元素，使N含量在400～600ppm之间，最后吹氩气进行搅拌；
（2）对VD后的钢水进行浇铸，浇铸前对锭模进行吹氩保护，同时对锭模进行加热，并严格控制浇铸温度在 1600～1700℃之间；对成型的模坯进行1200～1250℃的高温加热，然后进行锻造成管坯，严格控制始锻温度在1200～1300℃之间，终锻温度在800～900℃之间，管坯锻后立即进行退火，退火温度在1160～1200℃，防止管坯开裂；
（3）对锻造后的管坯切定尺，入环型炉，加热到1100～1200℃后，对管坯进行穿孔、连轧、定径变形工序，将始轧温度控制在1200～1300℃，终轧温度800～900℃；对热轧后的钢管进行正火及回火的热处理，正火温度为1040～1080℃，回火温度为770～790℃；对热处理后的钢管进行探伤，修磨为成品管。
优选地，所述步骤（1）电弧炉冶炼的温度为1500～1800℃。
优选地，所述步骤（1）钢水VD真空处理的时间为15min。
优选地，所述步骤（2）当锭模温度降到500～600℃时起模。
优选地，所述步骤（2）对成型的模坯在1230℃的高温加热，然后锻造成管坯。
优选地，所述步骤（3）钢管探伤采用超声波多探头探伤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1. 本发明的高温设备配套钢管满足相关标准要求，具有较好的耐高温性、韧性、持久强度和抗氧化性，可用于600～700℃、30～40MPa的高温高压环境，适合作为高温设备如锅炉、蒸汽机的配套钢管。
2. 本发明的高温设备配套钢管组成元素中，过低的 C 含量使得高温强度降低，但 C 含量过高，则可焊性降低，同时降低高温塑性，通过控制废钢的 C 含量以及增加铁水的配比，从电炉冶炼开始降碳，从而有效地控制了碳含量；V、Nb的加入形成了细小的碳化物，起到了沉淀强化的作用；P在钢中的存在能够增加钢的脆性；适量的Al含量能够提高钢的持久性能；Cr的加入能够显著提高钢的抗氧化性能，同时在钢中以 Cr3C或Cr3N或Cr23C6的形式，进一步增强强度；Mn具有脱氧的作用，提高钢的纯净度，并且提高钢的塑性。
3. 本发明的高温设备配套钢管的生产工艺，采用VD真空处理、吹氩保护、管坯定尺、真火回火等多项节能环保的制钢技术，且精确控制加热、浇铸、煅烧的温度，保证了钢管的尺寸和质量稳定，超声波探伤进一步消除了缺陷的存在，使得钢管符合质量标准的要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。
实施例1
一种高温设备配套钢管，所述钢管由以下重量百分比的元素组成：C：0.12％、Si：0.30％、Mn：0.45％、P：0.01％、S：0.006％、Ni：0.12％、Cr：5.25％、Mo：0.90％、 Cu：0.07％、Al：0.05％、V：0.26％、Nb：0.06％、Ti：0.008％、N：0.06％，余量为Fe。
上述高温设备配套钢管的生产方法，包括如下步骤：
（1）选用优质废钢或返回料和海绵铁或铁水按上述重量百分比作为炼钢原料，经电弧1600℃炉冶炼进行熔化，并进行成分粗调；对钢水进行炉外精炼，通过喂入硅钙钡脱氧剂进行脱氧以减少钢水内生夹杂物的产生；然后对钢水进行VD真空处理，VD时间15min，以保证夹杂物充分上浮，之后喂入CrN和吹N2相结合的方法对钢水添加N元素，使N含量在460ppm之间，最后吹氩气进行搅拌。
（2）对VD后的钢水进行浇铸，浇铸前对锭模进行吹氩保护，同时对锭模进行加热，并严格控制浇铸温度在 1600℃之间；当锭模温度降到500℃时起模，对成型的模坯进行1200℃的高温加热，然后进行锻造成管坯，严格控制始锻温度在1200℃之间，终锻温度在800℃之间，管坯锻后立即进行退火，退火温度在1160℃，防止管坯开裂。
（3）对锻造后的管坯切定尺，入环型炉，加热到1100℃后，对管坯进行穿孔、连轧、定径变形工序，将始轧温度控制在1300℃，终轧温度900℃；对热轧后的钢管进行正火及回火的热处理，正火温度为1080℃，回火温度为790℃；对热处理后的钢管使用超声波多探头探伤，修磨为成品管。
实施例2
一种高温设备配套钢管，所述钢管由以下重量百分比的元素组成：C：0.10％、Si：0.28％、Mn：0.45％、P：0.01％、S：0.007％、Ni：0.09％、Cr：4.50％、Mo：0.92％、 Cu：0.07％、Al：0.05％、V：0.24％、Nb：0.05％、Ti：0.007％、N：0.06％，余量为Fe。
上述高温设备配套钢管的生产方法，包括如下步骤：
（1）选用优质废钢或返回料和海绵铁或铁水按上述重量百分比作为炼钢原料，经电弧炉1700℃冶炼进行熔化，并进行成分粗调；对钢水进行炉外精炼，通过喂入硅钙钡脱氧剂进行脱氧以减少钢水内生夹杂物的产生；然后对钢水进行VD真空处理，VD时间10min，以保证夹杂物充分上浮，之后喂入CrN和吹N2相结合的方法对钢水添加N元素，使N含量在500ppm之间，最后吹氩气进行搅拌。
（2）对VD后的钢水进行浇铸，浇铸前对锭模进行吹氩保护，同时对锭模进行加热，并严格控制浇铸温度在 1650℃之间；当锭模温度降到520℃时起模，对成型的模坯进行1220℃的高温加热，然后进行锻造成管坯，严格控制始锻温度在1260℃之间，终锻温度在850℃之间，管坯锻后立即进行退火，退火温度在1180℃，防止管坯开裂。
（3）对锻造后的管坯切定尺，入环型炉，加热到1150℃后，对管坯进行穿孔、连轧、定径变形工序，将始轧温度控制在1200℃，终轧温度860℃；对热轧后的钢管进行正火及回火的热处理，正火温度为1070℃，回火温度为780℃；对热处理后的钢管使用超声波多探头探伤，修磨为成品管。
实施例3
一种高温设备配套钢管，所述钢管由以下重量百分比的元素组成：C：0.15％、Si：0.35％、Mn：0.44％、P：0.01％、S：0.009％、Ni：0.13％、Cr：5.60％、Mo：1.0％、 Cu：0.06％、Al：0.05％、V：0.27％、Nb：0.03％、Ti：0.009％、N：0.08％，余量为Fe。
上述高温设备配套钢管的生产方法，包括如下步骤：
（1）选用优质废钢或返回料和海绵铁或铁水按上述重量百分比作为炼钢原料，经电弧炉1700℃冶炼进行熔化，并进行成分粗调；对钢水进行炉外精炼，通过喂入硅钙钡脱氧剂进行脱氧以减少钢水内生夹杂物的产生；然后对钢水进行VD真空处理，VD时间20min，以保证夹杂物充分上浮，之后喂入CrN和吹N2相结合的方法对钢水添加N元素，使N含量在600ppm之间，最后吹氩气进行搅拌。
（2）对VD后的钢水进行浇铸，浇铸前对锭模进行吹氩保护，同时对锭模进行加热，并严格控制浇铸温度在 1700℃之间；当锭模温度降到600℃时起模，对成型的模坯进行1250℃的高温加热，然后进行锻造成管坯，严格控制始锻温度在1260℃之间，终锻温度在880℃之间，管坯锻后立即进行退火，退火温度在1200℃，防止管坯开裂。
（3）对锻造后的管坯切定尺，入环型炉，加热到1200℃后，对管坯进行穿孔、连轧、定径变形工序，将始轧温度控制在1200℃，终轧温度800℃；对热轧后的钢管进行正火及回火的热处理，正火温度为1080℃，回火温度为790℃；对热处理后的钢管使用超声波多探头探伤，修磨为成品管。
实施例4
一种高温设备配套钢管，所述钢管由以下重量百分比的元素组成：C：0.16％、Si：0.26％、Mn：0.48％、P：0.03％、S：0.008％、Ni：0.13％、Cr：6.50％、Mo：1.05％、 Cu：0.12％、Al：0.06％、V：0.28％、Nb：0.08％、Ti：0.01％、N：0.08％，余量为Fe。
上述高温设备配套钢管的生产方法，包括如下步骤：
（1）选用优质废钢或返回料和海绵铁或铁水按上述重量百分比作为炼钢原料，经电弧炉1800℃冶炼进行熔化，并进行成分粗调；对钢水进行炉外精炼，通过喂入硅钙钡脱氧剂进行脱氧以减少钢水内生夹杂物的产生；然后对钢水进行VD真空处理，VD时间10min，以保证夹杂物充分上浮，之后喂入CrN和吹N2相结合的方法对钢水添加N元素，使N含量在400～600ppm之间，最后吹氩气进行搅拌；
（2）对VD后的钢水进行浇铸，浇铸前对锭模进行吹氩保护，同时对锭模进行加热，并严格控制浇铸温度在 1600℃之间；当锭模温度降到560℃时起模，对成型的模坯进行1250℃的高温加热，然后进行锻造成管坯，严格控制始锻温度在1280℃之间，终锻温度在800℃之间，管坯锻后立即进行退火，退火温度在1200℃，防止管坯开裂；
（3）对锻造后的管坯切定尺，入环型炉，加热到1200℃后，对管坯进行穿孔、连轧、定径变形工序，将始轧温度控制在1300℃，终轧温度900℃；对热轧后的钢管进行正火及回火的热处理，正火温度为1080℃，回火温度为775℃；对热处理后的钢管使用超声波多探头探伤，修磨为成品管。
本发明的高温设备配套钢管满足相关标准要求，具有较好的耐高温性、韧性、持久强度和抗氧化性，可用于600～700℃、30～40MPa的高温高压环境，适合作为高温设备如锅炉、蒸汽机的配套钢管。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高温设备配套钢管，其特征在于，所述钢管由以下重量百分比的元素组成：C：0.10～0.16％、Si：0.26～0.35％、Mn：0.42～0.48％、P：0.01～0.03％、S：0.005～0.01％、Ni：0.08～0.15％、Cr：3.84～6.58％、Mo：0.85～1.06％、Cu：0.05～0.13％、 Al：0.02～0.06％、V：0.20～0.28％、Nb：0.02～0.08％、Ti：0.005～0.01％、N：0.03～0.09％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的高温设备配套钢管，其特征在于，所述钢管由以下重量百分比的元素组成：C：0.12％、Si：0.30％、Mn：0.45％、P：0.01％、S：0.006％、Ni：0.12％、Cr：5.25％、Mo：0.90％、Cu：0.07％、Al：0.05％、V：0.26％、Nb：0.06％、Ti：0.008％、N：0.06％，余量为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的高温设备配套钢管的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）选用优质废钢或返回料和海绵铁或铁水按上述重量百分比作为炼钢原料，经电弧炉冶炼进行熔化，并进行成分粗调；对钢水进行炉外精炼，通过喂入硅钙钡脱氧剂进行脱氧以减少钢水内生夹杂物的产生；然后对钢水进行VD真空处理，VD时间10～20min，以保证夹杂物充分上浮，之后喂入CrN和吹N2相结合的方法对钢水添加N元素，使N含量在400～600ppm之间，最后吹氩气进行搅拌；
（2）对VD后的钢水进行浇铸，浇铸前对锭模进行吹氩保护，同时对锭模进行加热，并严格控制浇铸温度在 1600～1700℃之间；对成型的模坯进行1200～1250℃的高温加热，然后进行锻造成管坯，严格控制始锻温度在1200～1300℃之间，终锻温度在800～900℃之间，管坯锻后立即进行退火，退火温度在1160～1200℃，防止管坯开裂；
（3）对锻造后的管坯切定尺，入环型炉，加热到1100～1200℃后，对管坯进行穿孔、连轧、定径变形工序，将始轧温度控制在1200～1300℃，终轧温度800～900℃；对热轧后的钢管进行正火及回火的热处理，正火温度为1040～1080℃，回火温度为770～790℃；对热处理后的钢管进行探伤，修磨为成品管。
4.根据权利要求3所述的高温设备配套钢管的生产方法，其特征在于，所述步骤（1）电弧炉冶炼的温度为1500～1800℃。
5.根据权利要求3所述的高温设备配套钢管的生产方法，其特征在于，所述步骤（1）钢水VD真空处理的时间为15min。
6.根据权利要求3所述的高温设备配套钢管的生产方法，其特征在于，所述步骤（2）当锭模温度降到500～600℃时起模。
7.根据权利要求3所述的高温设备配套钢管的生产方法，其特征在于，所述步骤（2）对成型的模坯在1230℃的高温加热，然后锻造成管坯。
8.根据权利要求3所述的高温设备配套钢管的生产方法，其特征在于，所述步骤（3）钢管探伤采用超声波多探头探伤。
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