CN107747068B - 一种耐热不锈钢无缝管及其制备方法 - Google Patents

一种耐热不锈钢无缝管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐热不锈钢无缝管，按重量百分比计，包括：C 0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr 17％～23％，Ni 13％～19％，Cu 1.5％～4％，W 0.1％～3％，Nb 0.1％～0.9％，N 0.1％～0.5％，B 0.003％～0.006％，RE 0.001％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂。本发明还提供了耐热不锈钢无缝管的制备方法，包括：铸锭采用自由锻、径锻或轧制的方式开坯制成管坯；采用热挤压法或热穿孔法对所述管坯进行热加工制得毛管；对毛管进行精整，随后采用多道次冷轧或冷拔的方式进行冷加工制得荒管；加热所述荒管并保温。

Description

一种耐热不锈钢无缝管及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体地，本发明涉及一种耐热不锈钢无缝管及其制备方法。
背景技术
电力是工业的基础，近年来我国的电力行业飞速发展，总装机容量已逼近10亿kW，其中火电机组是绝对主力，我国“富煤少油缺气”能源体系特点决定了煤炭作为能源供应的主导地位，这种局面在相当长的时间内难以改变。当前中国正面临着巨大的减排压力，而煤炭发电势必带来CO2、SO2、NOx等废气大量排放，造成严重的环境污染。因此，有效提高燃煤发电机组的热效率，增加煤电转化率，降低煤耗和二氧化碳等废气排放量，是煤电发展的方向。随着电站参数由亚临界、超临界发展到超超临界，电站锅炉蒸汽温度和压力参数也逐渐提高，目前较为成熟的为600℃超超临界电站。随着环保压力加大，节能减排目标不断提高，国内外正在进行着更高蒸汽参数机组的开发设计，建设630-650℃机组已成为下一步电站发展的重要目标。目前，我国在该领域已走到世界前列，国家拟在“十三五”期间建设630℃超超临界示范电站。
随着火力电站蒸汽温度和压力参数的不断提高，对材料提出了更高的要求，其中锅炉过热器和再热器用管材对材料的要求尤为苛刻，是最大的制约因素。目前广泛采用的主要是析出强化型的18-8系、18-10系和25-20系奥氏体耐热不锈钢，典型钢种包括TP347HFG、Super304H及HR3C等。当温度提高到630-650℃时，传统的钢种要么持久强度不够(如HR3C)，要么抗氧化和耐腐蚀性能较差(如TP347HFG、SUPER304H)，无法用于过热器和再热器。
申请号为201310718590.7的中国发明专利申请公开了一种用多种纳米析出相复合强化铬镍型奥氏体耐热钢的方法，在HR3C的基础上，添加一定量的Cu元素，发明了一种用多种纳米析出相复合强化铬镍型奥氏体耐热不锈钢。然而该材料相比HR3C仅仅增加了富Cu相强化，持久性能提升有限。当温度提高到650℃时，时效脆化倾向依然严重，且析出相粗化情况严重，组织稳定性较差。
申请号为00803866.X的中国发明专利申请公开了一种耐热性奥氏体不锈钢，在HR3C的基础上，通过调整Cr、Ni含量，添加W、Co、Cu、Ti、Mg、Ca等元素，采用多种复合强化方式来提高高温持久强度。但是该材料中的Co价格昂贵，增加合金成本；Ti元素容易使晶界碳化物粗化，对材料高温强度不利；Mg、Ca元素容易偏聚在晶界，严重降低材料的高温持久强度。
申请号为201310719141.4的中国发明专利申请公开了一种复合强化22/15铬镍型高强抗蚀奥氏体耐热钢，比25/20型铬镍奥氏体HR3C钢的铬镍量略低，但又比18/10铬镍型的TP347H和Super304H的铬镍量略高以保持足够的抗氧化腐蚀性能，靠碳化物等第二相的析出强化作用。但是该材料中缺乏W、Mo等碳化物形成元素，M23C6析出量不够，且长期时效过程中容易粗化，造成高温强度不够，组织稳定性较差。
上述专利文献中公开的不锈钢虽然具有一定的耐热性，但是高温强度、持久性能明显不足，组织稳定性差，无法满足630-650℃超超临界电站锅炉过热器和再热器用锅炉管的使用要求。
发明内容
本发明的发明目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供了一种高持久强度耐热不锈钢无缝管及其制备方法。
一方面，本发明提供了一种耐热不锈钢无缝管，按重量百分比计，包括：C 0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr 17％～23％，Ni 13％～19％，Cu 1.5％～4％，W 0.1％～3％，Nb 0.1％～0.9％，N 0.1％～0.5％，B 0.003％～0.006％，RE 0.001％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂。
前述的耐热不锈钢无缝管，按重量百分比计，包括：C 0.05％～0.08％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～1.5％，P≤0.03％，S≤0.005％，Cr 17％～23％，Ni 13％～16％，Cu2.0％～3.5％，W 1.0％～2.6％，Nb 0.35％～0.55％，N 0.15％～0.3％，B 0.003％～0.006％，RE 0.02％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂。
前述的耐热不锈钢无缝管，所述耐热不锈钢无缝管的屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥350MPa，断后伸长率≥40％，断面收缩率是≥50％。
前述的耐热不锈钢无缝管，所述耐热不锈钢无缝管的650℃外推10万小时持久强度≥138MPa，700℃外推10万小时持久强度≥91.3MPa。
另一方面，本发明提供了前述的耐热不锈钢无缝管的制备方法，依次包括如下步骤：
(1)对铸锭开坯制成管坯；
(2)对所述管坯进行热加工制得毛管；
(3)对所述毛管进行精整，随后进行冷加工制得荒管；
(4)加热所述荒管并保温。
前述的制备方法，所述铸锭采用如下方法制得：合金料或废钢在电炉熔化，经过AOD炉脱碳和LF炉精炼后，钢水成分的重量百分比达到下述比例即可出钢：
C 0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr17％～23％，Ni 13％～19％，Cu 1.5％～4％，W 0.1％～3％，Nb 0.1％～0.9％，N 0.1％～0.5％，B 0.003％～0.006％，RE 0.001％～0.2％；
随后将钢水浇铸成铸锭。
前述的制备方法，在步骤(1)之前，将所述铸锭红送加热，分为均热段、加热段和保温段；其中，均热段温度为1050℃～1150℃，均热段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.8～1.8min/mm计算；加热段的加热速度为80～150℃/h；保温段温度为1130℃～1230℃，保温段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.5～1.5min/mm计算。
前述的制备方法，在步骤(1)中，采用自由锻、径锻或轧制的方式开坯。
前述的制备方法，在步骤(1)中，开坯时所述铸锭表面温度是1050℃～1200℃，开坯结束时所述铸锭表面温度≥900℃；所述铸锭的总变形量≥40％。
前述的制备方法，在步骤(2)中，采用热挤压法或热穿孔法对所述管坯进行热加工。
前述的制备方法，在步骤(3)中，采用1～3道次冷轧或冷拔的方式进行冷加工；其中，单道次变形量是30～60％，相邻两道次之间进行脱脂及退火，退火温度1100℃～1200℃，保温时间根据所述毛管的壁厚按照1.5-2min/mm计算。
前述的制备方法，在步骤(4)中，加热温度是1120℃～1220℃，保温时间根据所述荒管的壁厚按照2-2.5min/mm计算。
本发明的耐热不锈钢无缝管具有良好的力学性能、高温持久强度、抗高温氧化性能、抗高温腐蚀性能及高温组织稳定性，可以满足630-650℃超超临界电站锅炉管的使用要求。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
针对现有不锈钢材料普遍存在持久强度低、抗氧化和耐腐蚀性能较差等问题，无法满足630-650℃超超临界电站锅炉过热器和再热器用锅炉管的使用要求，本发明的发明人通过研究对奥氏体不锈钢的元素组成和配比进行优化，并对锻造工艺进行进一步改进，提供了一种高持久强度耐热不锈钢无缝管及其制备方法。
第一方面，本发明提供了一种耐热不锈钢无缝管，按重量百分比计，包括：C0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr 17％～23％，Ni13％～19％，Cu 1.5％～4％，W 0.1％～3％，Nb 0.1％～0.9％，N 0.1％～0.5％，B0.003％～0.006％，RE 0.001％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂。优选地，该不锈钢无缝管包括：C 0.05％～0.08％，Si≤0.3％，Mn0.2％～1.5％，P≤0.03％，S≤0.005％，Cr 17％～23％，Ni 13％～16％，Cu 2.0％～3.5％，W 1.0％～2.6％，Nb 0.35％～0.55％，N0.15％～0.3％，B 0.003％～0.006％，RE 0.02％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂。
本发明的发明人综合现有钢种的优缺点，在18-8系、18-10系和25-20系奥氏体耐热不锈钢基础上，设计出21-17系合金作为基体钢，其Cr和Ni的含量介于SUPER304H及HR3C之间，既提高了材料的抗高温氧化性能，同时保证了奥氏体组织的稳定性。在此基础上，添加其它元素通过固溶强化和析出强化的复合方式来提高材料高温持久强度和组织稳定性。固溶强化方面：添加固溶强化元素W和N，提高高温强度；析出强化方面：添加一定量的Cu、Nb、W元素，在使用温度长期使用过程中析出细小弥散的Z相(NbCrN)、富Cu相、MX相(Nb(CX,Ny))以及含W的Laves相等强化相，提高了高温持久强度和蠕变强度；此外，添加一定量的B和稀土元素，净化晶界，防止P、S有害元素在晶界偏聚，同时防止晶界M23C6粗化，稀土元素富集还可以改善晶界结构，填补晶界空位，降低高温晶界滑动倾向，从而提高晶界强度，提高材料的蠕变塑性。通过前述设计，各元素按照本发明的配比进行组合后产生了协同的效果，具体如下。
C是奥氏体化元素和碳化物主要形成元素，可以稳定奥氏体相、抑制有害铁素体相产生，形成碳化物强化相可提高高温强度。但是，当C含量过高时，会降低材料韧性、焊接性，同时增加晶间腐蚀开裂倾向。在本发明中，C含量是0.05％～0.12％，优选是0.05％～0.08％，既可以稳定奥氏体相、抑制有害铁素体相产生，提高高温强度，又可以避免晶间腐蚀开裂倾向。
Si作为冶炼的脱氧剂添加，过量后会降低可焊性，同时在高温长时使用时容易形成有害的G相，影响组织稳定性。在本发明中，Si含量≤0.3％，可有效避免不利影响。
Mn作为冶炼时的脱氧、脱硫剂添加。在本发明中，Mn含量是0.2％～2％，优选是0.2％～1.5％，既可大幅提高纯净度，同时提高奥氏体稳定性，又不会影响热加工性。
Cr是不锈钢无缝管使用环境中耐高温氧化所必需的重要元素，至少保证在17％以上才起作用。然而，发明人通过研究惊人的发现，当Cr含量达到23％时，继续提高其含量并不能使效果有明显改善，反而会使不锈钢在高温长时使用时产生有害σ相。在本发明中，Cr含量是17～23％，既可以保证耐高温氧化性能，促进晶界碳化物的形成，提高高温强度，又可以有效避免产生有害σ相。
Ni是最有效的奥氏体形成元素，在Cr元素含量较高的情况下，为了保证奥氏体组织的稳定性，抑制δ铁素体析出，Ni含量不能低于13％；而过量添加Ni则会导致成本过高。在本发明中，Ni含量是13％～19％，优选是13％～16％。
在本发明中，Cu含量是1.5％～4％，优选是2.0％～3.5％，既可提高高温耐蚀性，同时可以形成弥散析出的富铜相以大幅提高高温持久强度，又不会使热加工性能恶化。
W在奥氏体基体中可以起到固溶强化的作用。在本发明中，W含量是0.1％～3％，优选是1.0％～2.6％，既可以发挥固溶强化的作用，同时在热处理和长期时效过程中在基体上沉淀析出大量的、细小的含W-Laves相，在显著提升材料的抗高温蠕变性能的同时，又不会降低热加工性和冲击韧性。
Nb可形成弥散析出的Nb(C,N)和NbCrN强化相，提高高温蠕变强，同时可以组织奥氏体晶粒异常长大，提高抗晶间腐蚀性能。但是Nb含量过高会影响焊接性，同时促进热加工过程中低熔点共晶化合物的形成，增加开裂倾向。在本发明中，Nb含量是0.1％～0.9％，优选是0.35％～0.55％。
在本发明中，N含量是0.1％～0.5％，优选是0.2％～0.3％，既可以提高奥氏体稳定性，同时通过固溶强化和析出强化作用可以提高高温强度，又可以避免过量的N会使韧性降低并增加加工难度。
B作为微量元素添加，可以起到净化晶界的作用，从而提高晶界强度，提高抗蠕变性能，但B过量时会形成低熔点相，促进焊接热裂纹产生。在本发明中，B含量是0.003％～0.006％，优选是0.003％～0.006％。
RE为稀土元素可以防止P、S有害元素在晶界偏聚，改善晶界结构，填补晶界空位，降低高温晶界滑动倾向，从而提高晶界强度。但是当其含量超过0.2％时容易形成过多的氧化物夹杂，会降低焊接性。在本发明中，RE含量是0.001％～0.2％，优选是0.02％～0.2％。考虑到经济因素，本发明的稀土元素通常采用Ce元素，此外，也可以加入Zr等其它稀土元素。
本发明的耐热不锈钢无缝管具有良好的力学性能、高温持久强度、抗高温氧化性能、抗高温腐蚀性能及高温组织稳定性，可以满足630-650℃超超临界电站锅炉管的使用要求。具体地，本发明的耐热不锈钢无缝管的屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥350MPa，断后伸长率≥40％，断面收缩率是≥50％，650℃外推10万小时持久强度≥138MPa，700℃外推10万小时持久强度≥91.3MPa。优选地，屈服强度是350MPa～550MPa，抗拉强度是350MPa～750MPa，断后伸长率是45％～100％，断面收缩率是60％～100％，650℃外推10万小时持久强度是138MPa～200MPa，700℃外推10万小时持久强度是91.3MPa～160MPa。更优选地，屈服强度是368MPa～413MPa，抗拉强度是710MPa～738MPa，断后伸长率是45.5％～51.0％，断面收缩率是71.0％～74.5％，650℃外推10万小时持久强度是138.5MPa～150.1MPa，700℃外推10万小时持久强度是91.3MPa～98.3MPa。其中，屈服强度是指是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。断后伸长率是指金属材料受外力(拉力)作用断裂时，试棒伸长的长度与原来长度的百分比。断面收缩率是指材料受拉力断裂时断面缩小，断面缩小的面积与原面积之比值。持久强度表征金属材料抗高温断裂的能力。
第二方面，本发明提供了一种耐热不锈钢无缝管的制备方法，包括：对铸锭开坯制成管坯；对所述管坯进行热加工制得毛管；对所述毛管进行精整，随后进行冷加工制得荒管；加热所述荒管并保温。
优选地，铸锭采用如下方法制得：合金料或废钢在电炉熔化，经过AOD炉脱碳和LF炉精炼后，钢水成分的重量百分比达到下述比例即可出钢：C0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr 17％～23％，Ni 13％～19％，Cu 1.5％～4％，W0.1％～3％，Nb 0.1％～0.9％，N 0.1％～0.5％，B 0.003％～0.006％，RE 0.001％～0.2％；随后将钢水浇铸成铸锭。
优选地，在对铸锭开坯制成管坯之前，先将所述铸锭红送加热，分为均热段、加热段和保温段。
优选地，对铸锭开坯制成管坯时，采用自由锻、径锻或轧制的方式开坯。开坯时所述铸锭表面温度是1050℃～1200℃，开坯结束时所述铸锭表面温度不低于900℃；所述铸锭的总变形量不低于40％。发明人通过研究发现，只要在前述温度区间内控制总形变量的下限就能够实现铸态组织的再结晶。
优选地，在对管坯进行热加工制得毛管时，采用热挤压法或热穿孔法对所述管坯进行热加工。
优选地，对毛管进行冷加工制得荒管时，采用1～3道次冷轧或冷拔的方式进行冷加工；其中，单道次变形量是30～60％，相邻两道次之间进行脱脂及退火。
在一种特别优选的具体实施方式中，本发明的制备方法依次包括：电炉→AOD→LF→连铸或模铸→轧制或锻造开坯→热挤压或热穿孔→矫直→喷丸→酸洗→1-3道次冷轧或冷拔→脱脂→热处理→矫直→平头→酸洗→表面检验→无损探伤→理化检验→包装入库。具体如下：
冶炼与浇铸工序：
合金料或废钢在电炉熔化，经过AOD炉脱碳和LF炉精炼后，钢水成分的重量百分比达到下述比例即可出钢：C 0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr 17％～23％，Ni 13％～19％，Cu 1.5％～4％，W 0.1％～3％，Nb 0.1％～0.9％，N 0.1％～0.5％，B 0.003％～0.006％，RE 0.001％～0.2％。随后，采用模铸或连铸的方法将钢水浇铸出铸锭。
开坯工序：
铸锭采用自由锻、径锻或轧制的方式开坯。
开坯前将铸锭红送加热，分为均热段、加热段、和保温段。均热段温度为1100±50℃，保温时间根据铸锭厚度计算，取0.8～1.8min/mm，即保温时间是0.8～1.8min/mm×铸锭厚度；加热段的加热速度为80～150℃/h；保温段温度为1180±50℃，时间根据铸锭厚度计算，取0.5～1.5min/mm，即保温时间是0.5～1.5min/mm×铸锭厚度，从而可以确保铸锭烧透、均匀，合金第二相相全部回溶，而且避免加热速度过快引起的热应力。
开轧或开锻时，保证表面温度为不低于1050℃，终轧或终锻时，保证表面温度为不低于900℃，防止锻造时表面热塑性下降引起的开裂。轧制或锻造的总变形量不小于40％，以保证铸锭晶粒全部破碎并完成动态再结晶。
钢管热加工工序：
可以采用热挤压法或热穿孔法进行本工序。
A、热挤压法
先将管坯中心钻30～80mm的定心孔，经过环形炉预热至900～970℃，加热时间根据管坯直径计算，取0.5～1.5min/mm，保证管坯烧透、均匀，且第二相全部回溶。
管坯预热完毕出炉后通过感应炉加热至1120～1180℃，出炉经过高压水除鳞，在表面和内孔均匀附着一层玻璃粉，起到润滑和隔热作用，采用立式穿孔机将扩孔，扩孔后内径D0＝D+50mm，式中D为毛管内径。
扩孔后的管坯再起进入感应炉加热至1150～1230℃，出炉经过高压水除鳞，在表面和内孔均匀附着一层玻璃粉，进入卧室挤压机进行挤压，挤压比控制在6～12，挤压速度为100～170mm/s，保证组织充分再结晶的同时，防止挤压载荷过大导致“闷车”，挤压结束后的毛管立即入水急冷。
B、热穿孔法
直接将实心管坯在斜底炉加热至1050～1150℃，加热时间根据管坯直径计算，取1.5～2.5min/mm，保证管坯烧透、均匀；管坯出炉后采用两辊斜轧锥式穿孔机或菌式穿孔机进行穿孔，穿孔前保证表面温度不低于1030℃，防止表面热塑性下降引起应力开裂；穿孔顶头涂抹玻璃粉进行润滑，轧辊距为70～120mm，顶头前伸量为50～70mm，送进角为10～15°；穿孔轧制速度控制在0.5～1.2m/s，防止速度过快引起内表面剧烈温升导致内壁开裂。
毛管精整工序：
热加工后的毛管矫直后，内外表面均进行喷丸处理，将表面附着的凝固态玻璃粉打碎去除，防止后续酸洗不干净。喷丸后经过酸洗、修磨等精整处理后进行冷加工。
钢管冷加工和成品热处理工序：
精整后的毛管采用1-3道次的冷轧或冷拔的方法进行冷加工，单道次变形量控制在30～60％，每道次冷变形之间都要进行脱脂及中间退火，以消除应力、调整组织，退火温度1100～1200℃，保温时间根据壁厚不小于1.5min/mm，水冷，退火后矫直、平头、酸洗等处理后得到半成品荒管。最后一道次变形完后进行成品热处理，加热温度1120～1220℃，保温时间根据壁厚不小于2min/mm，水冷。热处理后的钢管经过矫直、锯切、酸洗、表面检验、无损探伤、包装等工序后得到成品钢管。
上述各步骤采用的都是本领域的常规设备，在实际生产中，本领域技术人员可以根据需要选择合适的设备。
本发明的方法采用电炉+AOD+LF工艺冶炼出铸锭，经过锻造或轧制开坯制造管坯，采用热挤压或热穿孔的方法加工成毛管，再经过1-3道次冷轧(拔)+热处理的工艺生产出成品无缝管。具有良好的力学性能和高温持久强度，可以满足630-650℃高参数超超临界电站锅炉管的使用要求。
实施例
下面对实施例中使用的各个物质的来源进行说明，如果没有特别说明，所使用的原料和仪器均是商购获得，是本领域常规使用仪器和原料，只要其能满足实验需要即可。
屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率测试方法为：GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》
650℃外推10万小时持久强度和700℃外推10万小时持久强度测试方法为：GB/T2039-2012《金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》
实施例1
实施例1的不锈钢无缝管的组成如表1所示。
实施例1的不锈钢无缝管的制备方法是：
合金料在电炉熔化，经过AOD脱碳和LF精炼后采用模铸方法浇铸出铸锭。红送至均热炉在1120℃加热，保温时间1.2min/mm；以100℃/h加热至1200℃按照1.0min/mm保温。采用径锻方式开坯，开锻温度1150℃，终锻温度950℃，锻造的总变形量75％，制造成管坯。
将管坯中心钻40mm的定心孔，环形炉预热至950℃，加热时间1.2min/mm，出炉通过感应炉加热至1150℃，经过高压水除鳞，在表面和内孔均匀附着一层玻璃粉，采用立式穿孔机将扩孔，扩孔后的管坯再起进入感应炉加热至1200℃，出炉经过高压水除鳞，在表面和内孔均匀附着一层玻璃粉，进入卧室挤压机进行挤压，挤压比控制在8～11，挤压速度为150mm/s，挤压结束后的毛管立即入水急冷。毛管矫直后，内外表面均进行喷丸处理，经过酸洗、修磨等精整处理后采用冷轧+冷拔+冷轧3道次进行冷加工。单道次变形量为45～50％，中间退火温度1150℃，保温时间1.0min/mm，水冷。成品热处理温度1200℃，保温时间2.5min/mm，水冷。热处理后的钢管经过矫直、锯切、酸洗、表面检验、无损探伤、包装等工序后得到成品钢管。
实施例2
实施例2的不锈钢无缝管的组成如表1所示。
实施例2的不锈钢无缝管的制备方法是：
合金料在电炉熔化，经过AOD脱碳+和LF精炼后采用连铸方法浇铸出铸锭。红送至均热炉在1130℃加热，保温时间1.1min/mm；以110℃/h加热至1200℃按照1.0min/mm保温。采用热轧方式开坯，开轧温度1120℃，终轧温度920℃，轧制的总变形量65％，制造成管坯。
直接将实心管坯在斜底炉加热至1120℃，加热时间2.0min/mm，出炉后采用菌式穿孔机进行穿孔，穿孔前表面温度1080℃，顶头涂抹玻璃粉进行润滑，轧辊距为85mm，顶头前伸量为60mm，送进角为12°；穿孔轧制速度0.8m/s。毛管矫直后，内外表面均进行喷丸处理，经过酸洗、修磨等精整处理后采用2道次冷轧进行冷加工。单道次变形量为50～55％，中间退火温度1130℃，保温时间1.0min/mm，水冷。成品热处理温度1180℃，保温时间2.5min/mm，水冷。热处理后的钢管经过矫直、锯切、酸洗、表面检验、无损探伤、包装等工序后得到成品钢管。
实施例3至6
实施例3-6的不锈钢无缝管的组成如表1所示。制备方法与实施例1相同，区别仅在于铸锭的组成根据表1进行相应调整。
对比例1-3
对比例1-3为现有技术中的已知合金，分别是TP347HFG、Super304H和HR3C，组成如表1所示。
各实施例及对比例的室温力学性能如表2所示，高温持久强度如表3所示。表1各实施例与对比例的元素组成(重量百分比)
表2各实施例与对比例常温力学性能
由表2可以看出，本发明各实施例的无缝钢管的力学性能明显高于对比例。
表3实施例与对比例高温持久强度
由表3可以看出，本发明各实施例的无缝钢管在650℃和700℃高温持久强度明显高于对比例。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种耐热不锈钢无缝管，其特征在于，按重量百分比计，由如下元素组成：C 0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr 17％～23％，Ni 13％～19％，Cu 1.5％～4％，W 0.1％～3％，Nb 0.1％～0.9％，N 0.1％～0.5％，B 0.003％～0.006％，RE 0.001％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂质；
其中，所述耐热不锈钢无缝管的650℃外推10万小时持久强度≥138MPa，700℃外推10万小时持久强度≥91.3MPa；
其中，所述耐热不锈钢无缝管采用依次包括如下步骤的方法制备：
(1)对铸锭开坯制成管坯；
(2)对所述管坯进行热加工制得毛管；
(3)对所述毛管进行精整，随后进行冷加工制得荒管；
(4)加热所述荒管并保温；
并且，在步骤(1)之前，将所述铸锭红送加热，分为均热段、加热段和保温段；其中，均热段温度为1050℃～1150℃，均热段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.8～1.8min/mm计算；加热段的加热速度为80～150℃/h；保温段温度为1130℃～1230℃，保温段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.5～1.5min/mm计算；在步骤(1)中，开坯时所述铸锭表面温度是1050℃～1150℃，开坯结束时所述铸锭表面温度≥900℃；所述铸锭的总变形量≥40％。
2.根据权利要求1所述的耐热不锈钢无缝管，其特征在于，按重量百分比计，由如下元素组成：C 0.05％～0.08％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～1.5％，P≤0.03％，S≤0.005％，Cr17％～23％，Ni 13％～16％，Cu 2.0％～3.5％，W 1.0％～2.6％，Nb 0.35％～0.55％，N0.15％～0.3％，B 0.003％～0.006％，RE 0.02％～0.2％，余量为铁Fe和不可避免杂质。
3.根据权利要求1或2所述的耐热不锈钢无缝管，其特征在于，所述耐热不锈钢无缝管的屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥350MPa，断后伸长率≥40％，断面收缩率是≥50％。
4.权利要求1-3任一项所述的耐热不锈钢无缝管的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
(1)对铸锭开坯制成管坯；
(2)对所述管坯进行热加工制得毛管；
(3)对所述毛管进行精整，随后进行冷加工制得荒管；
(4)加热所述荒管并保温。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铸锭采用如下方法制得：合金料或废钢在电炉熔化，经过AOD炉脱碳和LF炉精炼后，钢水成分的重量百分比达到下述比例即可出钢：
C 0.05％～0.12％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～2％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr 17％～23％，Ni 13％～19％，Cu 1.5％～4％，W 0.1％～3％，Nb 0.1％～0.9％，N 0.1％～0.5％，B 0.003％～0.006％，RE 0.001％～0.2％；
随后将钢水浇铸成铸锭。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)之前，将所述铸锭红送加热，分为均热段、加热段和保温段；其中，均热段温度为1050℃～1150℃，均热段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.8～1.8min/mm计算；加热段的加热速度为80～150℃/h；保温段温度为1130℃～1230℃，保温段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.5～1.5min/mm计算。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，采用自由锻、径锻或轧制的方式开坯。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，开坯时所述铸锭表面温度是1050℃～1200℃，开坯结束时所述铸锭表面温度≥900℃；所述铸锭的总变形量≥40％。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，采用热挤压法或热穿孔法对所述管坯进行热加工。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，采用1～3道次冷轧或冷拔的方式进行冷加工；其中，单道次变形量是30～60％，相邻两道次之间进行脱脂及退火，退火温度1100℃～1200℃，保温时间根据所述毛管的壁厚按照1.5-2min/mm计算。
11.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，加热温度是1120℃～1220℃，保温时间根据所述荒管的壁厚按照2-2.5min/mm计算。
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