CN107779741B

CN107779741B - 一种火电站热交换器壳体用特厚钢板及其热处理工艺

Info

Publication number: CN107779741B
Application number: CN201610729040.9A
Authority: CN
Inventors: 王储; 艾芳芳; 胡昕明; 马明; 张健; 王长顺; 隋轶; 刘祥; 欧阳鑫; 赵启斌
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2036-08-26
Also published as: CN107779741A

Abstract

本发明公开一种火电站热交换器壳体用特厚钢板及其热处理工艺。钢中化学成分按重量百分比为：C 0.15％～0.20％、Si 0.15％～0.40％、Mn 0.90％～1.40％、S≤0.005％、P≤0.010％、Mo 0.20％～0.40％、Ni 0.10％～0.30％、Nb 0.02％～0.05％、Al_t 0.02％～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。热处理工序中，淬火温度880～920℃，保温时间1～3min/mm，正火温度为890～930℃，保温时间为1.5～2.5min/mm；回火温度670～690℃，保温时间2～4min/mm；第一次焊后热处理温度为600～620℃，保温6～12h；第二次焊后热处理温度为640～660℃，保温6～12h，生产的90～150mm厚的钢板具有良好的强度和韧性。

Description

一种火电站热交换器壳体用特厚钢板及其热处理工艺

技术领域

本发明涉及一种用于火力发电厂内部热交换器壳体用钢板及其热处理工艺，属于冶金行业。

背景技术

在火力发电站内部，除了配置有锅炉、汽轮机、发电机等三大核心设备外，还有高、低压加热器、冷凝器、过热器、省煤器、空气预热器等将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，即换热器，又称热交换器。它是在一个大的密闭容器内装上水或其他介质，而在容器内有管道穿过，让热水从管道内流过，由于管道内的热水和容器内冷水的温度差，会形成热交换，这样就把管道里水的热量交换给了容器内的冷水。热交换器是电站内部必不可少的设备，安装在核心设备之间起到承上启下及能源循环利用的作用。

随着火力发电站装机能力的提高，电站内的整体装备也随之不断升级，因此组成热交换器的外部壳体及内部管道的强度级别也随之提高。虽然同属热交换器，但由于接触的介质不同，壳体和管道选用的材质不同，一般不洁净和易结垢流体走管内，方便清洗；被冷却流体走管内，可利用外壳向外散热作用，增强冷却效果。饱和蒸汽走壳程，便于及时排除冷凝液，且蒸汽较清洁；冷热流体温差较大时，对流系数大者走壳程，因为壁面温度与辐射传热系数(α)大的流体温度相近，可以减少热应力。热交换器的制造过程中需要将壳体与管道采用焊接方式链接，焊后需要统一进行热处理，消除焊接过程中产生的应力，保证壳体与管体材质性能的稳定性，而换热器的管体升级为12Cr1MoVR低合金钢，根据NBT 47015-2011要求该钢的焊后热处理温度为650℃，壳体材质未升级前采用Q345R等牌号，经过与管体用钢12Cr1MoVR共同焊后热处理后，性能会严重恶化，无法满足壳体使用要求。

公布号CN 105008590 A公开了“钎焊性优良的铁素体系不锈钢板、热交换器、热交换器用铁素体系不锈钢板、铁素体系不锈燃料供给体系构件用铁素体系不锈钢及燃料供给体系部件钢”，该发明专利提供一种不锈钢钢板，且主要应用在汽车部件上，与本发明有较大差异。

为了解决上述火电站热交换器壳体用钢升级问题，本发明意在采用一种合理的化学成分设计，即适量提高合金及微合金元素、控制有害元素，通过冶炼、轧制及特殊热处理工艺，使壳体钢种与现有12Cr1MoVR管体钢种有效配合，保证壳体钢板性能升级的同时确保热交换器稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种火电站热交换器壳体用钢板及其生产方法，通过全新的化学成分设计，合理的冶炼、轧制及特殊热处理工艺，制造出能够满足与管体升级后的钢种12Cr1MoVR共同焊后热处理后，性能依然稳定优异的特厚钢板。

具体的技术方案是：

一种火电站热交换器壳体用钢板，其化学成分按重量百分比计为：C 0.15％～0.20％、Si 0.15％～0.40％、Mn 0.90％～1.40％、S≤0.005％、P≤0.010％、Mo 0.20％～0.40％、Ni 0.10％～0.30％、Nb 0.02％～0.05％、Al_t 0.02％～0.05％，余量为Fe及不可避免夹杂；

钢板中合金元素C、Si、Mn、P、S、Ni、Mo、Nb、Al_t限定量的理由详述如下：

C是提高钢强度的最主要元素，通过固溶强化和析出强化提高钢的强度，提高淬透性，及保证钢的强度和焊后热处理强度，因此下限限定为0.15％，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能，因此上限限定为0.20％。因此本发明将C含量定为0.15％～0.20％。

Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，Si和Mo结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，超过0.5％时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能，因此本发明将Si含量限定在0.15％～0.40％。

Mn能增加钢的韧性、强度和硬度，是强烈稳定奥氏体的元素，可有效地降低奥氏体的分解速度，提高钢的淬透性，Mn含量高会增强回火脆性，因此本发明将Mn含量范围限定为0.90％～1.40％。

S和P都是钢中有害元素，增加钢的脆性，因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量，因此本发明将S、P的含量控制在：S≤0.005％，P≤0.010％。

Mo在钢中能推迟奥氏体转变孕育时间，使珠光体和铁素体转变曲线右移，促进中温转变，提高淬透性，同时钼是强碳化物形成元素，回火过程中固溶于基体中的钼容易形成MxC等合金化合物，保证回火及焊后热处理的强度，因此下限限定为0.2％，但Mo含量过高反而会导致钢的脆化，因此上限限定在0.4％，因此本发明将Mo含量限定在0.20％～0.40％。

Ni是扩大奥氏体区的合金元素，能降低相变温度，提高钢的淬透性，保证钢在较低淬火温度就能淬透。能够细化铁素体晶粒，提高钢的塑性和韧性，尤其是低温韧性，降低韧脆转变温度，因此下限限定为0.1％。但由于Ni属于贵金属元素，从性价比考虑，上限限定为0.30％，本发明将Ni含量限定在0.10％～0.30％。

Nb能生成高度分散的强固的碳化物NbC(熔点3500℃)，所以可细化晶粒，加热至1100～1200℃时，仍可阻止晶粒长大，Nb虽可细化晶粒而提高钢的韧性，但含量过高时，会生成铁素体δ相或其它脆性相，而使其韧性降低，因此本发明将Nb含量限定在0.02％～0.05％。

Al_t是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能，因此本发明将Al_t含量限定在0.02％～0.05％。

一种火电站热交换器壳体用特厚钢板的生产工艺包括：铁水预处理—冶炼—连铸—铸坯加热—轧制—热处理—焊后热处理—检验。

(1)加热工艺：通过控制钢坯的加热工艺，确保合金元素充分固溶，并有效抑制原始奥氏体晶粒长大，板坯加热温度控制在1150～1250℃，保温时间4～8小时。

(2)轧制工艺：轧制采用两阶段轧制工艺，具体工艺参数为：一阶段开轧温度≥1150℃、一阶段道次压下率15％～20％、中间坯厚度为2～2.5倍成品钢板厚度；二阶段开轧温度880～860℃、二阶段终轧温度860～840℃、二阶段累计压下率50％～65％。

(3)轧后冷却工艺：轧后采用直接淬火(DQ)+加速冷却(ACC)进行冷却，开冷温度为840～800℃、返红温度为500～550℃。

(4)冷却后堆垛缓冷，堆垛温度≥400℃，堆垛时间24～48小时。

(5)热处理工序：采用正火加回火前进行淬火预处理工艺，具体工艺为淬火温度880～920℃，保温时间为1～3min/mm，高压区水量70～100m³/min、水压8～10bar、上下水比1:(2～3)；低压区水量150～180m³/min、水压3～5bar、上下水比1:(2～3)，低压区摆动浇水，辊速0.8～1.2m/s；正火温度为890～930℃，保温时间为1.5～2.5min/mm；回火温度670～690℃，保温时间2～4min/mm。

通常情况下，钢板经过焊后热处理，强度和塑韧性均会下降，由于热交换器的制造工艺要求，该钢种需要进行两次焊后热处理，两次处理的温度和时间均不同，这种情况下对钢板的性能是极大考验。因此必须保证钢板在焊后热处理前性能富裕量较大，这就需要在正火加回火前采用淬火预处理，加大冷却时的过冷度细化原始组织，在随后的正火处理时，进一步细化组织，得到具有良好强韧性配比的先析出铁素体和回火贝氏体组织。

(6)焊后热处理工艺：第一次焊后热处理工艺的温度为600～620℃，保温6～12h；第二次焊后热处理工艺的温度为640～660℃，保温6～12h，两次焊后热处理工艺400℃以上升温、降温速率控制在≤55℃/h。

有益效果：

本发明的有益效果是通过合理的化学成分设计，采用能够提高强度、细化晶粒的淬火+正火处理工艺配以提高韧性的回火工艺，经焊后热处理后力学性能得到大幅提升，满足热交换器壳体用钢升级换代的作用，确保设备的使用安全及延长设备使用寿命，本发明的钢板热处理态和焊后热处理态各项力学性能指标为Rel≥400MPa、Rm≥570MPa、A≥19％、(-20℃)KV₂≥100J，厚度规格为90～150mm。

具体实施方式

本发明涉及的技术问题采用下述技术方案解决：一种火电站热交换器壳体用特厚钢板及其热处理工艺，其化学成分质量百分比为：C0.15％～0.20％、Si 0.15％～0.40％、Mn 0.90％～1.40％、S≤0.005％、P≤0.010％、Mo 0.20％～0.40％、Ni 0.10％～0.30％、Nb 0.02％～0.05％、Al_t 0.02％～0.05％，余量为Fe及不可避免夹杂。采用正火加回火前进行淬火预处理工艺，具体工艺为淬火温度880～920℃，保温时间为1～3min/mm，高压区水量70～100m³/min、水压8～10bar、上下水比1:(2～3)；低压区水量150～180m³/min、水压3～5bar、上下水比1:(2～3)，低压区摆动浇水，辊速0.8～1.2m/s；正火温度为890～930℃，保温时间为1.5～2.5min/mm；回火温度670～690℃，保温时间2～4min/mm。焊后热处理工艺为：第一次焊后热处理工艺的温度为600～620℃，保温6～12h；第二次焊后热处理工艺的温度为640～660℃，保温6～12h，两次工艺400℃以上升温、降温速率控制在≤55℃/h。

以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。

其中表1为本发明实施例钢和对比例钢所涉及成分，表2实施例钢和对比例钢的轧制工艺，表3为本发明实施例钢和对比例钢热处理工艺参数，表4为本发明实施例钢和对比例钢焊后热处理工艺参数，表5为本发明实施例钢和对比例钢热处理后力学性能，表6为本发明实施例钢和对比例钢实施例焊后热处理后的力学性能。

表1实施例钢和对比例钢化学成分(wt，％)

序号	C	Si	Mn	P	S	Mo	Ni	Nb	Als
										实施例1	0.15	0.16	0.95	0.009	0.003	0.21	0.12	0.023	0.023
实施例2	0.17	0.38	1.14	0.008	0.002	0.40	0.20	0.037	0.035
										实施例3	0.18	0.27	1.21	0.008	0.003	0.35	0.25	0.044	0.027
实施例4	0.20	0.26	1.40	0.009	0.002	0.36	0.30	0.048	0.046
										对比例1	0.17	0.25	1.41	0.008	0.003	/	/	0.04	0.037
对比例2	0.18	0.29	1.38	0.009	0.002	/	/	0.038	0.033

表2实施例钢和对比例钢的轧制工艺

表3实施例钢和对比例钢热处理工艺参数

表4实施例钢和对比例钢焊后热处理工艺参数

表5实施例钢和对比例钢热处理后力学性能

表6实施例钢和对比例钢焊后热处理力学性能

从实施例和对比例可以看出，本发明实施例钢经过轧制、热处理后，其屈服强度在465MPa以上，抗拉强度在617MPa以上，延伸率在26％以上，冲击功值大于260J，各项性能全面优于对比例钢。经焊后热处理，其屈服强度在441MPa以上，抗拉强度在593MPa以上，延伸率在25.5％以上，冲击功值大于235J，各项性能同样优于对比例钢，说明该成分和生产工艺的合理搭配能够得到性能优异的新钢种。

Claims

1.一种火电站热交换器壳体用特厚钢板的热处理工艺，钢板的生产工艺为：铁水预处理—冶炼—连铸—铸坯加热—轧制—热处理—焊后热处理—检验，其特征在于，

钢中化学成分按重量百分比为：C 0.15％～0.20％、Si 0.15％～0.40％、Mn 0.90％～1.40％、S≤0.005％、P≤0.010％、Mo 0.20％～0.40％、Ni 0.10％～0.30％、Nb 0.02％～0.05％、Al_t 0.02％～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板的厚度为90～150mm；

铸坯加热温度控制在1150～1250℃，保温时间4～8h；轧制采用两阶段轧制工艺，一阶段开轧温度≥1150℃、一阶段道次压下率15％～20％、中间坯厚度为2～2.5倍成品钢板厚度；二阶段开轧温度880～860℃、二阶段终轧温度860～840℃、二阶段累计压下率50％～65％；轧后采用DQ+ACC进行冷却，开冷温度为840～800℃、返红温度为500～550℃；冷却后采用堆垛缓冷，堆垛温度≥400℃，堆垛时间24～48h；

热处理工序采用淬火预处理+正火+回火工艺，淬火温度880～920℃，保温时间为1～3min/mm，高压区水量70～100m³/min、水压8～10bar、上下水比1:(2～3)；低压区水量150～180m³/min、水压3～5bar、上下水比1:(2～3)，低压区摆动浇水，辊速0.8～1.2m/s；正火温度为890～930℃，保温时间为1.5～2.5min/mm；回火温度为670～690℃，保温时间2～4min/mm；

焊后热处理工艺中，第一次焊后热处理工艺的温度为600～620℃，保温6～12h，400℃以上升温、降温速率控制在≤55℃/h；第二次焊后热处理工艺的温度为640～660℃，保温6～12h，400℃以上升温、降温速率控制在≤55℃/h。