CN109182911A - 一种压力容器用热强合金钢锻圆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力容器用热强合金钢锻圆，涉及合金领域，按质量百分数计，包括C0.19～0.23％，Mn0.60～0.80％，Si0.30～0.40％，P≤0.012％，S≤0.012％，Cr1.30～1.50％，Ni0.40～0.50％，Mo0.90～1.10％，Al0.02～0.05％，Cu≤0.30％，V0.25～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质，其具有较强的耐高温、高压以及耐腐蚀的性能，同时其制备方法较为简单适合规模化生产。

Description

一种压力容器用热强合金钢锻圆及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金领域，特别涉及一种压力容器热强合金及其制备方法。
背景技术
21CrMoV5-11是一种合金结构钢，属于热强钢，可在530℃左右长期工作，主要用于石油化工、煤转化、核电、汽轮机缸体、火电等使用条件苛刻、腐蚀介质的场合，如：锅炉、反应器、加热器、蒸汽发生器等。但与此同时，近年来，压力容器工业的发展趋势看，装备技术与装置正在逐步向大型化、高参数化发展，无疑对压力容器结构件的加工设备提出了更高的要求，为此有必要进一步提升21CrMoV5-11的耐高温、高压和耐腐蚀性的性能，以保证生产过程中安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种压力容器用热强合金钢锻圆，其具有较强的耐高温、高压的性能，同时其耐腐蚀能力也较强，适合用于压力容器生产使用，并且生产方法较为较为简便，适合规模化进行生产。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种压力容器用热强合金钢锻圆，按质量百分数计，包括C0.19～0.23％，Mn0.60～0.80％，Si0.30～0.40％，P≤0.012％，S≤0.012％，Cr1.30～1.50％，Ni0.40～0.50％，Mo0.90～1.10％，Al0.02～0.05％，Cu≤0.30％，V0.25～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质。
通过采用上述技术方案，通过采用上述技术方案，首先Cr能够有效地提高合金的淬透性，以获得所需的强度，并且Cr有助于提高合金的耐腐蚀的性能。而Ni也有助于提高合金的淬透性和改善低温韧性。再者，V以细小的碳化物形成存在时，能够细化晶粒，从而减小变形和改善韧性；当其融入于合金之后，并以固体形式存在时，能够有效提高淬透性及机械强度，有效地提高了合金的耐高温和耐高压的性能。
优选为，还包括Ce0.67～0.89％和Sn0.63～0.79％。
通过采用上述技术方案，铈不仅能够细化晶柱，增加塑性，改善加工性能，同时由于铈拥有较强亲锡能力，因而会优先与Sn化合，这些优先析出、分布均匀的化合物能够成为进一步的非均质形核中心，使得合金的组织进一步的细化，同时也减少了合金中块状的Cu6Sn6化合物的数量，改善了合金的组织分布，从而使合金的力学性能得到提高。尤其增强了合金的耐高温和高压的性能。
优选为，还包括Ca1.1～1.3％和In0.9～1.3％。
通过采用上述技术方案，Ca能与合金当中的多种组分进行组合，Ca与In形成共晶，且Ca在In中可溶解10％为性能优良的β固溶体，Ca-Cu形成包晶型二元状态，使得合金具备优良塑性、可变形加工。
一种压力容器用热强合金钢锻圆的制备方法，其包括以下步骤：
S1、按质量分数计，将含有C0.43～0.57％、Mn0.73～0.92％、P0.13～0.25％、S0.14～0.18％和Al0.15～0.21％的钢加入到转炉中进行冶炼，之后依次向转炉中加入人造石墨、脱氧剂、铜、硅、铬、镍、钼、铝、钒和其他金属元素，且全程从转炉炉底吹入Ar，控制氧压≥0.9Mpa，而冶炼的终点为C0.25～0.27％、P≤0.015％，铁水的温度达到1634～1648℃，之后进行出钢；
S2、将S1中出钢的钢水被转移到LF炉进行精炼中，并从LF炉炉底吹入Ar，同时向LF炉加入石灰、碳化硅、电石和萤石进行通电造渣，之后钢包吊出；
S3、将S2中钢包吊入到VD炉中，并从VD炉炉底吹入Ar，同时进行合盖真空脱气处理，经软吹处理之后，吊包出炉；
S4、将钢包通过连铸机注铸坯，控制连铸中间包钢温度为1496～1531℃；
S5、对钢坯进行锻造，并进行调质热处理，得到钢锭；
S6、将钢锭吊运至锻压机，锻压得到锻圆。
通过采用上述技术方案，在冶炼和精炼的过程中都通入Ar气，这样有利于对钢水起到保护，保证了钢水的正常脱氧，同时也降低了钢水被再次氧化的概率。另外，最终生产出来的锻圆具有较强的硬度，从而也提高了其制成压力容器后所具备的较强耐高压的性能。
优选为，S1中铜和硅是以铜硅合金的方式进行添加的。
通过采用上述技术方案，Si通过采用铜硅合金的方式引入到合金中，而Sn能使铜硅合金的枝晶偏析加重，使得浇铸完成之后的合金中合金热轧组织的细化，使得合金力学性能的影响显著，便于对合金进行后续的加工。
优选为，S5中调质过程选用油淬，且油淬温度为850℃，回火温度为600℃。
通过采用上述技术方案，将C控制在接近上限0.22％～0.23％，并利用油淬且油淬的温度为850℃而回火温度为600℃，这样最终合金在高温500～600℃时，仍具有高的屈服强度。
优选为，S2中通电造渣分为两次通电，第一次通电采用6级电压化渣，送电加热造渣10min，第二次通电采用4级电压，同时白灰加2～3批，总量≥500Kg。
通过采用上述技术方案，首先利用6级电压化渣，这是为了能够使钢水中的各杂质物质和元素快速地与钢水的主要元素发生化学键的断裂而分离，之后采用4级电压，并同时加入白灰，这样能够使白灰和杂质物质及杂质元素发生化学反应，生成新的稳定炉渣，进而便于被除去。
优选为，S3中软吹过程中，向VD炉加入碳化稻壳覆盖全渣面。
通过采用上述技术方案，此处碳化稻壳相当于表面助溶剂，当金属熔融时，表面助熔剂在熔融金属表面形成保护层，使金属与气体介质分开，既可减少熔融金属的飞溅损失，又可降低熔融物中气体的饱和度，最大限度的防止了在钢材制作过程中的氧化和烧损，同时木炭代替传统生产方法的草木灰作为覆盖物，消除了K元素对钢材后续防锈性能的不利影响。
优选为，S4中中包开浇后中包钢液到2/3高度时加入中包覆盖剂，待中包钢液达到最高后，加入碳化稻壳。
分多次向中包中加入覆盖剂，这样能够形成多层保护，从而一方面能够减少熔融金属的飞溅损失，另一方面也能够降低熔融物中气体的饱和度，最大限度地防止了中包浇铸过程中的氧化和烧损。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、Cr、Ni和V的加入细化了合金的晶粒，增强了其力学性能强度，并且Cr本身对于合金本身的耐腐蚀性能也有明显的改善；
2、Ce不仅能够细化合金组织的晶粒，同时其也能够改善合金的组织分布，从而使合金的力学性能得到提高；
3、本申请整体的制备方法较为简便，适合规模化进行生产。
具体实施方式
一种压力容器用热强合金刚的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按质量分数计，将含有C0.43～0.57％、Mn0.73～0.92％、P0.13～0.25％、S0.14～0.18％和Al0.15～0.21％的钢加入到转炉中进行冶炼，之后依次向转炉中加入人造石墨、脱氧剂、铜硅合金、铬、镍、钼、铝、钒和其他金属元素，且全程从转炉炉底吹入Ar，控制氧压≥0.9Mpa，而冶炼的终点为C0.25～0.27％、P≤0.015％，铁水的温度达到1634～1648℃，之后进行出钢；
步骤二、将步骤一中出钢的钢水被转移到LF炉进行精炼中，并从LF炉炉底吹入Ar，同时向LF炉加入石灰、碳化硅、电石和萤石进行通电造渣，第一次通电采用6级电压化渣，送电加热造渣10min，第二次通电采用4级电压，同时白灰加2～3批，总量≥500Kg，之后向LF炉喂硅钙线150～200m/炉，喂线速度为3～5m/s，最后再将钢包吊出；；
步骤三、将步骤二中钢包吊入到VD炉中，并从VD炉炉底吹入Ar，同时进行合盖真空脱气处理，当真空度达到0.5托以下后，保持时间≥15min，之后在进行软吹处理，同时向VD炉加入碳化稻壳覆盖全渣面，继续保持20min，最后进行吊包出炉；
步骤四、将钢包通过连铸机注铸坯，且中包开浇后中包钢液到2/3高度时加入中包覆盖剂，待钢液达到最高后，加入碳化稻壳，同时整个过程控制连铸中间包钢温度为1496～1531℃，并利用结晶器保护高碳保护渣，最终得到钢坯；
步骤五、对钢坯进行锻造，并在850℃温度对钢坯油淬进行调质，之后于600℃回火进行热处理，得到钢锭；
步骤六、将钢锭再加热至1190～1200℃，之后吊运至锻压机中，先锻为方形，后压棱，最后压为圆形，得到锻圆。
此处，脱氧剂为硅铝钡脱氧剂，覆盖剂选用的是干馏后的木炭。
根据上述的操作方法，分别得到表一中实施例一至实施例八锻圆的组分含量：
表一
对实施例一至实施例八的锻圆制成压力容器进行室温屈服强度、500℃屈服强度、抗拉强度、延伸率、20℃冲击功KV、硬度及耐酸碱的测试，结果如表二所示：
表二
从上表二可以清楚的看出，本申请的压力容器用热强合金钢锻圆均具有良好的强度力学性能和耐酸碱的能力，能够有效的满足多种压力容器所需，并且从实施例六至实施例八和实施例四、实施例五和实施例二的对比看出，添加了Ce、Sn、Ca和In，能够进一步提高锻圆的力学性能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种压力容器用热强合金钢锻圆，其特征在于：按质量百分数计，包括C0.19～0.23％，Mn0.60～0.80％，Si0.30～0.40％，P≤0.012％，S≤0.012％，Cr1.30～1.50％，Ni0.40～0.50％，Mo0.90～1.10％，Al0.02～0.05％，Cu≤0.30％，V0.25～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种压力容器用热强合金钢锻圆，其特征在于：还包括0.67～0.89％和Sn0.63～0.79％。
3.根据权利要求2所述的一种压力容器用热强合金钢锻圆，其特征在于：还包括Ca1.1～1.3％和In0.9～1.3％。
4.如权利要求1至3中任意一项权利要求所述的一种压力容器用热强合金钢锻圆的制备方法，其包括以下步骤：
S1、按质量分数计，将含有C0.43～0.57％、Mn0.73～0.92％、P0.13～0.25％、S0.14～0.18％和Al0.15～0.21％的钢加入到转炉中进行冶炼，之后依次向转炉中加入人造石墨、脱氧剂、铜、硅、铬、镍、钼、铝、钒和其他金属元素，且全程从转炉炉底吹入Ar，控制氧压≥0.9Mpa，而冶炼的终点为C0.25～0.27％、P≤0.015％，铁水的温度达到1634～1648℃，之后进行出钢；
S2、将S1中出钢的钢水被转移到LF炉进行精炼中，并从LF炉炉底吹入Ar，同时向LF炉加入石灰、碳化硅、电石和萤石进行通电造渣，之后钢包吊出；
S3、将S2中钢包吊入到VD炉中，并从VD炉炉底吹入Ar，同时进行合盖真空脱气处理，经软吹处理之后，吊包出炉；
S4、将钢包通过连铸机注铸坯，控制连铸中间包钢温度为1496～1531℃；
S5、对钢坯进行锻造，并进行调质热处理，得到钢锭；
S6、将钢锭吊运至锻压机，锻压得到锻圆。
5.根据权利要求4所述的一种压力容器用热强合金钢锻圆的制备方法，其特征在于：S1中铜和硅是以铜硅合金的方式进行添加的。
6.根据权利要求4所述的一种压力容器用热强合金钢锻圆的制备方法，其特征在于：S5中调质过程选用油淬，且油淬温度为850℃，回火温度为600℃。
7.根据权利要求4所述的一种压力容器用热强合金钢锻圆的制备方法，其特征在于：S2中通电造渣分为两次通电，第一次通电采用6级电压化渣，送电加热造渣10min，第二次通电采用4级电压，同时白灰加2～3批，总量≥500Kg。
8.根据权利要求4所述的一种压力容器用热强合金钢锻圆的制备方法，其特征在于：S3中软吹过程中，向VD炉加入碳化稻壳覆盖全渣面。
9.根据权利要求4所述的一种压力容器用热强合金钢锻圆的制备方法，其特征在于：S4中中包开浇后中包钢液到2/3高度时加入中包覆盖剂，待中包钢液达到最高后，加入碳化稻壳。
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