CN109207844A - 一种超临界耐热钢板及其制造方法 - Google Patents

一种超临界耐热钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种超临界耐热钢板及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C0.08～0.12％，Si 0.20～0.50％，Mn 0.30～0.60％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr8.00～9.50％，Mo 0.85～1.05％，V 0.18～0.25％，Nb 0.060～0.100％，N0.030～0.070％，Al 0.000～0.040％，其余为Fe和不可避免杂质。本发明钢板具有高温力学性能优异、抗高温蒸汽腐蚀性能优异、高温蠕变持久强度优良的优点，屈服强度Rp0.2≥415MPa，抗拉强度Rm 585‑760MPa，延伸率A50mm≥18％，冲击功AKV(20℃)≥27J，可以满足火力发电站容量大型化、效率更高、压力更高对钢铁材料的需求。

Description

一种超临界耐热钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及耐热钢制造，特别涉及一种超临界耐热钢板及其制造方法。
背景技术
超临界钢属于马氏体型耐热钢，它具有较高的高温蠕变持久强度，较强的抗高温蒸汽腐蚀性能以及良好的高温力学性能，它是我国新建电站大容量超临界机组的首选材料，它比亚临界耐热钢更耐高温，更广泛地应用于电站锅炉行业。
为了满足火力发电汽轮机中高温含硫的苛刻应用环境，可以考虑向钢种添加抗氧化和抗热腐蚀的合金元素，如Mo、V、Cr、Nb等。优化产品的浇注性能和热加工性能以及热处理的方式和方法，确保新产品的可制造性和质量优越性。
超临界耐热钢的成分设计有如下特点：适当降低了C含量，提高了金属的焊接性能。通过提高Nb、Mo、V、Cr等元素含量，提高了金属的淬透性，使得回火后形成的马氏体更加微小、板条宽度更小。经过750-790℃回火后，析出颗粒细小的Cr23C6和弥散分布的V和Nb的碳氮化物，大幅提高了晶粒的位错密度和高温蠕变强度，使得超临界耐热钢板比亚临界耐热钢板相比，使用温度从480℃提高到538-566℃。
超临界耐热钢有如下工艺特点：高温下热导率优良，有利于热加工过程坯料温度的均匀性，在加热温度1200℃下，碳化物在高温下能够充分溶解进入奥氏体晶粒。高温下的屈服强度比普通耐热钢高20-50MPa，所以要求以小变形多道次来变形。超临界耐热钢板相比亚临界耐热钢板，可以通过回火来析出大量弥散分布V和Nb的碳氮化物，提高了耐热钢板的强度指标，抗拉强度从亚临界耐热钢板的480-500MPa提高到超临界耐热钢板的585-760MPa，屈服强度从亚临界耐热钢板的360-370MPa提高到超临界耐热钢板的430-580MPa。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超临界耐热钢板及其制造方法，该超临界耐热钢板具有优良的高温蠕变持久强度，优良的抗高温蒸汽腐蚀性能、较强的高温力学性能，屈服强度Rp0.2≥415MPa，抗拉强度Rm 585-760MPa，延伸率A50mm≥18％，冲击功AKV(20℃)≥27J，可以满足火力发电站容量大型化、效率更高、压力更高对钢铁材料的需求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种超临界耐热钢板，其化学成分重量百分比为：C 0.08～0.12％，Si0.20～0.50％，Mn 0.30～0.60％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr 8.00～9.50％，Mo0.85～1.05％，V0.18～0.25％，Nb 0.060～0.100％，N 0.030～0.070％，Al0.000～0.040％，其余为Fe和不可避免杂质。
钢板的屈服强度Rp0.2≥415MPa，抗拉强度Rm 585～760MPa，延伸率A50mm≥18％，冲击功AKV(20℃)≥27J；承受蒸汽压力范围20～30MPa，承受温度范围538～566℃，钢板抗拉强度585～760MPa。
在本发明所述的超临界耐热钢板的成分设计中，降低了C含量，提高了金属的焊接性能；通过添加Nb、Mo、V等元素，提高了金属的淬透性，使得回火后形成的马氏体更加细小；经过750-790℃回火后，析出Cr23C6和弥散分布的V和Nb的碳氮化物，大幅提高了晶粒的位错密度和高温蠕变强度，使得超临界耐热钢板比亚临界耐热钢板相比，使用温度从480℃提高到538-566℃。
本发明所述的超临界耐热钢板的制造方法，包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按照上述成分冶炼，连铸成坯；
真空处理中压力55.5～66.7Pa下保持时间范围15-30min，可以大幅提高钢水的纯净度，检测结果表明，通过真空处理的超临界耐热钢板，其[N]含量达到350～450ppm，[O]含量达到10～20ppm，[H]含量达到在0.5～1.5ppm；普通耐热钢板不经过真空处理，[o]含量可以达50ppm以上，[H]含量超过5ppm；
连铸采用先进的立式连铸机生产的，确保浇注过程全程氩气保护不吸气，钢水纯净度高；吊包温度控制在1559-1569℃，目标过热度控制在20-30℃，与其匹配的拉速控制在0.61-0.67m/min非常关键，可以保证液面波动平稳，铸坯表面光滑，质量良好；板坯采用热切割方式，切割温度400-550℃；
2)铸坯退火
连铸坯切割完成后立即热装退火炉，退火炉300-600℃待温受料；加热炉升温速度30-80℃/小时，退火温度840～880℃，保温时间18～24小时；可以充分释放和消除板坯的热应力和相变应力，避免板坯发生裂纹缺陷；
3)板坯加热
确保为了板坯受热均匀，我们提出按照如下公式来进行计算，t＝α*K*D，单位，分钟；其中α为加热系数，本发明钢确定为1.4-1.6，K为板坯厚度，单位mm，D为装炉条件系数，根据步进炉的装炉条件，可以设定为0.9-1.1；
加热时间≥300分钟，板坯均热温度范围1190-1230℃；
4)轧制
开轧温度范围：1050-1200℃，终轧温度范围：800-1050℃；
5)正火处理
钢板正火热处理，温度1050-1070℃；
钢板在炉时间：T＝1.8-2.2*H；
其中，T，在炉时间，单位分钟；H钢板厚度，单位mm；
钢板出炉进入空冷室风冷；
风冷时间：t＝0.9-1.1*H，H钢板厚度，单位mm；t，风冷时间分钟；
1)回火处理
炉温控制要求：750-790℃；
钢板在炉时间：T＝3.8-4.2*H；
其中，T，在炉时间，单位分钟；H钢板厚度，单位mm；
钢板出炉采用空冷室风冷；
风冷时间：t＝0.4-0.6*H，H钢板厚度，单位mm；t，风冷时间分钟。
优选的，所述步骤3)板坯加热时间为300-330分钟，板坯均热温度1190-1230℃。
本发明超临界耐热钢板经过正火得到正火马氏体组织，马氏体呈针状，板条宽度小，位向取样明显，这种马氏体具有硬而脆的特点，组织应力大，不利于变形加工；钢板经过回火后马氏体板条变粗，位向取样不明显，组织应力充分清除，材料塑性提高，适合后续切割、焊接、成型等加工。
与传统的亚临界耐热钢板相比，本发明超临界钢板的优点在于：
1、成分设计上，在传统的亚临界耐热钢板的基础上，添加Cr/Mo/V等铁素体形成元素，大幅度提高了钢板的高温强度、高温蠕变强度、高温疲劳寿命。
2、钢板通过正火处理，使得碳化物分布更加均匀，提高了钢板强度，使得钢板的晶粒更加细小，进一步提高了钢板的焊接性能、高温蠕变性能和高温疲劳性能。
3、钢板通过回火处理，钢板获得回火马氏体组织，这种组织塑性好、韧性好，加工性能好。易于进行如焊接、切割、压型、打孔等加工。
4、与传统的亚临界耐热钢板相比，抗拉强度从480-500MPa提高到585-760MPa，屈服强度从360-370MPa提高到430-580MPa。使用温度从480℃提高到538-566℃。
5、本发明生产的板坯通过热切割和热处理手段，有效的释放了马氏体相变应力，避免了钢板应力裂纹，板坯质量优良。
附图说明
图1为本发明超临界板坯热处理工艺曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
本发明实施例成分参见表1，本发明实施例工艺参见表2，本发明实施例性能值参见表3。
本发明实施例生产工艺流程如下：
EAF→LF→VD→连铸板坯→板坯热切→板坯退火→板坯加热→轧制→正火→回火→抛丸→超声波探伤→钢板表面、尺寸、外形检验→成品入库。

Claims (5)

1.一种超临界耐热钢板，其化学成分重量百分比为：
C 0.08～0.12％，
Si 0.20～0.50％，
Mn 0.30～0.60％，
P≤0.020％，
S≤0.010％，
Cr 8.00～9.50％，
Mo 0.85～1.05％，
V 0.18～0.25％，
Nb 0.060～0.100％，
N 0.030～0.070％，
Al 0.000～0.040％，
其余为Fe和不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的超临界耐热钢板，其特征是，钢板的屈服强度Rp0.2≥415MPa，抗拉强度Rm585～760MPa，延伸率A50mm≥18％，冲击功AKV(20℃)≥27J；承受蒸汽压力范围20～30MPa，承受温度范围538～566℃。
3.如权利要求1所述的超临界耐热钢板的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按照权利要求1所述的成分冶炼，真空处理中压力55.5～66.7Pa，保持时间范围15～30min，保持氮气压力0.2-0.60MPa；控制[N]含量达到350～450ppm，控制[o]含量达到10～20ppm，[H]含量控制在0.5～1.5ppm；保持氩气弱搅拌15-25分钟；
连铸采用立式连铸机连铸成坯；吊包温度1559-1569℃，过热度控制在20-30℃，拉速控制在0.61-0.67m/min；
板坯采用热切割方式，切割温度400-550℃；
2)铸坯退火
连铸坯切割完成后立即热装退火炉，退火炉300～600℃待温受料；
加热炉升温速度30～80℃/小时，退火温度840～880℃，保温时间18～24小时；
3)板坯加热
板坯加热时间t＝α*K*D，单位，分钟，其中，α为加热系数，1.4-1.6，K为板坯厚度，单位mm，D为装炉条件系数，0.9-1.1；
加热时间≥300分钟，板坯均热温度范围1190-1230℃；
4)轧制
开轧温度1050-1200℃，终轧温度800-1050℃；
5)正火处理
钢板正火热处理，温度1050-1070℃；
钢板在炉时间控制要求：T＝1.8-2.2*H；
其中，T，在炉时间，单位分钟；H钢板厚度，单位mm；
钢板出炉进入空冷室风冷；
风冷时间控制要求：t＝0.9-1.1*H，H钢板厚度，单位mm；t，风冷时间分钟；
6)回火处理
炉温控制要求：750-790℃；
钢板在炉时间控制要求：T＝3.8-4.2*H；
其中，T，在炉时间，单位分钟；H钢板厚度，单位mm；
钢板出炉采用空冷室风冷；
风冷时间控制要求：t＝0.4-0.6*H，H钢板厚度，单位mm；t，风冷时间分钟。
4.如权利要求3所述的超临界耐热钢板的制造方法，其特征是，所述步骤3)板坯加热时间为300-330分钟，板坯均热温度1190-1230℃。
5.如权利要求3或4所述的超临界耐热钢板的制造方法，其特征是，钢板的屈服强度Rp0.2≥415MPa，抗拉强度Rm585～760MPa，延伸率A50mm≥18％，冲击功AKV(20℃)≥27J；承受蒸汽压力范围20～30MPa，承受温度范围538～566℃。
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