CN109207844A - 一种超临界耐热钢板及其制造方法 - Google Patents
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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
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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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190115 |