CN112760569A - 一种含氮含铌锅炉用耐热管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含氮含铌锅炉用耐热管及其制备方法,包括以下重量百分比的成分：C：0.05～0.08％、Si：0.2～0.6％、Mn：0.8～1.5％、S≤0.005％、P≤0.030％、Cr：25.0～27.0％、Ni：20.0～21.0％、N：0.22～0.28％、Nb：0.40～0.50％；制备工艺包括炼钢时控制钢液中P＜0.03％、O＜0.0035％、S≤0.001％，采用硅钙线进行夹杂物变性处理，将钢锭升温至780～820℃，保温1.5‑2.5小时，再升温至1250～1270℃，保温1.5‑2.5小时后轧制，得成品。本发明具有夹杂物少、提高后续轧制的热塑性、改善钢材性能的特点。

Description

一种含氮含铌锅炉用耐热管及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐热管，特别是一种含氮含铌锅炉用耐热管及其制备方法。
背景技术
奥氏体型耐热钢这类钢按强化类型可分为固溶强化型、碳化物沉淀强化和金属间化合物强化型。固溶强化型奥氏体耐热钢主要是通过添加W、Mo、N等元素形成间隙和置换固溶体，使钢得到强化，这类钢具有良好的耐蚀性和冷热加工性能，使用状态为固溶态，典型钢种有TP304和TP316等。
但是现有的耐热管采用的耐热钢，其成分含量还有待优化，其性能有待提高，而且在冶炼工艺中脱氧方式不够充分，导致钢液氧化类夹杂物偏多，会影响后续轧制的热塑性，轧制难度大，达不到一火成材效果。
因此，现有的奥氏体型耐热钢，存在夹杂物偏多，钢材性能有待改善、轧制难度大的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种含氮含铌锅炉用耐热管及其制备方法。本发明具有夹杂物少、提高后续轧制的热塑性、改善钢材性能的特点，可达到1.1吨的模铸钢锭一火成材目的。
本发明的技术方案：一种含氮含铌锅炉用耐热管，包括以下重量百分比的成分：C：0.05～0.08％、Si：0.2～0.6％、Mn：0.8～1.5％、S≤0.005％、P≤0.030％、Cr：25.0～27.0％、Ni：20.0～21.0％、N：0.22～0.28％、Nb：0.40～0.50％，余量为铁和其他不可避免的杂质。
前述的一种含氮含铌锅炉用耐热管中，包括以下重量百分比的成分：C：0.06％、Si：0.39％、Mn：1.29％、S：0.001％、P：0.027％、Cr：25.30％、Ni：20.53％、N：0.25％、Nb：0.46％，余量为铁和其他不可避免的杂质。
前述的一种含氮含铌锅炉用耐热管中，八项夹杂物总和≤6.5级。
上述的含氮含铌锅炉用耐热管的制备工艺，包括以下步骤：
a、AOD还原及脱硫:控制钢液中P＜0.03％、O＜0.004％、S＜0.002％，得A品；
b、LF精炼：将A品进一步脱硫和脱氧处理，控制钢液中O＜0.0035％、S≤0.001％，采用硅钙线进行夹杂物变性处理，使得钢液中八项夹杂物总和≤6.5级，得B品；
c、浇注：将B品浇注、加工，得C品；
d、加热：将C品升温至780～820℃，保温1.5-2.5小时；再次升温至1250～1270℃，保温1.5-2.5小时，得D品；
e、轧制：将D品先轧制到中间坯，再轧制成成品。
前述的含氮含铌锅炉用耐热管的制备工艺中，浇注时采用低温浇注，过热度为60～70℃。
前述的含氮含铌锅炉用耐热管的制备工艺中，所述步骤d中，C品的升温速度小于150℃/h。
前述的含氮含铌锅炉用耐热管的制备工艺中，所述步骤e中，将D品开坯15～19道次，轧制压下量为10～20％，开轧温度为1180～1220℃，终轧温度为950～1050℃。
前述的含氮含铌锅炉用耐热管的制备工艺中，还包括穿孔和制管，制管的固溶温度为1100～1150℃，制管的高温保温时间为15-25min。
与现有技术相比，本发明构建优化耐高温炉胆用不锈钢的合金体系，通过热力学计算，优化成分配比，由于炼钢过程中，钢液中存在较多的夹杂物，加工时容易在夹杂物的周围形成应力集中点，影响超级奥氏体不锈钢材料的热加工性能，严重降低不锈钢的热加工塑性，本申请设计了新的钢液成分，控制P＜0.03％、O＜0.004％、S＜0.002％，经试验，明显提高了不锈钢的热加工塑性，改善圆钢表面裂纹和起皮缺陷；并添加0.40～0.50％的Nb和0.22～0.28％的氮，可析出弥散分布细小的NbCrN相和富Nb的碳氮化物来进行强化，其蠕变断裂强度明显提高，并含有含量较高的Cr，具有优异的高温抗蒸汽氧化和烟气腐蚀性能。
本发明还调整冶炼工艺，改善钢水纯净度，减少氧化类夹杂物，其纯净度指标八项夹杂物总和≤6.5级，实际可达到3.5级，提高后续轧制的热塑性，以达到一火成材效果，避开900～1100℃长时间的保温或者热加工，降低合金脆性相析出的几率；通过1100～1150℃充分固溶后，获得的钢材组织均匀，且无有害σ相析出，6％FeCl3点腐蚀(35℃)下平均腐蚀速率＜0.5[g/(m2.h)]，生产效率高、生产成本低、能源消耗少，提高产品的表面质量。
在保证热加工温度的情况下，随着轧制变形量的减小，特别是减小初轧道次压下量和增加轧制道次，改善了不锈钢表面裂纹缺陷，实现酸洗后表面无裂纹缺陷，提高不锈钢表面质量。
本公司通过产品研发试制，已成功生产出φ110圆钢，屈服强度Rp0.2≥205MPa，抗拉强度Rm≥520MPa，延伸率A≥35.5％。
因此，本发明具有夹杂物少、提高后续轧制的热塑性、改善钢材性能的特点，可达到1.1吨的模铸钢锭一火成材目的。
附图说明
图1是热轧后的圆钢表面质量图；
图2是本发明制得的慌管外壁质量图；
图3是本发明制得的慌管内壁质量图；
图4是酸洗后圆钢的头部表面检测图；
图5是酸洗后圆钢的中部表面检测图；
图6是酸洗后圆钢的尾部表面检测图；
图7是耐热管头部的金相组织图；
图8是耐热管中部的金相组织图；
图9是耐热管尾部的金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1。
一种含氮含铌锅炉用耐热管，包括以下重量百分比的成分：C：0.05～0.08％、Si：0.2～0.6％、Mn：0.8～1.5％、S≤0.005％、P≤0.030％、Cr：25.0～27.0％、Ni：20.0～21.0％、N：0.22～0.28％、Nb：0.40～0.50％、Mo：≤0.5％，余量为铁和其他不可避免的杂质。
含氮含铌锅炉用耐热管的制备工艺，包括以下步骤：
a、AOD还原及脱硫:控制不锈钢液中P＜0.03％、O＜0.004％、S＜0.002％，得A品；
b、LF精炼：将A品进一步脱硫和脱氧处理，控制钢液中O＜0.0035％、S≤0.001％，采用硅钙线进行夹杂物变性处理，使得钢液中八项夹杂物总和≤6.5级，得B品；
c、浇注：将B品低温浇注、加工，过热度为60～70℃，得C品；
d、加热：将C品升温至780～820℃，保温1.5-2.5小时；再次升温至1250～1270℃，保温1.5-2.5小时，其中升温速度小于150℃/h，得D品；
e、轧制：将D品开坯15～19道次，轧制压下量为10～20％，开轧温度1180～1220℃，终轧温度950～1050℃，先轧制到中间坯，再轧制成成品；
f、穿孔和制管：制管的固溶温度为1100～1150℃，制管的高温保温时间为15-25min。
实施例2：
TP310HCbN超级奥氏体不锈钢浇铸钢锭构成的含氮含铌锅炉用耐热管，包括以下重量百分比的成分：C：0.06％、Si：0.39％、Mn：1.29％、S：0.001％、P：0.027％、Cr：25.30％、Ni：20.53％、N：0.25％、Nb：0.46％、V：0.10％，余量为铁和其他不可避免的杂质。八项夹杂物总和≤3.5级。
上述耐热管的制备工艺，包括以下步骤：
a、AOD还原及脱硫:采用不锈钢返回料进行冶炼，返回料中的p＜0.025％，采用适量铝及低碳、低硫特级石灰和萤石，控制钢液中P＜0.03％、O＜0.004％、S＜0.002％，得A品；
b、LF精炼：将A品进一步脱硫和脱氧处理，采用低碳、低硫特级石灰和萤石以及脱氧剂进行调渣和渣面脱氧和脱硫处理，控制钢液中O＜0.0035％、S≤0.001％，采用硅钙线进行夹杂物变性处理，使得钢液中八项夹杂物总和≤6.5级，得B品；
c、浇注：将B品低温浇注、加工，过热度为60～70℃，得C品；
d、加热：将C品升温至780～820℃，保温2小时；再次升温至1250～1270℃，保温2小时，其中升温速度小于150℃/h，得D品；
e、轧制：将D品开坯15～19道次，轧制压下量为10～20％，开轧温度1180～1220℃，终轧温度950～1050℃，1.1吨的模铸钢锭通过750可逆轧机轧制成180*180mm的中间坯，然后再经过8架连轧轧机轧制成
Figure BDA0002863380260000062
的圆棒；
f、穿孔和制管：制管的固溶温度为1100～1150℃，制管的高温保温时间为20min。
热轧后圆钢表面质量如图1所示。
穿孔试制：
热轧完成后，将圆钢进行穿孔试制，圆钢经过剥皮→定尺→加热→穿孔→逐支內壁、外表检查。慌管外壁质量如图2所示，慌管内壁质量如图3所示。从检测结果可以看出慌管头、尾、内壁、外表无肉眼可见缺陷，其质量优良。
性能检测：
TP310HCbN超级奥氏体不锈钢浇铸钢锭经过热轧后对圆钢“头”、“中”、“尾”部取样，在本文中圆钢的“头”相当于接近钢锭的头部，“中”相当于钢锭的中部，“尾”相当于接近钢锭的尾部。样品经过切割、机械加工，进行塔形、低倍、氧氢含量、显微组织、纯净度等检测，检测设备主要有EMGA～830氧氮氢分析仪、Axio Scope 5蔡氏金相显微镜等。
依据GB/T15711-2018《钢材塔形发纹酸浸检验方法》，对TP310HCbN超级奥氏体不锈钢圆钢头、中、尾样品进行取样、检测，检测结果如表1所示。从检测结果来看，除了在圆钢头部取样塔形发现1条1mm发纹外，其他塔形没有明显的发纹缺陷。
表1 试样头、中、尾发纹检测结果
Figure BDA0002863380260000061
Figure BDA0002863380260000071
依据GB/T226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》，对TP310HCbN超级奥氏体不锈钢圆钢取样，进行低倍检测，酸洗后圆钢的表面检测图如图4-6所示，从检测结果来看没有明显的皮下气孔、组织疏松、缩孔缺陷，内部质量良好。
依据GB/T11261-2006《钢铁氧含量的测定脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法》和GB/T223.82-2018《钢铁氢含量的测定脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法》对检测样品取样和测定，得到氧含量＜35pp，基本控制在32～34ppm之间，而氢含量进本控制在3～5ppm之间，说明TP310HCbN超级奥氏体不锈钢氧、氢有害气体控制良好。
依据GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》、GB/T 13305-2008《不锈钢中ɑ-相面积含量金相测定法》、GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》纯净度、铁素体含量及晶粒度进行检测，检测结果见图4-6、表2所示，从检测结果来看夹杂物、铁素体含量、晶粒度均满足技术要求。
表2 TP310HCbN钢种的纯净度检测结果
Figure BDA0002863380260000072
表2中的A为硫化物类、B为氧化铝类、C为硅酸盐类、D为球状氧化物类，DS类为单颗粒球状类。
根据《GBT 5310-2017高压锅炉用无缝钢管》标准中对成品进行高温高温持久性能和拉伸性能检测，标准要求为650℃/1000000h/试验应力93MPa，实际试验应力提高至100MPa，高温持久性能如表3所示。在650℃的高温拉伸性能检测如表4所示。
表3 650℃/1000000h高温持久性能结果：
Figure BDA0002863380260000081
表4 650℃高温拉伸性能检测结果
Figure BDA0002863380260000082

Claims (8)

1.一种含氮含铌锅炉用耐热管，其特征在于：包括以下重量百分比的成分：C：0.05～0.08％、Si：0.2～0.6％、Mn：0.8～1.5％、S≤0.005％、P≤0.030％、Cr：25.0～27.0％、Ni：20.0～21.0％、N：0.22～0.28％、Nb：0.40～0.50％，余量为铁和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种含氮含铌锅炉用耐热管，其特征在于：包括以下重量百分比的成分：C：0.06％、Si：0.39％、Mn：1.29％、S：0.001％、P：0.027％、Cr：25.30％、Ni：20.53％、N：0.25％、Nb：0.46％，余量为铁和其他不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种含氮含铌锅炉用耐热管，其特征在于：八项夹杂物总和≤6.5级。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的含氮含铌锅炉用耐热管的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a、AOD还原及脱硫:控制钢液中P＜0.03％、O＜0.004％、S＜0.002％，得A品；
b、LF精炼：将A品进一步脱硫和脱氧处理，控制钢液中O＜0.0035％、S≤0.001％，采用硅钙线进行夹杂物变性处理，使得钢液中八项夹杂物总和≤6.5级，得B品；
c、浇注：将B品浇注、加工，得C品；
d、加热：将C品升温至780～820℃，保温1.5-2.5小时；再次升温至1250～1270℃，保温1.5-2.5小时，得D品；
e、轧制：将D品先轧制到中间坯，再轧制成成品。
5.根据权利要求4所述的一种含氮含铌锅炉用耐热管的制备工艺，其特征在于：浇注时采用低温浇注，过热度为60～70℃。
6.根据权利要求4所述的一种含氮含铌锅炉用耐热管的制备工艺，其特征在于：所述步骤d中，C品的升温速度小于150℃/h。
7.根据权利要求4所述的一种含氮含铌锅炉用耐热管的制备工艺，其特征在于：所述步骤e中，将D品开坯15～19道次，轧制压下量为10～20％，开轧温度为1180～1220℃，终轧温度为950～1050℃。
8.根据权利要求4所述的一种含氮含铌锅炉用耐热管的制备工艺，其特征在于：还包括穿孔和制管，制管的固溶温度为1100～1150℃，制管的高温保温时间为15-25min。
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