CN113106347B - 一种耐高温无缝钢管及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温无缝钢管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钢管技术领域，具体涉及一种耐高温无缝钢管及其制备方法，耐高温无缝钢管含有的化学成分及其质量百分比为：C：0.12～0.22％，Mn：0.5～0.8％，Si：0.5～1.5％，Cr：8～12％，Ni：22～30％，Ti：0.05～0.15％，V：0.02～0.05％，Cu：0.05～0.2％，W：0.18～0.25％，Pt：0.005～0.02％，Mo：0.05～0.1％，Os：0.002～0.01％，Nb：0.005～0.05％，Re：0.005～0.02％，Zr：0.005～0.02％，Ta：0.015～0.02％，P：≤0.02％，S：≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明所制备的无缝钢管的耐高温性能和力学强度优异，还具有较好的抗氧化和抗腐蚀性能，生产制备工艺简单，适合大规模生产，解决了现有技术中无缝钢耐高温性能和力学强度不佳并且制备工艺复杂的问题。

Description

一种耐高温无缝钢管及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢管技术领域，具体涉及一种耐高温无缝钢管及其制备方法。
背景技术
钢管不仅可用于输送流体和粉状固体，交换热能、制造机械零件和容器，它还是一种经济钢材，被广泛应用于通风采暖设备、工程结构、热工设备、石油化工、机械制造、地质钻探、高压设备、国防和航天等众多领域。随着电力生产技术的不断进步，人民生活水平的不断提高，对钢管的质量要求也越来越高，不但要求其具有更高的强度、硬度、耐腐蚀性能、耐磨性能、耐高温性能、抗弯曲和耐冲击性能，而且还需要具备良好的加工性能，降低经济成本。许多大型成套设备和装置的关键部位均采用大量的管道，这类管道因长期连续使用，工作环境恶劣，因此对管道的耐高温性能和力学强度的要求也更高。一般的奥氏体钢虽热膨胀系数大、导热性能较差、耐氧化性能和耐腐蚀性能不佳，且制造成本较高。目前，国内企业所需的耐高温无缝钢管大部分需要由国外供货，且供货期长，价格昂贵，严重制约了我国电力行业的发展，从而影响了我国的经济发展速度。国内制造耐高温无缝钢管的厂家，生产工艺复杂，效率不高，成材率低，资源浪费严重，并且所生产的无缝钢管耐高温性能和力学强度有待进一步提升。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种耐高温无缝钢管及其制备方法，所制备的无缝钢管的耐高温性能和力学强度优异，还具有较好的抗氧化和抗腐蚀性能，生产制备工艺简单，适合大规模生产，解决了现有技术中无缝钢耐高温性能和力学强度不佳并且制备工艺复杂的问题。
一种耐高温无缝钢管，其含有的化学成分及其质量百分比为：C：0.12～0.22％，Mn：0.5～0.8％，Si：0.5～1.5％，Cr：8～12％，Ni：22～30％，Ti：0.05～0.15％，V：0.02～0.05％，Cu：0.05～0.2％，W：0.18～0.25％，Pt：0.005～0.02％，Mo：0.05～0.1％，Os：0.002～0.01％，Nb：0.005～0.05％，Re：0.005～0.02％，Zr：0.005～0.02％，Ta：0.015～0.02％，P：≤0.02％，S：≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明进一步提供了一种耐高温无缝钢管，其含有的化学成分及其质量百分比为：C：0.15～0.18％，Mn：0.5～0.6％，Si：0.8～1.2％，Cr：10～12％，Ni：25～28％，Ti：0.08～0.12％，V：0.03～0.04％，Cu：0.1～0.15％，W：0.2～0.23％，Pt：0.008～0.012％，Mo：0.08～0.1％，Os：0.006～0.01％，Nb：0.01～0.02％，Re：0.01～0.015％，Zr：0.01～0.015％，Ta：0.015～0.018％，P：0.005～0.01％，S：0.002～0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明进一步提供了一种耐高温无缝钢管，其常温屈服强度950～1150MPa，常温抗拉强度1100～1300MPa，常温延伸率25～50％，在200℃、400℃、600℃时的高温屈服强度分别为650～800MPa、500～600MPa、450～550MPa。
本发明还提供了上述耐高温无缝钢管的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铁水预处理后经转炉冶炼，添加合金成分，加精炼剂炉外精炼，再经过真空脱气、圆管坯连铸、冷却退火处理；
(2)将得到的圆坯经过环形炉加热后穿孔得到管坯，并经过轧管机轧制、定径机定径成型、冷床冷却；
(3)对轧制成型的钢管进行淬火和回火热处理，热处理后进行带温矫直。
进一步地，所述精炼过程填充氩气；所述真空脱气的真空度≤0.1Kpa，脱气时间至少20分钟。
进一步地，所述环形炉的加热温度为1230℃～1280℃，穿孔的温度为1200～1250℃，钢管的轧制温度为1100～1200℃。
进一步地，所述淬火温度为920℃～960℃，淬火保温时间控制在30～60分钟；回火温度为660℃～700℃，回火炉内加热时间控制在60～100分钟，矫直温度≥500℃。
本发明提供的耐高温无缝钢管与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供的耐高温无缝钢管，力学强度高，耐高温性能优异，耐磨耐腐蚀，抗氧化能好，而且制备方法简单，生产效率高，适合批量生产。本发明钢管材料中适量添加了多种合金元素，这些元素能与钢中的碳形成高硬度的碳化物，从而提高钢管的耐高温性能和力学强度。C元素可以提高钢的强度，同时又为了避免过量的C含量会降低钢的焊接性、耐蚀性和抗氧化性，因此将其含量控制在0.12～0.22％；在钢管中添加Mn元素，主要起到脱氧除气和提高钢的淬透性和强度的作用；加入Si元素能提高钢的强度、耐磨性及抗氧化能力；添加Cr元素能够提高钢管的耐渗碳性、抗氧化和抗腐蚀能力以及提高钢管的脆化温度；Ni元素主要用于提高钢的强韧性、抗腐蚀能力和加工性能，降低钢的脆性转变温度；添加Ti能够改善钢的热强性，提高钢的韧性、抗蠕变性能及高温持久强度，增强钢在高温高压下对氢的稳定性；添加V元素可细化晶粒，形成碳化物，减少钢管使用过程中造成的变形和开裂，增强钢管的韧性、高温强度和抗磨性能；添加少量的Cu在合金钢管中可以提高钢的强度和耐腐蚀能力；W能赋予钢管优秀的高温强度，提高钢管的耐腐蚀性能和高温稳定性；添加少量的Pt能够提高钢管的延展性和韧性，同时与其他合金元素协同作用，提高钢管的耐腐蚀性能和高温力学强度；添加Mo元素是为了提高钢管的强度和淬透性，起到固溶强化的作用；少量的Os元素能够显著提高钢管材料的硬度；添加Nb元素可以细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性，显著改善钢的强度、韧性以及高温力学性能；加入Re元素，有利于提高钢管的硬度和耐摩擦性能；钢管材料中天骄少量Zr元素能够显著提高其耐腐蚀性能；Ta的热膨胀系数很小，可以改善钢管的耐高温性能和耐酸性能；钢管中存在磷化物和硫化物会降低钢管的强度，提高其热脆性，因此严格控制钢管中P和S元素的含量在较低的范围，有利于提高钢管的延展性和韧性。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例所提供的耐高温无缝钢管的化学成分及其质量百分比为：
C：0.12％，Mn：0.5％，Si：0.5％，Cr：8％，Ni：22％，Ti：0.05％，V：0.02％，Cu：0.05％，W：0.18％，Pt：0.005％，Mo：0.05％，Os：0.002％，Nb：0.005％，Re：0.005％，Zr：0.005％，Ta：0.015％，P：0.02％，S：0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
制备上述耐高温无缝钢管的具体步骤如下：
(1)将铁水预处理后经转炉冶炼，添加合金成分，加精炼剂炉外精炼，精炼过程中填充氩气；再经过真空脱气，真空度≤0.1Kpa，脱气时间为20分钟；再进行圆管坯连铸、冷却退火处理。
(2)将得到的圆坯经过环形炉加热后穿孔得到管坯，环形炉的加热温度为1230℃～1240℃，穿孔的温度为1200～1220℃，并经过轧管机轧制，钢管的轧制温度为1130～1140℃，定径机定径成型、冷床冷却。
(3)对轧制成型的钢管进行淬火和回火热处理，热处理后进行带温矫直。其中淬火温度为920℃～930℃，淬火保温时间控制在30分钟；回火温度为660℃～680℃，回火炉内加热时间控制在60分钟，矫直温度为500℃。
实施例2
本实施例所提供的耐高温无缝钢管的化学成分及其质量百分比为：
C：0.15％，Mn：0.5％，Si：0.8％，Cr：10％，Ni：25％，Ti：0.08％，V：0.03％，Cu：0.1％，W：0.2％，Pt：0.008％，Mo：0.08％，Os：0.006％，Nb：0.01％，Re：0.01％，Zr：0.01％，Ta：0.015％，P：0.005％，S：0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。
制备上述耐高温无缝钢管的具体步骤如下：
(1)将铁水预处理后经转炉冶炼，添加合金成分，加精炼剂炉外精炼，精炼过程中填充氩气；再经过真空脱气，真空度≤0.1Kpa，脱气时间为30分钟；再进行圆管坯连铸、冷却退火处理。
(2)将得到的圆坯经过环形炉加热后穿孔得到管坯，环形炉的加热温度为1250℃～1260℃，穿孔的温度为1230～1240℃，并经过轧管机轧制，钢管的轧制温度为1100～1120℃，定径机定径成型、冷床冷却。
(3)对轧制成型的钢管进行淬火和回火热处理，热处理后进行带温矫直。其中淬火温度为940℃～960℃，淬火保温时间控制在40分钟；回火温度为670℃～680℃，回火炉内加热时间控制在80分钟，矫直温度为600℃。
实施例3
本实施例所提供的耐高温无缝钢管的化学成分及其质量百分比为：
C：0.18％，Mn：0.6％，Si：1％，Cr：12％，Ni：28％，Ti：0.12％，V：0.04％，Cu：0.15％，W：0.23％，Pt：0.012％，Mo：0.1％，Os：0.01％，Nb：0.02％，Re：0.015％，Zr：0.015％，Ta：0.018％，P：0.01％，S：0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
制备上述耐高温无缝钢管的具体步骤如下：
(1)将铁水预处理后经转炉冶炼，添加合金成分，加精炼剂炉外精炼，精炼过程中填充氩气；再经过真空脱气，真空度≤0.1Kpa，脱气时间为40分钟；再进行圆管坯连铸、冷却退火处理。
(2)将得到的圆坯经过环形炉加热后穿孔得到管坯，环形炉的加热温度为1260℃～1270℃，穿孔的温度为1200～1210℃，并经过轧管机轧制，钢管的轧制温度为1120～1140℃，定径机定径成型、冷床冷却。
(3)对轧制成型的钢管进行淬火和回火热处理，热处理后进行带温矫直。其中淬火温度为950℃～960℃，淬火保温时间控制在50分钟；回火温度为680℃～700℃，回火炉内加热时间控制在90分钟，矫直温度为700℃。
实施例4
本实施例所提供的耐高温无缝钢管的化学成分及其质量百分比为：
C：0.22％，Mn：0.8％，Si：1.5％，Cr：9％，Ni：30％，Ti：0.15％，V：0.05％，Cu：0.2％，W：0.25％，Pt：0.02％，Mo：0.1％，Os：0.01％，Nb：0.05％，Re：0.02％，Zr：0.02％，Ta：0.02％，P：0.015％，S：0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质。
制备上述耐高温无缝钢管的具体步骤如下：
(1)将铁水预处理后经转炉冶炼，添加合金成分，加精炼剂炉外精炼，精炼过程中填充氩气；再经过真空脱气，真空度≤0.1Kpa，脱气时间为30分钟；再进行圆管坯连铸、冷却退火处理。
(2)将得到的圆坯经过环形炉加热后穿孔得到管坯，环形炉的加热温度为1270℃～1280℃，穿孔的温度为1240～1250℃，并经过轧管机轧制，钢管的轧制温度为1160～1180℃，定径机定径成型、冷床冷却。
(3)对轧制成型的钢管进行淬火和回火热处理，热处理后进行带温矫直。其中淬火温度为930℃～950℃，淬火保温时间控制在40分钟；回火温度为680℃～690℃，回火炉内加热时间控制在65分钟，矫直温度为500℃。
实施例5
本实施例所提供的耐高温无缝钢管的化学成分及其质量百分比为：
C：0.2％，Mn：0.7％，Si：1.3％，Cr：12％，Ni：30％，Ti：0.1％，V：0.05％，Cu：0.17％，W：0.2％，Pt：0.016％，Mo：0.06％，Os：0.08％，Nb：0.04％，Re：0.018％，Zr：0.012％，Ta：0.016％，P：0.07％，S：0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。
制备上述耐高温无缝钢管的具体步骤如下：
(1)将铁水预处理后经转炉冶炼，添加合金成分，加精炼剂炉外精炼，精炼过程中填充氩气；再经过真空脱气，真空度≤0.1Kpa，脱气时间为40分钟；再进行圆管坯连铸、冷却退火处理。
(2)将得到的圆坯经过环形炉加热后穿孔得到管坯，环形炉的加热温度为1235℃～1250℃，穿孔的温度为1240～1250℃，并经过轧管机轧制，钢管的轧制温度为1190～1200℃，定径机定径成型、冷床冷却。
(3)对轧制成型的钢管进行淬火和回火热处理，热处理后进行带温矫直。其中淬火温度为950℃～960℃，淬火保温时间控制在60分钟；回火温度为690℃～700℃，回火炉内加热时间控制在100分钟，矫直温度为600℃。
对上述各实施例制备的耐高温无缝钢管进行性能测试，测试结果如下表1所示。
表1耐高温无缝钢管的性能
Figure BDA0003017461750000061
由上表数据可以看出本发明所提供的无缝钢管，具有优异的力学强度和耐高温性能，制备方法简单，可适用于大规模量化生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐高温无缝钢管，其特征在于，其含有的化学成分及其质量百分比为：C：0.12～0.22％，Mn：0.5～0.8％，Si：0.5～1.5％，Cr：8～12％，Ni：22～30％，Ti：0.05～0.15％，V：0.02～0.05％，Cu：0.05～0.2％，W：0.18～0.25％，Pt：0.005～0.02％，Mo：0.05～0.1％，Os：0.002～0.01％，Nb：0.005～0.05％，Re：0.005～0.02％，Zr：0.005～0.02％，Ta：0.015～0.02％，P：≤0.02％，S：≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述耐高温无缝钢管通过以下步骤制备得到：
(1)将铁水预处理后经转炉冶炼，添加合金成分，加精炼剂炉外精炼，再经过真空脱气、圆管坯连铸、冷却退火处理；
(2)将得到的圆坯经过环形炉加热后穿孔得到管坯，并经过轧管机轧制、定径机定径成型、冷床冷却；
(3)对轧制成型的钢管进行淬火和回火热处理，热处理后进行带温矫直。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温无缝钢管，其特征在于，其含有的化学成分及其质量百分比为：C：0.15～0.18％，Mn：0.5～0.6％，Si：0.8～1.2％，Cr：10～12％，Ni：25～28％，Ti：0.08～0.12％，V：0.03～0.04％，Cu：0.1～0.15％，W：0.2～0.23％，Pt：0.008～0.012％，Mo：0.08～0.1％，Os：0.006～0.01％，Nb：0.01～0.02％，Re：0.01～0.015％，Zr：0.01～0.015％，Ta：0.015～0.018％，P：0.005～0.01％，S：0.002～0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温无缝钢管，其特征在于，所述耐高温无缝钢管的常温屈服强度950～1150MPa，常温抗拉强度1100～1300MPa，常温延伸率25～50％，在200℃、400℃、600℃时的高温屈服强度分别为650～800MPa、500～600MPa、450～550MPa。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温无缝钢管，其特征在于，所述精炼过程填充氩气；所述真空脱气的真空度≤0.1Kpa，脱气时间至少20分钟。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温无缝钢管，其特征在于，所述环形炉的加热温度为1230℃～1280℃，穿孔的温度为1200～1250℃，钢管的轧制温度为1100～1200℃。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温无缝钢管，其特征在于，所述淬火温度为920℃～960℃，淬火保温时间控制在30～60分钟；回火温度为660℃～700℃，回火炉内加热时间控制在60～100分钟，矫直温度≥500℃。
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