CN113957361B - 一种石化设备用奥氏体耐热钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石化设备用奥氏体耐热钢板及其制造方法，钢板的化学成分按重量百分比计为C:0.05％～0.15％，Si:1.50％～3.50％，Mn:≤1.0％，P:≤0.035％，S：≤0.015％，Ni:5.00％～9.00％，Cr:10.00％～19.00％，Mo：1.50％～2.50％，W：0.50％～1.00％，N：0.25％～0.35％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过添加Mo、W、N元素，大幅提升奥氏体耐热钢的常温强度及高温强度，降低了钢中Ni含量，降低了钢板的制造成本；采用分阶段轧制和两次固溶处理方式，保证成品钢板在整个厚度方向具有均匀的晶粒尺寸和优异的常温及高温强度。
Description
技术领域
本发明涉及钢板生产技术领域，尤其涉及一种石化设备用奥氏体耐热钢板及其制造方法。
背景技术
传统的奥氏体耐热钢通常以铬-镍作为主要合金，其中镍元素作为奥氏体稳定元素被大量添加到钢中，目前常用的20Cr25Ni20、06Cr23Ni13等钢中镍含量均在12％以上。由于镍属于贵金属元素，其价格较高，因而使得此类钢板的制造成本长期居高不下。另外，传统奥氏体耐热钢的抗拉强度等级为515MPa，强度较低，当用于制作石化设备时，无法满足石化设备大型化的发展趋势，也无法适应日益苛刻的工况参数。
授权公告号为CN104195460B的中国发明专利公开了一种“奥氏体耐热钢”，钢中Ni含量为20-28％，虽然其具有较高的700℃高温性能，但其制造的钢板并非中厚板产品。
授权公告号为CN102618804B的中国发明专利公开了一种“奥氏体耐热钢及其制备方法”，钢中Ni含量为19-22％，其常温下的抗拉强度≤800MPa。
公开号为CN106893949A的中国专利申请公开了“一种奥氏体耐热钢及其制备方法”，钢中Ni含量为19-25％，其常温下的抗拉强度≤800MPa。
因此，亟待开发一种用于石化设备的、抗拉强度等级800MPa以上、低成本的奥氏体耐热钢板。
发明内容
本发明提供了一种石化设备用奥氏体耐热钢板及其制造方法，在成分设计方面，通过添加一定量的Mo、W、N元素，大幅提升了奥氏体耐热钢的常温强度及高温强度，同时降低了钢中Ni含量，降低了钢板的制造成本；在制造工艺方面，采用分阶段轧制和两次固溶处理方式，保证成品钢板在整个厚度方向具有均匀的晶粒尺寸和优异的常温及高温强度。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种石化设备用奥氏体耐热钢板，钢板的化学成分按重量百分比计为C:0.05％～0.15％，Si:1.50％～3.50％，Mn:≤1.0％，P:≤0.035％，S：≤0.015％，Ni:5.00％～9.00％，Cr:10.00％～19.00％，Mo：1.50％～2.50％，W：0.50％～1.00％，N：0.25％～0.35％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种石化设备用奥氏体耐热钢板的制造方法，生产过程包括冶炼-连铸-加热-轧制-固溶处理，具体工艺过程如下：
1)电炉冶炼，VOD真空处理；
2)连铸重点控制浇铸温度，中间包钢水浇铸温度≤1580℃，采用电磁搅拌或连铸坯轻压下，压下率控制在8％～12％；
3)连铸坯加热温度为1150～1200℃，均热时间1～3h；
4)采用两阶段控轧，其中一阶段终轧温度≥1050℃，单道次压下率10％～20％；二阶段开轧温度≤950℃，单道次压下率4％～7％；
5)轧后钢板采用两次固溶；第一次固溶温度930～970℃，净保温时间1～2min/mm；第二次固溶温度为1050～1080℃，净保温时间0.5～1min/mm。
所生产钢板的抗拉强度≥800MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)在成分设计方面，通过添加一定含量的Mo、W、N元素，大幅提升了奥氏体耐热钢的常温及高温强度；同时，由于降低了钢中Ni元素的含量，也降低了钢板的制造成本。
2)在制造工艺方面，采用分阶段轧制和两次固溶处理方式，保证成品钢板在整个厚度方向具有均匀的晶粒尺寸和优异的常温及高温强度。
附图说明
图1是厚度规格60mm的奥氏体耐热钢板的晶粒尺寸图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明所述一种石化设备用奥氏体耐热钢板，钢板的化学成分按重量百分比计为C:0.05％～0.15％，Si:1.50％～3.50％，Mn:≤1.0％，P:≤0.035％，S：≤0.015％，Ni:5.00％～9.00％，Cr:10.00％～19.00％，Mo：1.50％～2.50％，W：0.50％～1.00％，N：0.25％～0.35％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种石化设备用奥氏体耐热钢板的制造方法，生产过程包括冶炼-连铸-加热-轧制-固溶处理，具体工艺过程如下：
1)电炉冶炼，VOD真空处理；
2)连铸重点控制浇铸温度，中间包钢水浇铸温度≤1580℃，采用电磁搅拌或连铸坯轻压下，压下率控制在8％～12％；
3)连铸坯加热温度为1150～1200℃，均热时间1～3h；
4)采用两阶段控轧，其中一阶段终轧温度≥1050℃，单道次压下率10％～20％；二阶段开轧温度≤950℃，单道次压下率4％～7％；
5)轧后钢板采用两次固溶；第一次固溶温度930～970℃，净保温时间1～2min/mm；第二次固溶温度为1050～1080℃，净保温时间0.5～1min/mm。
所生产钢板的抗拉强度≥800MPa。
本发明所述一种石化设备用奥氏体耐热钢板是一种抗拉强度级别为800MPa的低镍型高强度奥氏体耐热钢板，具有良好的高温性能和较低的制造成本；钢中各化学元素的作用分析如下：
C在钢中形成碳化物M23C6和MX，上述碳化物在晶界上析出，起到强化晶界的作用，能够提升钢板的常温及高温强度。此外，C作为奥氏体形成元素，还能抑制钢中高温铁素体的形成。但是过高的C含量不仅增加焊接热影响区硬度以及焊后再加热开裂，同时也不利于钢板的长时高温性能。因此，本发明将C含量限定在0.05％～0.15％。
Si在钢中作为脱氧元素的同时还能改善钢板的抗氧化性能和耐高温腐蚀性，但是其在高温环境下长期使用不利于钢板的韧性。因此，本发明中Si含量限定在1.50％～3.50％。
Mn虽然是奥氏体形成元素，但其在高温环境下长期使用不利于钢板的强度和韧性。因此，本发明中Mn含量限定≤1.0％。
P、S是钢中有害杂质元素，理论上其含量越低越好，但过分降低将会导致制造成本大幅增加。因此，本发明中P含量限定≤0.035％、S含量限定≤0.015％。
Ni作为奥氏体形成元素，其不仅能够抑制钢中高温铁素体的形成，同时其与Cr元素配合使用，能够保证钢板具有良好的抗氧化腐蚀性能。但其价格昂贵，不利于控制钢的制造成本，因此本发明中Ni含量限定在5.00％～9.00％。
Cr是提高钢板抗高温氧化性能和高温耐腐蚀性能的主要元素，同时也是形成M23C6碳化物的关键元素。然而其添加过量将导致碳化物粗化，进而造成钢板高温强度及韧性的降低。因此，本发明中Cr含量限定在10.00％～19.00％。
Mo在钢中作为固溶强化的主要元素，能够大幅提升钢板强度，同时Mo元素对M23C6碳化物还能起到强化作用。因此，本发明中Mo含量限定在1.50％～2.50％。
W在钢中的作用与Mo相似，不仅能够进入奥氏体基体起到固溶强化的作用，同时对于M23C6碳化物也能起到强化作用，其还能形成Laves相强化基体。另外，Mo-W的联合使用还能大幅提升钢板的高温耐腐蚀性能和强度。因此，本发明中W含量限定在0.50％～1.00％。
N是强烈的奥氏体形成和稳定化元素，在奥氏体耐热钢中还能取代部分Ni元素形成更加稳定的奥氏体组织，在显著提高钢板强度的同时还不损害其延展性。因此，本发明中N含量限定在0.25％～0.35％。
本发明所述一种石化设备用奥氏体耐热钢板制造过程中，采用电炉加热、VOD真空处理完成钢水的冶炼。采用连铸工艺，重点控制浇铸温度，中间包钢水浇铸温度≤1580℃，低温浇铸有利于细化原始铸态组织。为控制连铸坯中心偏析、疏松，采用电磁搅拌或连铸坯轻压下工艺。
连铸坯加热温度为1150～1200℃，均热时间1～3h。加热温度低于1150℃时，连铸坯中粗大的析出物无法溶解，同时无法保证一阶段终轧温度；而加热温度高于1200℃时，容易使连铸坯中细小的析出物溶解。
连铸坯轧制采用两阶段控轧工艺。其中一阶段终轧温度≥1050℃，在此阶段采用大变形量进行快速轧制，单道次压下率10％～20％，确保钢板近表面发生完全动态再结晶；二阶段开轧温度≤950℃，此阶段采用小变形量进行快速轧制，单道次压下率4％～7％，确保钢板近表面不再发生再结晶。连铸坯的断面厚度通常为200mm。
轧后钢板采用两次固溶工艺。
厚度规格60mm的奥氏体耐热钢板的晶粒尺寸图如图1所示，晶粒尺寸为4级。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【实施例】
本实施例中，奥氏体耐热钢板的化学成分如表1所示。
表1钢的化学成分(wt％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo | W | N |
| 1 | 0.06 | 1.52 | 0.54 | 0.015 | 0.011 | 5.45 | 10.04 | 1.52 | 0.54 | 0.26 |
| 2 | 0.09 | 2.14 | 0.58 | 0.018 | 0.012 | 6.73 | 12.53 | 1.73 | 0.63 | 0.28 |
| 3 | 0.12 | 2.91 | 0.63 | 0.023 | 0.014 | 7.81 | 14.18 | 1.99 | 0.75 | 0.30 |
| 4 | 0.14 | 3.12 | 0.71 | 0.025 | 0.014 | 8.06 | 16.45 | 2.22 | 0.85 | 0.32 |
| 5 | 0.15 | 3.47 | 0.87 | 0.034 | 0.015 | 8.95 | 18.93 | 2.48 | 0.99 | 0.34 |
表2钢的连铸及轧制工艺参数
表3钢板的热处理工艺参数
表4钢板的常温性能
| 实施例 | 厚度mm | R<sub>p0.2</sub>/MPa | R<sub>m</sub>/MPa | A/％ | HBW |
| 1-1 | 10 | 604 | 805 | 43.5 | 205 |
| 1-2 | 18 | 600 | 801 | 44.5 | 202 |
| 2-1 | 24 | 633 | 831 | 42.3 | 208 |
| 2-2 | 36 | 627 | 829 | 42.0 | 207 |
| 3-1 | 21 | 658 | 853 | 41.4 | 210 |
| 3-2 | 45 | 632 | 837 | 42.3 | 208 |
| 4-1 | 14 | 685 | 886 | 40.9 | 213 |
| 4-2 | 50 | 660 | 855 | 41.2 | 209 |
| 5-1 | 32 | 697 | 889 | 40.3 | 215 |
| 5-2 | 58 | 674 | 864 | 41.2 | 209 |
表5钢板的高温性能
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种石化设备用奥氏体耐热钢板的制造方法，其特征在于，钢板的化学成分按重量百分比计为C:0.09%～0.15%，Si:1.50%～3.50%，Mn:≤1.0%，P:≤0.035%，S：≤0.015%，Ni:6.73%～9.00%，Cr:10.00%～19.00%，Mo：1.50%～2.50%，W：0.50%～1.00%，N：0.25%～0.35%，其余为Fe及不可避免的杂质；
生产过程包括冶炼-连铸-加热-轧制-固溶处理，具体工艺过程如下：
1）电炉冶炼，VOD真空处理；
2）连铸重点控制浇铸温度，中间包钢水浇铸温度≤1580℃，采用电磁搅拌或连铸坯轻压下，压下率控制在8%～12%；
3）连铸坯加热温度为1150～1200℃，均热时间1～3h；
4）采用两阶段控轧，其中一阶段终轧温度≥1050℃，单道次压下率10%～20%；二阶段开轧温度≤950℃，单道次压下率4%～7%；
5）轧后钢板采用两次固溶；第一次固溶温度930～970℃，净保温时间1～2min/mm；第二次固溶温度为1050～1080℃，净保温时间0.5～1min/mm。
2.如权利要求1所述一种石化设备用奥氏体耐热钢板的制造方法，其特征在于，所生产钢板的抗拉强度≥800MPa。
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