CN1807955A

CN1807955A - 高合金钢无缝钢管及其生产方法

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Publication number: CN1807955A
Application number: CN 200610013084
Authority: CN
Inventors: 李连进
Original assignee: TIANJIN BUSINESS COLLEGE
Current assignee: TIANJIN BUSINESS COLLEGE; Tianjin University of Commerce
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: CN100354562C

Abstract

本发明是高合金钢无缝钢管及其生产方法。高合金钢无缝钢管的化学成分组成(重量％)为C 0.08－0.12，Si 0.20－0.50，Mn 0.30－0.60，Cr 8－9.5，Mo 0.85－1.05，Al 0.01－0.04，Ni 0－0.4，Cb 0.06－0.10，P＜0.02，S＜0.010，V 0.18－0.25，N 0.03－0.07，余量为Fe。生产方法包括采用海绵铁和废钢做炼钢原料，用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，连铸成圆形管坯，将冷却后的连铸管坯在环形加热炉内加热，热定心，热穿孔，连续延伸轧制，进行热处理，最后探伤。本发明热稳定性好，具有良好的冲击韧性、稳定的持久塑性、高的热强性能及耐腐蚀性能，适用于火力电站和核电站的锅炉、石油裂化设备的管道以及化工压力容器等的蒸汽管、过热器管、再热器管的耐高温和高压的需要。

Description

高合金钢无缝钢管及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种用于高压锅炉、能源工业以及化工设备等所使用的蒸汽管、过热器管、再热器管类的耐热、耐腐蚀的无缝钢管，尤其涉及一种高合金钢无缝钢管及其生产方法。

背景技术

高压锅炉、火力发电站、核能发电站、石油裂化装置以及化工工业等领域广泛使用高合金钢无缝钢管，是这些领域急需的产品之一，高合金钢无缝钢管也是高附加值、高经济效益的产品。在动力锅炉中作为过热器、再热器及主蒸气管道使用，在石化工业的裂化、抗硫、加氢等工艺装置中也广泛应用。目前，我国的高合金钢无缝钢管主要依赖进口，其制造的难点是：

由于材料化学成份的偏差产生的耐热和耐腐蚀性能低下，穿孔、连续轧制、定减径轧制、热处理及矫直等制造高合金钢无缝钢管工艺问题使高合金钢无缝钢管出现变形不均、裂纹、折迭、离层及表面氧化等缺陷。

发明内容

本发明的主要目的在于解决上述高合金钢无缝钢管的问题，提供一种热稳定性好，具有良好的冲击韧性、稳定的持久塑性、高的热强性能及耐腐蚀性能的高合金钢无缝钢管及其生产方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

高合金钢无缝钢管的化学成分组成(重量％)为C 0.08-0.12，Si 0.20-0.50，Mn 0.30-0.60，Cr 8-9.5，Mo 0.85-1.05，Al 0.01-0.04，Ni 0-0.4，Cb 0.06-0.10，P＜0.02，S＜0.010，V 0.18-0.25，N 0.03-0.07，余量为Fe。

适用于高压锅炉、石油裂化以及化工设备等所使用的耐热、耐腐蚀高合金钢无缝钢管及其生产方法，以满足火力电站和核电站的锅炉、石油裂化设备的管道以及化工压力容器等的蒸汽管、过热器管、再热器管的耐高温和高压的需要。高合金钢无缝钢管为T91钢级无缝钢管，生产和检验执行美国的ASTM标准。

高合金钢无缝钢管的生产方法包括采用海绵铁和废钢做炼钢原料，用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，连铸成圆形管坯，将冷却后的连铸管坯在环形加热炉内加热，热定心，热穿孔，连续延伸轧制，经定减径轧制、冷却、定长锯切、矫直、探伤后，进行正火热处理，回火，热定径，热矫直，最后探伤。

本发明是在电弧炉内投入由废钢65-75份和海绵铁25-35份的炼钢原料，通电加热，炉料逐渐熔化成钢水，采用底吹搅拌技术，加速钢的熔化和加热的均匀化，最终电弧炉的炉温到达1550～1650℃，并造好熔化期的炉渣。

由于废钢中的金属成份略有区别，为调整其成份，海绵铁和废钢的投放比例不同，一般废钢大致70±5％，其余为海绵铁。废钢和海棉铁投入电弧炉后，采用底吹搅拌技术，加速钢的熔化和加热的均匀化，使废钢熔点降低，加速熔化，从而获得降低能耗、缩短冶炼时间等效果。在炉底部开始吹氧，起到助熔、化渣的目的，节约电能。同时，在熔化期的吹氧助熔，因为碳先于铁氧化、从而减少了铁的烧损。

在电弧炉内投入活性石灰石0.2375-0.2625份，设置在电弧炉底部的喷嘴向炉内熔池吹入氧气和氩气，钢水的上面产生熔渣，实时检测钢水的化学成份，按需要的化学成份比例要求，向电弧炉内投入海绵铁或其它铁合金。

在炉内温度达到1550～1650℃以后，向电弧炉内投入活性石灰石，从炉底部向炉内吹氧气和吹氩气，搅动钢水熔池及在钢水中形成泡沫，能够使钢水沸腾，气体和夹杂上浮。高纯度氧气能快速可控地脱碳，有利于钢中气体和夹杂物的排除在钢水表面形成泡沫熔渣，隔绝钢水与气体的接触。同时，生成一定碱度的炉渣，并脱除钢中夹杂物和有害元素，如磷、硫等。脱磷率达到80％，脱硫率达到50％，冶炼后的磷含量＜0.02％。

吹氧能够使碳和氧反应造成熔池搅动、促进钢渣反应，有利于早期脱磷。在还原冶炼期，活跃的碳氧反应，扩大了钢一渣界面，有利于进一步脱磷，有利于钢液成分和温度的均匀化和气体、夹杂物的上浮，活跃的碳氧反应有助于泡沫渣的形成。采用底吹工艺可缩短冶炼时间，降低电耗，改善脱磷、脱硫操作，使钢水成分、温度更均匀，从而改善钢质量，降低成本，提高生产率。对熔化的钢水进行吹氧，氧化钢液中的碳、磷；去除气体及夹杂物，使钢液均匀加热升温。使电弧炉中的金属液和熔渣产生运动，以改善冶金反应的动力学条件。要经过熔化期、氧化和脱炭期、精炼期、还原期等四个阶段。

本发明高合金钢无缝钢管的化学组分按重量比为：C 0.08-0.12，Si0.20-0.50，Mn 0.30-0.60，Cr 8-9.5，Mo 0.85-1.05，Al 0.01-0.04，Ni 0-0.4，Cb0.06-0.10，P＜0.02，S＜0.010，V 0.18-0.25，N 0.03-0.07，余量为Fe。

采用偏心炉底部出钢，这一出钢操作使炉内留有一部分(10％～15％)钢水和全部炉渣(在倒出的钢水中不合有炉渣)，这为下一炉加速熔化、早期脱磷创造了条件；同时，改善了控制并减小了对供电系统的干扰。

LF浇铸精炼包内倒入CaO-Al₂O₃基精炼渣0.304-0.336份，将电弧炉中经过初炼后成份合格的钢液注入LF浇铸精炼包中，包料在氧化性气氛的炉内进行熔化、保温、脱磷、脱碳和主合金化，同时搅拌钢液。

将电弧炉中初炼过的成份合格的钢液移到LF精炼包中，首先包料在氧化性气氛的炉内进行熔化(保温)、脱磷、脱碳和主合金化(这要伴随钢液的搅拌)，然后，先向包内吹惰性气体，进行脱气、脱氧、脱硫(这要伴随向钢液内投入纯金属粉、丝)的搅拌，去除夹杂物和进行成分微调等，其次，将包内抽真空，减少钢中的氢气。这阶段要保证成品钢的成份全部符合标准要求，把钢的成份精确地控制在一个狭窄的范围内。LF精练钢包内衬所用的耐火材料，除渣线部位的工作衬以外，用70％～80％ Al₂O₃的高铝砖，渣线部位使用镁铬砖或镁碳砖。

再向浇铸精炼包内吹氩气，以110L/(min·t)的强搅拌条件吹入氩气，进行脱气、脱氧、脱硫，同时边搅拌边向钢液内投入纯金属粉、丝，去除夹杂物和进行成分微调。

按要求的成分、比例将CaO-Al₂O₃基精炼渣(每吨加入3.2±5％kg)倒入浇注精炼钢包中，然后吊到电弧炉出钢(炼钢炉渣不随钢液流出)，电弧炉的钢倒入精炼钢包中，靠出钢钢流的冲击使合成渣乳化，渣和钢充分混合，接着镇静，乳化的渣滴上浮，同时，以110L/(min·t)的强搅拌条件吹入氩气，该流程总共十多分钟，其脱硫、脱氧(部分完成)、去除非金属夹杂等精炼任务就在这短时间内完成。

再将浇铸精炼包内抽真空，减少钢中的氢气。在真空的条件下向钢水内投入硅(Si)进行脱氧，钢水立即发生沸腾现象，钢内气体逸出，夹杂物也随着沸腾搅拌面上浮进入炉渣，进行脱氢、脱氮等作业。

浇铸精炼包抽真空、炉底向包内吹惰性气体，保持一定的真空度。向钢水内投入硅(Si)进行脱氧，进而，在真空的条件下，钢水立即发生沸腾现象，钢内气体逸出，夹杂物也随着沸腾搅拌面上浮进入炉渣，进行脱氢、脱氮等作业。结果能使钢质纯净。真空脱气的目的主要是为了减少钢中的有害气体，特别是氢气。本发明使用的是芬克尔法，在我国通常称为VD法。在真空条件下，可以有效地对钢液进行脱气。在真空度为65Pa(0.5mmHg)的条件下，能将钢中的氢气到1ppm左右，同时真空脱碳的能力显著提高，利用这一特点，真空精炼可以获得很纯净的钢，精炼时间为40min。

炉外精炼也称为二次精炼。在整个炼钢过程中，除将原材料熔化成液态外，还要求在不同程度上完成脱碳、脱磷、脱包、脱硫、去除气体、去除夹杂、调整温度和调整成分等冶金任务。因此，利用超高功率电孤炉熔化废钢的优势，将其他的冶炼任务在二次精炼过程中完成。这样分步进行，以创造最佳冶金条件，提高效率。

目的是调造较好的冶金反应的动力学条件。对于常规的炼钢炉，在氧化性条件下进行脱碳时，由于一氧化碳排出而引起的熔池掀动，可使反应物和反应产物有较大的传递速率。但是，在电弧炉冶炼工艺中，由于炉池的反应界面积小，使一些冶金反应的速率相当缓慢，电弧炉冶炼还原期的优越性不能充分发挥。为解决这个问题，一是提高渣钢接触界面积，二是在钢包的底部安装透气砖吹入氩气，依靠在钢液中上浮的氩气泡粘附乳化的渣滴，以及上浮气泡所引起的钢液的搅动，促进渣滴的碰撞合并而加速上浮，三是采用吹氩搅拌方法，加速渣钢间的传质过程。吹氩强度为109～218l/min·t。

本发明的连铸是采用固定式结晶器，即使用水冷的、底部敞口的固定式结晶器。主要由钢包、中间包、结晶器、结晶器振动装量、二次冷却和铸坯导向装量、拉坯矫直装置、切割装置、出坯装置等部分组成。

将浇铸精炼包从加热炉的上部移至连铸机的上方，钢水通过钢包底部的钢水出口注入到中间包内，预先调整中间包水口的位置，对准连铸机的结晶器，打开中间包滑动水口后，钢水流入下口由引锭杆头封堵的水冷结晶器内。

将盛满成份和温度都达到所规定要求的钢水的LF精炼包从加热炉的上部移动到连铸机的上方，钢水通过钢包底部的钢水出口注入到中间包内(中间包水口的位置被预先调好以对准下面的连铸机的结晶器)打开中间包滑动水口后，钢水流入下口由引锭杆头封堵的水冷结晶器内。

从电弧炼钢炉出来的钢水注入到钢包内，经二次精炼处理后被运到连铸机的上方，钢水通过钢包底部的水口再注入到中间包内。中间包水口的位置被预先调好以对准下面的结晶器。打开中间包滑动水口后，钢水流入下口由引锭杆头封堵的水冷结晶器内。

在结晶器内，钢水沿其周边逐渐冷凝成钢壳，当结晶器下端出口处的铸坯的坯壳厚度达到20mm以上时，启动拉坯机和结晶器振动装置，把带有液心的铸坯进入弧形导向段，铸坯在弧形导向段内一边下行一边用雾化水进行强制冷却继续凝固。

在结晶器内，钢水沿其周边逐渐冷凝成钢壳。当结晶器下端出口处坯壳有一定厚度时，同时启动拉坯机和结晶器振动装置，使带有液心的铸坯进入由若干夹辊组成的弧形导向段。在这里铸坯一边下行，一边经受二次冷却区中许多按一定规律布置的喷嘴喷出的雾化水的强制冷却继续凝固。当引锭杆出拉坯矫直机后将其与铸坯脱开。待铸坯被矫直且完全凝固后，由切割装置将其切成定尺铸坯，最后由出坯装置特定尺铸坯运到指定地点。

拉坯后进入矫直机，待铸坯矫直且完全凝固后，由切割装置切割成定尺的连铸管坯。将冷却到600℃以下的连铸管坯送入环形加热炉内加热，使管坯的温度均匀达到1260～1280℃，在1250～1260℃时对连铸管坯进行热定心，在1160～1260℃时对连铸管坯进行热穿孔，在1080～1140℃时对连铸管坯进行连续延伸轧制。

经定减径轧制、冷却、定长锯切、矫直、探伤后，进行热处理，在1040～1060℃时用光亮正火炉正火，防止钢管表面氧化。

在770～790℃时用退火炉进行回火，然后在580～610℃时进行热定径，在500～550℃时进行热矫直，最后进行探伤，制作成圆形管坯。

采用海绵铁和废钢做炼钢原料，用电弧炉中熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上所述化学成份，连铸成圆坯。将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1260～1280℃，在1250～1260℃热定心，在1200～1240℃热穿孔，在1000～1150℃连续延伸轧制，经定减径轧制、冷却、定长锯切、矫直、探伤后，进行热处理：在850～930℃用光亮热处理炉正火(防止钢管表面氧化)，在770～790℃回火，然后在580～610℃热定径，在500～550℃热矫直，最后探伤。

本发明的高合金钢无缝钢管的机械性能按美国的ASTM标准要求取样和制样，其力学性能达到的指标如下：

屈服强度(σ_S)415MPa；

抗拉强度(σ_b)≥580MPa；

延伸率≥20％；

硬度≤200HB；

冲击韧性：最小值按美国的ASTM标准进行计算；

壁厚偏差：≤±8.5t％(t为无缝钢管的壁厚)；

外径偏差：≤±0.5d％(d为无缝钢管的直径)。

本发明是高合金钢无缝钢管及其生产方法。高合金钢无缝钢管材料的热稳定性好，具有良好的冲击韧性、稳定的持久塑性、高的热强性能及耐腐蚀性能，其屈服强度不低于450MPa。通过热处理(1040～1060℃的光亮热处理炉正火和770～790℃的回火)及矫直工艺(热矫直，矫直温度控制在500℃以上)，使高合金钢无缝钢管体的机械性能、抗蠕变强度、高温强度及耐腐蚀性能达到标准所要求的水平，在其运行的压力与温度范围内，有充足的安全裕度，同时能满足管体的抗氧化与抗腐蚀的要求。通过控制管体的几何尺寸、残余应力、形状偏差以及化学成份，能够保证管体的机械性能、耐高温和耐腐蚀性能。适用于高压锅炉、石油裂化以及化工设备等所使用的耐热、耐腐蚀高合金钢无缝钢管及其生产方法，可以满足火力电站和核电站的锅炉、石油裂化设备的管道以及化工压力容器等的蒸汽管、过热器管、再热器管的耐高温和高压的需要。

本发明的高合金钢无缝钢管的管体的机械性能和耐热强度均达到美国机械工程师协会ASTM锅炉及压力容器材料委员会标准所要求的高合金钢无缝钢管的水平。

以下结合实施例对本发明详细说明。

具体实施方式

实施例1(高剂量)

高合金钢无缝钢管的化学成分组成(重量％)为C 0.12，Si 0.50，Mn 0.60，Cr 9.5，Mo 1.05，Al 0.04，Ni 0.4，Cb 0.10，P＜0.02，S＜0.010，V 0.25，N 0.07，余量为Fe。

实施例2(低剂量)

高合金钢无缝钢管的化学成分组成(重量％)为C 0.08，Si 0.20，Mn 0.30，Cr 8，Mo 0.85，Al 0.01，Ni 0.1，Cb 0.06，P＜0.02，S＜0.010，V 0.18，N 0.03，余量为Fe。

实施例3(中等剂量)

高合金钢无缝钢管的化学成分组成(重量％)为C 0.1，Si 0.35，Mn 0.45，Cr 8-9.5，Mo 0.95，Al 0.025，Ni 0.2，Cb 0.08，P＜0.02，S＜0.010，V 0.215，N 0.05，余量为Fe。

实施例4(高剂量)

在电弧炉内投入(重量计每份1.5t)由废钢112.5t和海绵铁37.5t的炼钢原料，通电加热，炉料逐渐熔化成钢水，采用底吹搅拌技术，加速钢的熔化和加热的均匀化，最终电弧炉的炉温到达1550～1650℃，并造好熔化期的炉渣。

在电弧炉内投入活性石灰石393.75kg，设置在电弧炉底部的喷嘴向炉内熔池吹入氧气和氩气，钢水的上面产生熔渣，实时检测钢水的化学成份，按需要的化学成份比例要求，向电弧炉内投入海绵铁或其它合金。

实施例5(低剂量)

在电弧炉内投入(重量计每份1.5t)由废钢97.5t和海绵铁52.5t的炼钢原料，通电加热，炉料逐渐熔化成钢水，采用底吹搅拌技术，加速钢的熔化和加热的均匀化，最终电弧炉的炉温到达1550～1650℃，并造好熔化期的炉渣。

在电弧炉内投入活性石灰石356.25kg，设置在电弧炉底部的喷嘴向炉内熔池吹入氧气和氩气，钢水的上面产生熔渣，实时检测钢水的化学成份，按需要的化学成份比例要求，向电弧炉内投入海绵铁或其它合金。

实施例6(中等剂量)

在电弧炉内投入(重量计每份1.5t)由废钢105t和海绵铁45t的炼钢原料，通电加热，炉料逐渐熔化成钢水，采用底吹搅拌技术，加速钢的熔化和加热的均匀化，最终电弧炉的炉温到达1550～1650℃，并造好熔化期的炉渣。

在电弧炉内投入活性石灰石375kg，设置在电弧炉底部的喷嘴向炉内熔池吹入氧气和氩气，钢水的上面产生熔渣，实时检测钢水的化学成份，按需要的化学成份比例要求，向电弧炉内投入海绵铁或其它合金。

实施例7(高剂量)

LF浇铸精炼包内倒入(重量计每份1.5t)CaO-Al₂O₃基精炼渣504kg，将电弧炉中经过初炼后成份合格的钢液注入LF浇铸精炼包中，包料在氧化性气氛的炉内进行熔化、保温、脱磷、脱碳和主合金化，同时搅拌钢液。

再将浇铸精炼包内抽真空，减少钢中的氢气。在真空的条件下向钢水内投入硅(Si)进行脱氧，钢水立即发生沸腾现象，钢内气体选出，夹杂物也随着沸腾搅拌面上浮进入炉渣，进行脱氢、脱氮等作业。

实施例8(低剂量)

LF浇铸精炼包内倒入(重量计每份1.5t)CaO-Al₂O₃基精炼渣456kg，将电弧炉中经过初炼后成份合格的钢液注入LF浇铸精炼包中，包料在氧化性气氛的炉内进行熔化、保温、脱磷、脱碳和主合金化，同时搅拌钢液。

实施例9(中等剂量)

LF浇铸精炼包内倒入(重量计每份1.5t)CaO-Al₂O₃基精炼渣480kg，将电弧炉中经过初炼后成份合格的钢液注入LF浇铸精炼包中，包料在氧化性气氛的炉内进行熔化、保温、脱磷、脱碳和主合金化，同时搅拌钢液。

实施例10

Claims

1、一种高合金钢无缝钢管，其特征在于该钢的化学成分组成(重量％)为C 0.08-0.12，Si 0.20-0.50，Mn 0.30-0.60，Cr 8-9.5，Mo 0.85-1.05，Al0.01-0.04，Ni 0-0.4，Cb 0.06-0.10，P＜0.02，S＜0.010，V 0.18-0.25，N0.03-0.07，余量为Fe。

2、一种高合金钢无缝钢管的生产方法，包括采用海绵铁和废钢做炼钢原料，用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，连铸成圆形管坯，将冷却后的连铸管坯在环形加热炉内加热，热定心，热穿孔，连续延伸轧制，经定减径轧制、冷却、定长锯切、矫直、探伤后，进行热处理，热定径，热矫直，最后探伤；其特征在于：在电弧炉内投入由废钢65-75份和海绵铁25-35份的炼钢原料，通电加热，炉料逐渐熔化成钢水，采用底吹搅拌技术，加速钢的熔化和加热的均匀化，最终电弧炉的炉温到达1550～1650℃，并造好熔化期的炉渣；在电弧炉内投入活性石灰石0.2375-0.2625份，设置在电弧炉底部的喷嘴向炉内熔池吹入氧气和氩气，钢水的上面产生熔渣，实时检测钢水的化学成份，按需要的化学成份比例要求，向电弧炉内投入海绵铁或其它铁合金；其化学组分按重量比为：C 0.08-0.12，Si 0.20-0.50，Mn 0.30-0.60，Cr8-9.5，Mo 0.85-1.05，Al 0.01-0.04，Ni 0-0.4，Cb 0.06-0.10，P＜0.02，S＜0.010，V 0.18-0.25，N 0.03-0.07，余量为Fe；LF浇注精炼包内倒入CaO-Al₂O₃基精炼渣0.304-0.336份，将电弧炉中经过初炼后成份合格的钢液注入LF浇注精炼包中，包料在氧化性气氛的炉内进行熔化、保温、脱磷、脱碳和主合金化，同时搅拌钢液；再向浇注精炼包内吹氩气，以110L/(min·t)的强搅拌条件吹入氩气，进行脱气、脱氧、脱硫，同时边搅拌边向钢液内投入纯金属粉、丝，去除夹杂物和进行成分微调；再将浇注精炼包内抽真空，减少钢中的氢气；在真空的条件下向钢水内投入硅(Si)进行脱氧，钢水立即发生沸腾现象，钢内气体选出，夹杂物也随着沸腾搅拌面上浮进入炉渣，进行脱氢、脱氮的作业；将精炼包从加热炉的上部移至连铸机的上方，钢水通过钢包底部的钢水出口注入到中间包内，预先调整中间包水口的位置，对准连铸机的结晶器，打开中间包滑动水口后，钢水流入下口由引锭杆头封堵的水冷结晶器内；在结晶器内，钢水沿其周边逐渐冷凝成钢壳，当结晶器下端出口处的铸坯的坯壳厚度达到20mm以上时，启动拉坯机和结晶器振动装置，把带有液心的铸坯进入弧形导向段，铸坯在弧形导向段内一边下行一边用雾化水进行强制冷却继续凝固；拉坯后进入矫直机，待铸坯矫直且完全凝固后，由切割装置切割成定尺的连铸管坯；将冷却到600℃以下的连铸管坯送入环形加热炉内加热，使管坯的温度均匀达到1260～1280℃，在1250～1260℃时对连铸管坯进行热定心，在1160～1260℃时对连铸管坯进行热穿孔，在1080～1140℃时对连铸管坯进行连续延伸轧制；经定减径轧制、冷却、定长锯切、矫直、探伤后，进行热处理，在1040～1060℃时用光亮正火炉正火，防止钢管表面氧化；在770～790℃时用退火炉进行回火，然后在580～610℃时进行热定径，在500～550℃时进行热矫直，最后进行探伤，制作成圆形管坯。