一種超超臨界高壓鍋爐管用鋼及其連鑄坯中心裂紋的控制方法與流程

2023-05-22 04:15:01

本發明涉及一種超超臨界高壓鍋爐管用鋼及其連鑄坯中心裂紋的控制方法。
背景技術：
：t/p91是美國上世紀70年代研製開發的火力發電廠鍋爐蒸汽管道、集熱箱、再熱器、蒸汽導管等用熱強鋼，具有高的許用應力、持久強度、蠕變抗力、疲勞強度、熱導率和良好的焊接性、較好的抗蝕性。當今美、歐、日等先進國家的火力發電廠已普遍使用了t91和p91鋼，取得了良好的經濟效益。目前，國內外主要採用模鑄工藝生產p91鋼。近年來，隨著連鑄技術的進步，以及降低生產成本的需要，有少數廠家開始採用連鑄工藝生產p91鋼。但p91中nb、v等微合金元素和cr、mo等合金元素含量和n含量均較高，在連鑄凝固過程中，鑄坯通常都會產生中心裂紋缺陷，且中心裂紋級別高(中心裂紋≥2.5級，中心裂紋直徑達到100mm以上)。為了去除連鑄圓坯的中心裂紋以滿足制管的需要，制管廠通常採用機加工的方法先將中心裂紋缺陷去除，再進行鋼管軋制，這使得連鑄工藝生產的p91鋼管成材率低，生產成本提高。因此，很有必要進行p91鋼連鑄圓坯中心裂紋控制方法研究。技術實現要素：基於上述背景，本發明提供了一種超超臨界高壓鍋爐管用鋼及其連鑄坯中心裂紋的控制方法。採用本發明公開的化學成分及控制方法，得到的超超臨界高壓鍋爐管用鋼連鑄坯的中心裂紋級別≤1.0級，連鑄坯的中心裂紋長度≤30mm。本發明採取的技術方案為：一種超超臨界高壓鍋爐管用鋼，包括以下重量百分比的化學成分：c：0.08～0.12％，si：0.20～0.50％，mn：0.30～0.60％，cr：8.20～8.90％，mo：0.90～1.05％，v：0.18～0.20％，nb：0.06～0.07％，ti≤0.008％，zr≤0.008％，n：0.040～0.050％，p≤0.008％，s≤0.001％，al≤0.001％，o≤0.0020％，餘為fe和其它不可避免的雜質。所述超超臨界是指溫度為580℃以上、壓力為28mpa以上的超超臨界狀態。進一步地，所述超超臨界高壓鍋爐管用鋼，包括以下重量百分比的化學成分：c：0.085～0.095％，si：0.40～0.49％，mn：0.35～0.52％，cr：8.30～8.80％，mo：0.95～1.04％，v：0.18～0.20％，nb：0.06～0.07％，ti≤0.002％，zr≤0.002％，n：0.043～0.048％，p≤0.008％，s≤0.001％，al≤0.001％，o≤0.0020％，餘為fe和其它不可避免的雜質。更進一步地，所述超超臨界高壓鍋爐管用鋼，包括以下重量百分比的化學成分：c：0.09％，si：0.49％，mn：0.36％，cr：8.35％，mo：1.04％，v：0.20％，nb：0.07％，ti：0.001％，zr：0.00:1％，n：0.043％，p：0.006％，s：0.001％，al：0.001％，o：0.001％，餘為fe和其它不可避免的雜質。本發明還提供了一種超超臨界高壓鍋爐管用鋼的連鑄坯中心裂紋的控制方法，所述控制方法包括以下步驟：(1)電弧爐或轉爐冶煉；(2)lf爐精煉；(3)rh或vd真空脫氣；(4)圓坯連鑄；(5)連鑄坯緩冷；所述步驟(5)中，圓坯連鑄後及時入緩冷坑，確保入緩冷坑溫度≥700℃，出緩冷坑溫度≤100℃。在所述步驟(4)中，優化連鑄坯拉速和二冷比水量，二冷比水量控制在0.1～0.15l/kg鋼，確保連鑄坯矯直溫度≥900℃；生產中採用恆速澆鑄，避免拉速大幅度波動。進一步地，連鑄坯拉速為0.15～0.60m/min，恆速澆鑄的速度根據規格設置為:φ800mm規格為0.16m/min，φ700mm規格為0.22m/min，φ600mm規格為0.30m/min，φ500mm規格為0.40m/min，φ380mm規格為0.58m/min。所述步驟(4)中，在結晶器、鑄流、凝固末端三段採用電磁攪拌技術；以減輕連鑄坯裂紋敏感性，其工藝參數見表1；表1電磁攪拌工藝參數所述步驟(4)中，採用中包感應加熱技術，實現中包鋼水過熱度≤10℃的低過熱度澆注；以減輕連鑄坯成分偏析及裂紋敏感性。所述連鑄坯的規格為φ380mm～φ800mm。為了實現對超超臨界高壓鍋爐管用鋼的連鑄坯中心裂紋的控制，本發明在鋼成分設計上，對p91鋼成分進行優化設計，在不影響性能的前提下，適當降低裂紋敏感性元素含量，如n、nb、v、al等，同時嚴格控制鋼中雜質元素o、p、s等的含量，控制mn/s在200以上；鋼成分中，各元素的作用如下：nb：nb可以與c、n結合形成細小彌散的mx型第二相析出物nb(c，n)，該類析出物細小、彌散，尺寸基本為納米級，在高溫服役過程中組織穩定性很好，可有效提高材料的高溫持久強度。但nb為強裂紋敏感性元素。綜合考慮本發明鋼選取nb含量為0.06-0.07％。v：與nb類似，v與c，n可以形成細小彌散的第二相析出物v(c,n)。形成的第二相尺寸在高溫長時條件下保持穩定，不易粗化，可以有效的提高材料的高溫持久強度。但v也為強裂紋敏感性元素。綜合考慮本發明鋼選取v含量為0.18-0.20％。al：儘管加入al元素對提高體素體耐熱鋼的抗氧化性能有利，但al與n有較強的結合傾向，對鋼中n元素作用的發揮有不利的影響，同時，aln也是導致鋼裂紋敏感性增強的主要元素，因此本發明鋼嚴格控制al含量在0.001％以下。n：n在鋼中一方面和nb、v形成碳氮化物，可以有效的提高材料的高溫持久強度等，另一方面，n過高會導致鑄坯皮下氣泡和裂紋的產生，因此n需要控制在一個較合適範圍。綜合考慮本發明鋼選取n含量為0.040-0.050％。p：p能在鋼液凝固時形成微觀偏析，隨後在奧氏體化溫度加熱時偏聚在晶界，使鋼的脆性顯著增大，所以控制p的含量在0.008％以下。s：鋼中不可避免的不純物，形成mns夾雜和在晶界偏聚會惡化鋼的韌性，使鋼的裂紋敏感性增強，因而控制其含量在0.001％以下。o：氧在鋼中形成各種氧化物夾雜。在應力的作用下，在這些氧化物夾雜處容易產生應力集中，導致微裂紋的萌生，從而惡化鋼的力學性能。因此，在冶金生產中須採取措施儘可能降低其含量。考慮到經濟性，控制其含量在0.0020％以下。採用本發明的鋼化學成分、工藝流程和生產工藝參數生產的超超臨界高壓鍋爐管用鋼連鑄坯，連鑄坯中心裂紋級別≤1.0級，連鑄坯中心裂紋長度≤30mm。具體實施方式下面結合實施例1～5及比較例1～2對本發明進行詳細說明一種超超臨界高壓鍋爐管用鋼，包括以下重量百分比的化學成分，如表2所示：表2各實施例鋼的熔煉化學成分重量百分比(wt％)實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5c0.100.080.120.090.085si0.210.330.420.490.42mn0.320.590.410.360.48p0.0080.0070.0050.0060.004s0.0010.0010.0010.0010.001cr8.228.808.708.358.75mo0.910.930.991.040.96ti0.0010.0010.0010.0010.001zr0.0010.0010.0010.0010.001n0.0410.0490.0480.0430.046v0.180.200.190.200.19nb0.060.060.070.070.06als0.0010.0010.0010.0010.001o0.0010.0020.0010.0010.001所述超超臨界高壓鍋爐管用鋼的連鑄坯採用以下工藝生產：(1)電弧爐或轉爐冶煉；(2)lf爐精煉；(3)rh或vd真空脫氣；(4)圓坯連鑄；(5)連鑄坯緩冷；在所述步驟(4)中，採用中包感應加熱技術，實現中包鋼水過熱度≤10℃的低過熱度澆注，以減輕連鑄坯成分偏析及裂紋敏感性；優化連鑄坯拉速和二冷比水量，確保連鑄坯矯直溫度≥900℃；生產中採用「恆速澆鑄」，避免拉速大幅度波動；連鑄在結晶器、鑄流、凝固末端三段採用電磁攪拌技術，以減輕連鑄坯裂紋敏感性；所述步驟(5)中圓坯連鑄後及時入緩冷坑，確保入緩冷坑溫度≥700℃，出緩冷坑溫度≤100℃。各實施例的生產工藝參數及得到的連鑄坯中心裂紋的檢測結果如表3所示：表3各實施例的生產工藝參數及連鑄坯中心裂紋檢測結果比較例1(2)保持實施例4中的鋼成分不變，只是將超超臨界高壓鍋爐管用鋼的連鑄坯採用常規工藝生產，其生產工藝過程為：電弧爐或轉爐冶煉→lf爐精煉→rh或vd真空脫氣→模鑄→圓坯或方坯連鑄，在連鑄過程中無中包感應加熱、無連鑄三段電磁攪拌工藝→連鑄坯緩冷。按照此種生產工藝生產出的p91連鑄坯，其中心裂紋級別≥2.5級，中心裂紋長度≥100mm，遠遠劣於本發明得到的超超臨界高壓鍋爐管用鋼的連鑄坯的質量。比較例2一種超超臨界高壓鍋爐管用p91鋼，包括以下重量百分比的化學成分：c：0.10％，si：0.36％，mn：0.42％，cr：9.03％，mo：0.93％，v：0.22％，nb：0.09％，ti：0.003％，zr：0.001％，n：0.054％，p：0.013％，s：0.001％，al：0.013％，o：0.0035％，餘為fe和其它不可避免的雜質。其連鑄坯的生產工藝過程同實施例4，按照此種生產工藝生產出的p91連鑄坯，其中心裂紋級別≥2.5級，中心裂紋長度≥100mm，遠遠劣於本發明得到的超超臨界高壓鍋爐管用鋼的連鑄坯的質量。將實施例1～5及比較例1～2得到的連鑄坯，進一步加工成超超臨界高壓鍋爐管用鋼管，其規格為φ505mm×φ75mm，並對鋼管的組織形態及力學性能進行檢測，其檢測結果如表4所示：表4各實施例及比較例得到的連鑄坯進一步加工成鋼管後的性能測試結果項目實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5比較例1比較例2常溫下rp0.2/mpa482497488494481473479常溫下rm/mpa647653641650646614627常溫下a％272628272725.524常溫下kv2/j201208213215212181171晶粒度/級8.08.08.08.08.07.07.0600℃下短時拉伸rp0.2/mpa302310317309312283289600℃下短時拉伸rm/mpa334331344338336316313上述參照實施例對一種超超臨界高壓鍋爐管用鋼及其連鑄坯中心裂紋的控制方法進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定範圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護範圍之內。當前第1頁12