CN107287506B - 一种650MPa级中温中压锅炉钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种650MPa级中温中压锅炉钢板及其生产方法，钢中化学成分按重量百分比为：C 0.15％～0.23％、Si 0.15％～0.40％、Mn1.20％～1.60％、S≤0.005％、P≤0.015％、Ni 0.20％～0.40％、Mo0.30％～0.60％、Ti 0.01％～0.02％、V 0.02％～0.05％、Als 0.02％～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制采用两阶段正火轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度≥1100℃、终轧温度1050～1000℃、Ⅰ阶段道次压下率15％～25％、中间坯厚度为成品钢板的2～2.5倍；Ⅱ阶段开轧温度900～920℃、终轧温度870～890℃、Ⅱ阶段累计压下率为50％～65％，轧后空冷。回火保温温度650～680℃，保温时间2～4min/mm。
Description
技术领域
本发明属于冶金行业，涉及一种用于中温、中压环境的锅炉压力容器用钢及其生产方法。
背景技术
锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体，长久以来在国民经济发展中起着举足轻重的作用，多用于火电站、船舶、机车和工矿等领域。中温中压锅炉容器主要指使用环境在3.8MPa＜压力＜5.8MPa、350℃＜温度＜450℃的锅炉容器设施，由于制造锅炉容器的原材料主要钢材，因此钢铁企业对于锅炉容器钢板的开发十分重视。
公开的发明专利“一种为钒钛复合处理锅炉和压力容器用钢及其生产方法”(201010622957.1)，通过钒钛复合处理提高钢材的强度，但公开的锅炉和压力容器用钢属于锅炉容器中强度较低的牌号。
公开的发明专利“一种大厚度锅炉锅筒用低合金高强钢板及其制造方法”(CN103834873A)，成分上添加Cr、Ni、Mo、Nb等合金元素，通过传统的模铸钢锭+轧制+离线热处理工艺保证钢板的各项性能，工艺复杂繁琐。
发明专利“一种压力容器钢18MnMoNbR及其100mm厚度板生产工艺”(CN103160740A)、以及《金属材料与冶金工程》中发表的论文“压力容器用特厚18MnMoNbR钢种的研制”，公开钢种的生产工艺流程基本为电炉+模铸+轧制+热处理，成分工艺虽然满足钢板性能要求，但同样存在制造工序复杂、生产周期长等问题。
上述公开的发明专利有的成分设计上添加了较多贵重金属元素增加了成本、有的虽然未添加较多合金元素但强度级别较低；工艺上大多采用模铸钢锭作为原料，生产效率低，成本较高，且热处理工艺基本采用离线正火+回火，进一步增加了工序成本。为了解决上述公开专利中存在的诸多问题，本发明意在采用一种合理的化学成分设计，即适量提高碳含量、添加Ni、Mo合金元素及V、Ti微合金元素，增强钢的常温及中温强度，通过转炉连铸、在线正火轧制+离线回火生产工艺路线，有效降低了生产工序成本，保证该级别锅炉钢板的常温及中温性能。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明通过全新的化学成分设计，采用与传统锅炉容器制造工艺不同的生产工艺路线，得到强韧型匹配优异、中温性能优良的锅炉钢板。
本发明的技术方案是：钢的合金成分设计，按重量百分比为：C 0.15％～0.23％、Si 0.15％～0.40％、Mn 1.20％～1.60％、S≤0.005％、P≤0.015％、Ni 0.20％～0.40％、Mo 0.30％～0.60％、Ti 0.01％～0.02％、V 0.02％～0.05％、Als 0.02％～0.05％，余量为Fe及不可避免夹杂；
钢板中合金元素C、Si、Mn、P、S、Ni、Mo、Ti、V、Als限定量的理由详述如下：
C是提高钢强度的最主要元素，通过固溶强化和析出强化提高钢的强度，提高淬透性，及保证钢的强度级别和高温性能；碳含量过高，又会影响钢的焊接性能。因此本发明中将C的含量限定为0.15％～0.23％。
Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，Si和Mo、Cr等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，超过0.5％时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能，因此本发明中将Si含量限定为0.15％～0.40％。
Mn能增加钢的韧性、强度和硬度，是强烈稳定奥氏体的元素，可有效地降低奥氏体的分解速度，提高钢的淬透性，Mn含量高会增强回火脆性，因此控制Mn含量范围为1.20％～1.60％。
S和P都是钢中有害元素，增加钢的脆性，因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量，本发明中将S、P的含量分别限定为：S≤0.005％，P≤0.015％。
Mo提高钢的淬透性，含量0.5％左右时，能降低回火脆性，有二次硬化作用。提高热强性和蠕变强度，但Mo含量过高反而会导致钢的脆化，因此本发明中将Mo含量限定在0.30％～0.60％。
Ni能提高钢板的强度、韧性，并具有良好的淬透性，提高塑性及韧性，改善耐蚀性能，与钼联合使用，增强热强性，是热强钢及不锈耐酸钢的主要合金元素之一，但由于Ni成本较高，因此将Ni含量限定在0.20％～0.40％
Ti固溶强化作用强，但降低固溶体的韧性，固溶于奥氏体中提高钢的淬透性，改善回火稳定性，并有二次硬化作用，提高钢的抗氧化性和热强性，如蠕变和持久强度，且改善钢的焊接性，因此将Ti含量限定在0.01～0.02％。
V固溶于奥氏体中可提高钢的淬透性，但化合状态存在的钒，会降低钢的淬透性，增加钢的回火稳定性，并有很强的二次硬化作用，固溶于铁素体中有极强的固溶强化作用，因此将V含量限定在0.02％～0.05％。
Als是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能，因此Als含量限定在0.02％～0.05％。
一种650MPa级中温中压锅炉钢板的生产工艺为：铁水预处理—转炉冶炼—LF—RH—连铸—铸坯加热—轧制—热处理—检验。其中，
冶炼工艺：炼钢要进行铁水脱硫预处理，选用清洁废钢，保证合金清洁干燥，挡渣出钢，要求下渣渣层厚度≤100mm，采用LF精炼深脱硫处理，造还原渣，确保夹杂物充分上浮，采用VD，VD净循环时间≥10min，开浇前镇静时间≥3min；LF炉喂硅钙线速度≥2m/s，喂线量≥3～5m/t；
浇铸工艺：VD破真空后采用连铸机浇铸，过热度小于25℃，浇注过程要稳定恒速。铸坯下线进堆垛缓冷，堆垛缓冷48h以上；
加热工艺：通过控制钢坯的加热工艺，确保合金元素充分固溶，并有效抑制原始奥氏体晶粒长大，板坯加热温度控制在1150～1250℃，加热4～6小时，均热时间0.5～1.0小时；
轧制工艺：轧制采用两阶段正火轧制工艺，保证Ⅰ阶段较大的道次压下率，变形充分渗透致钢坯心部，使再结晶区奥氏体晶粒充分均匀细化，控制Ⅱ阶段开轧温度，确保终轧温度在Ac3+(30～50)℃，由于终轧温度范围很窄，因此在控制上需要更加精确，具有一定的生产难度。具体工艺参数为：Ⅰ阶段开轧温度≥1100℃、终轧温度1050～1000℃、Ⅰ阶段道次压下率15％～25％、中间坯厚度为成品钢板的2～2.5倍；Ⅱ阶段开轧温度900～920℃、终轧温度870～890℃、Ⅱ阶段累计压下率为50％～65％。轧后空冷。
热处理工序：经正火轧制后的钢板虽然晶粒得到细化，但并未获得最终的稳定组织，通过高温回火处理，得到更为稳定的强韧性匹配良好的回火贝氏体+铁素体组织，回火工艺：保温温度650～680℃，保温时间2～4min/mm。
在本发明的生产工艺中：
Ⅰ阶段开轧温度≥1100℃、终轧温度1050～1000℃：此温度区间为奥氏体再结晶区，通过晶粒的形变、再结晶使再结晶晶粒细化，相变后得到均匀细小的组织。
15％～25％的道次压下率主要是使钢坯心部得到渗透变形，保证钢板的力学性能。
中间坯厚度为成品钢板的2～2.5倍主要是保证Ⅱ阶段总变形率大于50％，因为总压下率越大，铁素体晶粒越细小，钢板力学性能越好。
Ⅱ阶段开轧温度900～920℃、终轧温度870～890℃：此温度区间为钢的Ac3+(30～50)℃，即正火温度区间，是保证进行正火轧制的关键温度区间。
50％～65％的Ⅱ阶段累计压下率则为了获得细小的原始晶粒。
有益效果：
本发明的有益效果是通过全新的化学成分设计，采用与传统锅炉钢板不同的短流程、低成本、高效的生产工艺路线，其中常温Rm≥650MPa，-20℃KV2≥100J；350℃的Rel≥380MPa、400℃的Rel≥365MPa、450℃的Rel≥350MPa常温及中温性能优良的锅炉钢板。
具体实施方式
本发明涉及的技术问题采用下述技术方案解决：一种650MPa级中温中压锅炉钢板及其生产方法，其化学成分质量百分比为：C 0.15％～0.23％、Si 0.15％～0.40％、Mn1.20％～1.60％、S≤0.005％、P≤0.015％、Ni 0.20％～0.40％、Mo 0.30％～0.60％、Ti0.01％～0.02％、V 0.02％～0.05％、Als 0.02％～0.05％，余量为Fe及不可避免夹杂；经铁水脱硫预处理，挡渣出钢中，要求下渣渣层厚度≤100mm，采用LF精炼深脱硫处理，造还原渣，确保夹杂物充分上浮，采用VD，VD净循环时间≥10min，开浇前镇静时间≥3min；LF炉喂硅钙线速度≥2m/s，喂线量≥3～5m/t；VD破真空后采用连铸机浇铸，过热度小于25℃，浇注过程要稳定恒速。铸坯下线进堆垛缓冷，堆垛缓冷48h以上；铸坯加热温度控制在1150～1250℃，加热4～6小时，均热时间0.5～1.0小时；Ⅰ阶段开轧温度≥1100℃、Ⅰ阶段终轧温度1050～1000℃、、Ⅰ阶段道次压下率15％～25％、中间坯厚度为成品钢板的2～2.5倍；Ⅱ阶段开轧温度900～920℃、终轧温度870～890℃、Ⅱ阶段累计压下率为50％～65％。轧后空冷。
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。表1为本发明实施例钢的化学成分，表2为本发明实施例钢的生产工艺参数，表3为本发明实施例钢力学性能。
表1 实施例化学成分(wt，％)
表2 实施例生产工艺参数
表3 实施例力学性能
根据以上结果可以得出，本发明提供的中温中压锅炉钢板常温Rm≥665MPa，-20℃KV2≥144J；350℃的Rel≥384MPa、400℃的Rel≥365MPa、450℃的Rel≥351MPa，常温及中温性能优良。
Claims (1)
1.一种650MPa级中温中压锅炉钢板的生产方法，钢板的生产工艺为：铁水预处理—转炉冶炼—LF—RH—连铸—铸坯加热—轧制—热处理—检验，其特征在于，
钢中化学成分按重量百分比为：C 0.15％～0.23％、Si 0.15％～0.38％、Mn 1.20％～1.55％、S≤0.005％、P≤0.015％、Ni 0.20％～0.38％、Mo 0.30％～0.59％、Ti 0.01％～0.02％、V 0.02％～0.045％、Als 0.02％～0.037％，余量为Fe和不可避免的杂质；
轧制采用两阶段正火轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度≥1100℃、终轧温度1050～1000℃、Ⅰ阶段道次压下率15％～25％、中间坯厚度为成品钢板的2～2.5倍；Ⅱ阶段开轧温度900～920℃、终轧温度870～890℃、Ⅱ阶段累计压下率为50％～65％，轧后空冷，回火保温温度650～680℃，保温时间2～4min/mm。
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