專利名稱：：用于580～620℃高溫下、24～30MPa高壓的熱軋無(wú)縫鋼管及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于鍋爐、化工、能源等設(shè)備所使用的蒸汽管道、集箱等的耐熱、耐腐蝕、耐高壓P91鋼管及生產(chǎn)方法，特別是用于58062(TC高溫下、24~30MPa高壓的熱軋無(wú)縫鋼管及生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
：由于科技飛速發(fā)展帶來(lái)了環(huán)境污染等負(fù)面影響，人們已逐漸意識(shí)到這一嚴(yán)重問(wèn)題，開始在環(huán)境改善方面投入巨大精力及財(cái)力。電力作為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚哪茉?，同時(shí)也是工業(yè)發(fā)展的血液，因此，需求量相當(dāng)大。目前全世界發(fā)電主要依靠煤，而煤的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的C02以及S02等有害氣體，嚴(yán)重污染了環(huán)境。因此人們正在努力改善發(fā)電機(jī)組的燃煤效率，從而達(dá)到減少有害氣體排放的目的。而為了提高燃煤效率，就要求鍋爐提高蒸汽溫度以及蒸汽壓力，普通的鍋爐管則不能適應(yīng)蒸汽溫度和壓力的提高，需要更耐高溫和壓力的鋼管。P91高壓鍋爐管為ASMESA-335M標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的牌號(hào)，由于含有9%Cr、1%Mo，同時(shí)還含有V、Nb等合金強(qiáng)化元素，因此具有耐高溫、耐高壓以及耐腐蝕的優(yōu)良品質(zhì)，能夠在溫度為580~620°C、壓力為2430MPa的環(huán)境下長(zhǎng)期工作。目前國(guó)內(nèi)鍋爐制造企業(yè)所需耐高溫、高壓的P91主要由國(guó)外供貨，但是國(guó)外廠家多采用周期軋管等方式，不僅生產(chǎn)效率低，而且軋制比不能保證大于3，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有較大影響，同時(shí)供貨期長(zhǎng)，且價(jià)格昂貴，嚴(yán)重制約了我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展，從而影響了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度；國(guó)內(nèi)則采用鍛造鏜孔的方法生產(chǎn)鋼管，雖然能夠保證管坯心部缺陷去除，但是該方法成材率相當(dāng)?shù)停虼酥贿m合于生產(chǎn)厚壁鋼管，同時(shí)由于沒(méi)有軋制變形，對(duì)管體內(nèi)部缺陷不能消除，鋼管質(zhì)量得不到保證，持久強(qiáng)度往往達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)重制約了其發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)上的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于58062(TC高溫下、2430MPa高壓的熱軋無(wú)縫鋼管及生產(chǎn)方法，以利于保證成品管滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)達(dá)到較高的高溫持久強(qiáng)度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種用于58062(TC高溫下、2430MPa高壓的熱軋無(wú)縫鋼管，其中該鋼管的成份按重量％為C0.080.12%、Si0.200.50%、Mn0.300.60%、P0~0.020%，S00.010%、Ni00.40%、Cr8.009.50%、Mo0.851.05%、Cu00.20%、Al0~0.015%、V0.180.25%、Nb0.06~0.10%、N0.0300,070%，余量為Fe。同時(shí)還提供一種生產(chǎn)上述熱軋無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)方法。本發(fā)明效果是通過(guò)以上熱軋無(wú)縫鋼管以及生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格控制，最終成品管的性能完全滿足ASMESA-335M標(biāo)準(zhǔn)對(duì)拉伸、硬度的要求，也滿足GB5310對(duì)沖擊和持久強(qiáng)度的要求，己達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先地位，具體持久強(qiáng)度對(duì)比見(jiàn)下表廠家規(guī)格持久強(qiáng)度(外推強(qiáng)度/溫度)內(nèi)插法計(jì)算結(jié)果國(guó)內(nèi)某私營(yíng)企業(yè)508*7589.2MPa/600。C國(guó)內(nèi)某大型國(guó)有企業(yè)160*971.8MPa/625。C國(guó)內(nèi)某大型國(guó)有企業(yè)251*674MPa/620°C日本住友99MPa/600°C5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>具體實(shí)施方式結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的用于58062(TC高溫下、24~30MPa高壓的熱軋無(wú)縫鋼管及生產(chǎn)方法加以說(shuō)明。用于580620。C高溫下、2430MPa高壓的熱軋無(wú)縫鋼管，其特征是該鋼管的成份按重量％為C0.080.12%、Si0.200.50%、Mn0.300.60%、P00.020%，S00.010%、Ni00.40%、Cr8.009.50%、Mo0.851,05%、Cu0~0.20%、Al0~0.015%、V0.180.25%、Nb0.060.10%、N0.0300.070%，余量為Fe。生產(chǎn)用于58062(TC高溫下、2430MPa高壓的熱軋無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)方法包括有以下步驟①采用優(yōu)質(zhì)廢鋼或返回料和海綿鐵或鐵水按上述配比做煉鋼原料，經(jīng)電弧爐冶煉進(jìn)行熔化，并進(jìn)行成分粗調(diào)，；對(duì)鋼水進(jìn)行爐外精煉；通過(guò)喂入硅鈣鋇脫氧劑進(jìn)行脫氧來(lái)代替Al絲進(jìn)行脫氧，以減少了內(nèi)生夾雜物的產(chǎn)生；之后對(duì)鋼水進(jìn)行VD真空處理，VD時(shí)間不能少于10min，以保證夾雜物充分上浮，之后喂入CrN和吹N2相結(jié)合的方法對(duì)鋼水添加N元素，使N含量在400~600ppm之間，最后吹氬氣進(jìn)行攪拌；②對(duì)VD后的鋼水進(jìn)行澆鑄，澆鑄前對(duì)錠模進(jìn)行吹氬保護(hù)，同時(shí)對(duì)錠模進(jìn)行加熱，并嚴(yán)格控制澆鑄溫度在15501600'C之間，保證模鑄坯質(zhì)量；當(dāng)錠模溫度降到40060(TC時(shí)起模，對(duì)成型的模坯進(jìn)行1150123(TC的高溫加熱，然后進(jìn)行鍛造成管坯，嚴(yán)格控制始鍛在12001300。C之間，終鍛溫度在80090(TC之間，管坯鍛后立即進(jìn)行退火，退火溫度U60121(TC，防止管坯開裂；③對(duì)鍛造后的管坯切定尺，之后入環(huán)型爐，進(jìn)行加熱到11001200'C后，對(duì)管坯進(jìn)行穿孔、連軋、定徑變形工序，根據(jù)所述無(wú)縫鋼管的鋼種Cr、Mo合金含量高，將始軋溫度控制為1200~1300°C，終軋溫度800900°C;對(duì)熱軋后的所述無(wú)縫鋼管進(jìn)行正火及回火的熱處理，正火溫度為10401080°C，回火溫度為770~790°C，根據(jù)所述無(wú)縫鋼管的壁厚不同，調(diào)整保溫時(shí)間；對(duì)熱處理后的所述無(wú)縫鋼管進(jìn)行探傷，修磨為成品管。本發(fā)明的用于58062(TC高溫下、24~30MPa高壓的熱軋無(wú)縫鋼管及生產(chǎn)方法控制是基于如下的分析①化學(xué)成分配比過(guò)低的C含量使得高溫強(qiáng)度降低，但C含量過(guò)高，則可焊性降低，同時(shí)降低高溫塑性。采用電爐冶煉，電極增碳和鋼包增碳嚴(yán)重，VOD能夠很有效的降低C含量，但是又會(huì)引起0含量的增加，因此C含量難以控制。通過(guò)控制廢鋼的C含量以及增加鐵水的配比，從電爐冶煉開始降碳，從而有效地控制了碳含量，最終使成品管的C含量在0.10%左右。V、Nb的加入形成了細(xì)小的碳化物，起到了沉淀強(qiáng)化的作用，但是過(guò)多的V會(huì)引起持久強(qiáng)度的降低。因此我公司將V控制在0.20%左右，Nb為0.07%。S和S化物在晶界偏析，削弱晶界，形成孔洞，從而引起晶界脆化和蠕變脆化，因此要嚴(yán)格控制，我公司生產(chǎn)的P91將S含量控制在0.004%以下，個(gè)別能達(dá)到0.001%。P在鋼中的存在能夠增加鋼的脆性，同時(shí)造成合金元素嚴(yán)重偏析，因此要嚴(yán)格控制P的含量，將P含量控制在0.015%以下。而過(guò)高的A1含量，將會(huì)削弱其它元素所起的作用，同時(shí)也強(qiáng)7烈降低鋼的持久性能，因此將Al含量控制在0.010%以下。N與鋼中的Nb和V形成MX型金屬間化合物，對(duì)強(qiáng)度有明顯影響，因此將N含量暫時(shí)控制在400ppm左右。Cr的加入能夠顯著提高鋼的抗氧化性能，同時(shí)在鋼中以Cr3(C、N)或Cr23C6的形式存在，大大提高了鋼的強(qiáng)度尤其是持久強(qiáng)度。但是過(guò)高含量的Cr不僅增加成本，而且使鋼容易產(chǎn)生能導(dǎo)致鋼的持久性能急劇下降的S相，因此將Cr的含量控制在8.2%左右。Si作為強(qiáng)的脫氧劑，鋼中的含量不能太少，同時(shí)Si提高鋼的高溫強(qiáng)度，但當(dāng)Si含量高時(shí)，容易引起鋼中碳的石墨化，因此將鋼中的Si控制在0.30%左右。Mn具有脫氧的作用，提高鋼的純凈度，并且提高鋼的塑性，但含量過(guò)高時(shí)，則增加鋼種夾雜物的含量，因此將Mn的含量控制在0.40~0.50%之間?？刂剖煎懞徒K鍛溫度，鍛后立即進(jìn)行退火，防止管坯開裂。②軋管工藝鋼管采用限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組MPM、三輥式高精度軋管機(jī)組PQF以及三棍斜軋機(jī)組ASSEL等三個(gè)不同機(jī)組進(jìn)行軋制。管坯切定尺后，進(jìn)入環(huán)型爐進(jìn)行加熱到1100120(TC后，對(duì)管坯進(jìn)行穿孔、連軋、定徑等變形工序，根據(jù)該鋼種含Cr、Mo等合金高的特點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)研究，將始軋溫度控制為1200~1300°C，終軋溫度800900°C，同時(shí)通過(guò)三道變形過(guò)程，保證了鋼管軋制比大于3，消除了鋼管內(nèi)部的缺陷。最終外徑偏差控制在0%~+1.2%，壁厚偏差控制在0%~+15%的范圍之內(nèi)。③熱處理及鋼管加工工藝對(duì)熱軋后的P91進(jìn)行正火及回火的熱處理工藝，正火溫度為10401080°C，回火溫度為770~790°C，根據(jù)壁厚大小適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間。熱處理后的鋼管進(jìn)行探傷，并對(duì)內(nèi)外表面進(jìn)行修磨，修磨后的鋼管外徑偏差在±0.75%，壁厚偏差在-10%~+12.5%的范圍之內(nèi)。熱處理后P91的具體性能如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例1:用于58062(TC高溫下、2430MPa高壓的熱軋無(wú)縫鋼管的化學(xué)成分為(wt%)C:0.10%、Si:0.330/0、Mn:0.450/o、P:0.009%、S:0.003%、Ni:0.08%、Cr:8.28%、Mo:0.91%、Cu:0.08%、Al:0.011%、V:0.20、Nb:0.08%、Ti:<0.010%、N:0.0471%,余量為Fe。實(shí)施例2:電爐配料比例鐵水45t;管頭45t;底灰2噸。電爐出鋼要求C《0.06%、P《0.005%，出鋼前加入2袋脫S劑，用0.5噸硅鈣鋇脫氧劑進(jìn)行脫氧，加1噸鉬鐵、O.l噸石灰。保證出鋼溫度1680~1690°C。鋼包精煉分批加入微碳Cr鐵，到目標(biāo)值后調(diào)整Mo、V、Nb、Si等合金元素合格。VD:VD高真空時(shí)間必須確?！?0分鐘，之后喂入Ca-Si絲及CrN包芯線，然后改吹N2約20min。模鑄對(duì)VD后的鋼水進(jìn)行澆鑄，澆鑄前對(duì)錠模進(jìn)行吹氬保護(hù)，同時(shí)對(duì)錠模進(jìn)行加熱，并嚴(yán)格控制澆鑄溫度，保證模鑄坯質(zhì)量。當(dāng)模子溫度降到50(TC時(shí)起模，對(duì)成型的模坯進(jìn)行1200'C的高溫加熱，然后進(jìn)行鍛造，嚴(yán)格控制始鍛和終鍛溫度，鍛后立即進(jìn)行退火，防止管坯開裂。實(shí)施例3:鋼管采用三輥式高精度軋管機(jī)組PQF進(jìn)行軋制。管坯切定尺后，進(jìn)入環(huán)型爐進(jìn)行加熱到115(TC后，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使管坯的塑性變差，容易造成鋼管表面質(zhì)量缺陷，之后對(duì)管坯進(jìn)行穿孔、連軋、定徑等變形工序，根據(jù)該鋼種含Cr、Mo等合金高的特點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)研究，將始軋溫度控制為小于1300°C，終軋溫度大于800°C。最終外徑偏差控制在+0.91%左右，壁厚偏差控制在+10%左右。實(shí)施例4:在輥底式保護(hù)氣氛爐下對(duì)熱軋后的用于58062(TC高溫下、2430MPa高壓的無(wú)縫鋼管進(jìn)行正火及回火的熱處理，正火溫度為105(TC，回火溫度為78(TC。熱處理后的鋼管進(jìn)行探傷，并對(duì)內(nèi)外表面進(jìn)行修磨，修磨后的鋼管外徑偏差為0°/。，壁厚偏差在+2.5。/。。實(shí)施例5:成品管在590。C下的持久強(qiáng)度為112MPa，620。C下的持久強(qiáng)度為81.4MPa，均不小于GB5310對(duì)10Cr9MolVNbN的要求(590。C標(biāo)準(zhǔn)要求112MPa，620。C標(biāo)準(zhǔn)要求為74MPa)。10權(quán)利要求1、一種用于580～620℃高溫下、24～30MPa高壓的熱軋無(wú)縫鋼管，其特征是該鋼管的成份按重量％為C0.08～0.12％、Si0.20～0.50％、Mn0.30～0.60％、P0～0.020％，S0～0.010％、Ni0～0.40％、Cr8.00～9.50％、Mo0.85～1.05％、Cu0～0.20％、Al0～0.015％、V0.18～0.25％、Nb0.06～0.10％、N0.030～0.070％，余量為Fe。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋無(wú)縫鋼管，其特征是該鋼管常溫下的拉伸及硬度完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，沖擊值達(dá)到295J，同時(shí)在590。C和620°C的外推高溫持久強(qiáng)度分別為112.0MPa和81.4MPa，均滿足標(biāo)準(zhǔn)推薦值。3、一種生產(chǎn)上述熱軋無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)方法，該方法包括有以下步驟①采用優(yōu)質(zhì)廢鋼或返回料和海綿鐵或鐵水按上述配比做煉鋼原料，經(jīng)電弧爐冶煉進(jìn)行熔化，并進(jìn)行成分粗調(diào)；對(duì)鋼水進(jìn)行爐外精煉；通過(guò)喂入硅鈣鋇脫氧劑進(jìn)行脫氧來(lái)代替Al絲進(jìn)行脫氧，以減少鋼水內(nèi)生夾雜物的產(chǎn)生；之后對(duì)鋼水進(jìn)行VD真空處理，VD時(shí)間不能少于10min，以保證夾雜物充分上浮，之后喂入CrN和吹N2相結(jié)合的方法對(duì)鋼水添加N元素，使N含量在400~600ppm之間，最后吹氬氣進(jìn)行攪拌；②對(duì)VD后的鋼水進(jìn)行澆鑄，澆鑄前對(duì)錠模進(jìn)行吹氬保護(hù)，同時(shí)對(duì)錠模進(jìn)行加熱，并嚴(yán)格控制澆鑄溫度在15501600'C之間，保證模鑄坯質(zhì)量；當(dāng)錠模溫度降到40060(TC時(shí)起模，對(duì)成型的模坯進(jìn)行1150123(TC的高溫加熱，然后進(jìn)行鍛造成管坯，嚴(yán)格控制始鍛溫度在1200130(TC之間，終鍛溫度在80090(TC之間，管坯鍛后立即進(jìn)行退火，退火溫度在1160121.0°C，防止管坯開裂；③對(duì)鍛造后的管坯切定尺，之后入環(huán)型爐，進(jìn)行加熱到1100~1200'C后，對(duì)管坯進(jìn)行穿孔、連軋、定徑變形工序，根據(jù)所述無(wú)縫鋼管的鋼種Cr、Mo合金含量高，將始軋溫度控制為1200~1300°C，終軋溫度800~900°C;對(duì)熱軋后的所述無(wú)縫鋼管進(jìn)行正火及回火的熱處理，正火溫度為1040~1080°C，回火溫度為770~790°C，根據(jù)所述無(wú)縫鋼管的壁厚不同，調(diào)整保溫時(shí)間；對(duì)熱處理后的所述無(wú)縫鋼管進(jìn)行探傷，修磨為成品管。全文摘要本發(fā)明提供一種用于580～620℃高溫下、24～30MPa高壓的熱軋無(wú)縫鋼管，該鋼管的成份按重量％為C0.08～0.12％、Si0.20～0.50％、Mn0.30～0.60％、P0～0.020％，S0～0.010％、Ni0～0.40％、Cr8.00～9.50％、Mo0.85～1.05％、Cu0～0.20％、Al0～0.015％、V0.18～0.25％、Nb0.06～0.10％、N0.030～0.070％，余量為Fe。同時(shí)還提供一種生產(chǎn)上述熱軋無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)方法。本發(fā)明效果是該鋼管的性能完全滿足ASMESA-335M標(biāo)準(zhǔn)對(duì)拉伸、硬度的要求，也滿足GB5310對(duì)沖擊和持久強(qiáng)度的要求，該鋼管具有良好的高溫性能，適合用于高溫、高壓、腐蝕的環(huán)境的蒸汽管道、聯(lián)箱等高溫承壓部件，可在590℃下的持久強(qiáng)度為112MPa，620℃下的持久強(qiáng)度為81.4MPa。文檔編號(hào)C22C38/48GK101660098SQ20091007044公開日2010年3月3日申請(qǐng)日期2009年9月16日優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日發(fā)明者彪何,劉永利,吳國(guó)強(qiáng),姚家華,尹溪泉,張俊萍,張寶惠,王國(guó)亮,肖功業(yè),趙慶權(quán),陳洪琪申請(qǐng)人:天津鋼管集團(tuán)股份有限公司