CN102732802B - 一种厚度≥80毫米的锅炉汽包用钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种厚度≥80毫米的锅炉汽包用钢，其组分及重量百分比含量为：C:0.11～0.145%、Si：0.22～0.42%、Mn:1.24～1.49%、P:≤0.010%、S:≤0.010%、Cr：0.22～0.38%、Ni：0.68～0.90%、Mo：0.22～0.38%、Nb：0.005～0.016%，并控制[H]≤0.0002%、[O]≤0.001%、[N]≤0.005%；工艺：电炉冶炼；钢水预热；LF炉处理；扒渣；VD真空炉处理；喂入Si—Ca线；再次吹氩；连铸；堆冷至室温；进行电渣重熔冶炼并抽锭；模冷；坑冷；铸坯加热；分段轧制；空冷；正火+回火热处理；待用。本发明钢板生产的钢中具有纯度高，钢锭表面光滑、结晶均匀致密，钢板厚度在80～150毫米，工艺效率更高，具有良好的拉伸性能、冲击性能和高温拉伸性能，使用安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及压力容器钢及其生产方法，具体属于一种厚度≥80毫米的锅炉汽包用钢及其生产方法。
背景技术
锅炉汽包作为一种压力容器，其工作环境是在高温、高压下进行，因此，对材料纯净度、抗脆化能力、内部质量等一系列主要技术指标要求极为苛刻。目前，其所用钢种为13MnNiMoR。
越来越多厂家使用1000t/h以上锅炉汽包，对于使用厚度小于80mm以下的汽包钢已经不能满足要求，因此，制造锅炉汽包使用大单重超厚（大于80毫米）钢板的需求量越来越大，而且从降低制造成本考虑，趋向于大型化及更可靠的安全性。从目前特厚板生产的方式来讲，除了采用原有的锻造法之外，还有较为经济的连铸法，但是连铸生产受技术条件的限制无法生产特厚板，目前钢厂连铸板坯厚度普遍为300mm，由于该厚度连铸坯中心偏析严重，铸坯内部质量满足不了钢板的质量要求，钢板探伤合格率较低，因此只能生产厚度小于100mm的厚板。随着冶金技术装备的进步，电渣炉宽板坯的诞生为生产高质量的特厚板创造了条件，由此开展了使用电渣重熔生产宽板坯冶炼工艺的技术研究。
目前国内生产超过100mm厚锅炉汽包钢13MnNiMoR的厂家较少，国内市场只有舞阳钢厂能够提供；但是舞阳钢厂采用转炉冶炼+模铸浇注的方式炼钢，虽然保证了大单重钢板有足够的压下量和成材原料，但是无法保证高纯度，并且模铸浇注成材率较低，操作环境较差。如果能利用电渣重熔冶炼工艺生产具有高质量的锅炉汽包用特厚钢板，则对企业实现差异化战略，增强企业竞争力具有十分重要的意义；且电渣重熔冶炼设备投资少，场地占用小，操作环境整洁且环保。
发明内容
本发明在于解决现有锅炉汽包用钢的夹杂多、成材率低、工艺不能满足厚度大于80毫米，尤其不能生产厚度超过100毫米的钢板的不足，提供一种钢质洁净度高，即钢中非金属(A、B、C、D)类夹杂物均应不大于1.0级，各类总和≤3.5，钢中[H]≤0.0002%、[O] ≤0.001%、[N] ≤0.005%，钢板的力学性能稳定、使用安全可靠的厚度≥80毫米的锅炉汽包用钢及其生产方法。
实现上述目的的措施：
一种厚度≥80毫米的锅炉汽包用钢，其组分及重量百分比含量为：C: 0.11～0.145%、Si：0.22～0.42%、Mn:1.24～1.49%、P:≤0.010%、S:≤0.010%、Cr：0.22～0.38%、Ni：0.68～0.90%、Mo：0.22～0.38%、Nb：0.005～0.016%，并控制[H]≤0.0002%、[O] ≤0.001%、[N] ≤0.005%,其余为Fe及不可避免的杂质。
生产一种厚度≥80毫米的锅炉汽包用钢的方法，其步骤：
1）进行电炉冶炼，控制出钢温度在1620～1640℃；
2）将钢水预热3～5分钟；
3）进行LF炉处理：按照45～70Kg/吨钢加入活性石灰，按照0.03～0.05Kg/吨钢加入硅钙或硅铁粉，按照0.015～0.025Kg/吨钢加入AD15脱氧剂；
4）进行扒渣，控制钢水中Si的重量百分比含量在：0.05～0.15%；
5）在VD真空炉中进行真空处理及吹氩，按照80～100ml/分钟吹入氩气；控制真空度不超过67Pa,并进行至少25分钟的保压，真空处理时间不少于25分钟并同时停止吹氩气；
6）按照2.7～3.0米/吨钢一次性喂入Si—Ca线；
7）进行再次吹氩，按照80～100ml/分钟吹入，吹氩时间不低于8分钟；
8）进行连铸，控制拉坯速度在1.6～1.7米/分钟，并控制铸坯厚度不少于150毫米；
9）堆冷至室温；
10）采用低频双极串联板坯电渣炉进行电渣重熔冶炼、抽锭、补缩：
a)将由电炉冶炼的铸坯进行拼接装入电渣炉，并形成自耗极回路；并将预熔渣按照按照20～30Kg/吨钢装入电渣炉的结晶器中；
b）进行抽锭并同时采用保护罩进行缓冷：当电渣炉中的钢水液面高度达到60～＜70毫米时，抽锭速度控制在3.5～＜4.5毫米/分钟；当电渣炉中的钢水液面高度达到70～＜80毫米时，抽锭速度控制在4.5～＜6.5毫米/分钟；当电渣炉中的钢水液面高度达到80毫米及以上后，抽锭速度控制在6.5～8.5毫米/分钟；
c）抽锭速度控制在7.5～8.5毫米/分钟时，进行重熔，并按照32～36g/分钟加入铝粒直至重熔结束；
d）进行补缩，当自耗电极融化到剩余300～350毫米时进行补缩，并控制抽锭速度在6.5～7.5毫米/分钟直至重熔结束成为铸坯，并继续缓冷；在重熔中，控制钢中非金属(A、B、C、D)类夹杂物均应不大于1.0级，各类总和≤3.5；并控制钢中气体含量[H]≤2PPm、[O] ≤10PPm、[N] ≤50PPm；
11)采用保护罩进行模冷，模冷时间为2～2.5个小时；
12）将铸坯置入缓冷坑进行冷却，时间不少于48个小时；
13）对铸坯加热，控制均热温度在1200～1240℃，控制加热速率在9～11分钟/厘米，最终加热温度控制在1180～1220℃；
14）进行分段轧制：控制粗轧段的开轧温度在1070～1140℃，精轧段的开轧温度在860～880℃，终轧温度在830～860℃，精轧开轧厚度在180～200毫米，精轧末三道次总压下率不低于30%；
15）进行空冷，空冷至650～750℃；
16）进行热处理，采用正火+回火，控制正火温度在860～900℃，正火时间在120～180分钟；回火温度在630～670℃，回火时间在200～300分钟；
17）待用。
本发明中各组分及主要工艺的作用及控制的理由
C：C含量选择在0.11～0.145%，C是钢种不可缺少的提高钢材强度的元素之一，碳含量每增加0.10%抗拉强度大约提高60MPa，屈服极限大约提高20～30MPa。随着碳含量的增加，钢种Fe3C增加，淬硬性也增加，钢的抗拉强度和屈服极限会提高，而塑性和韧性指标会下降，焊接性能变差。在此范围内，不仅保证了钢的强度，也保证了优异的韧性指标和焊接性能该钢种的使用性能。
Si：Si主要以固溶强化形式提高钢材强度，也是钢种的脱氧元素。但是如果钢中Si含量较高,则会引起面缩率下降,特别是冲击韧性下降明显,同时对钢的焊接性也不利,而本钢种主要用来制作加氢反应器等设备,Si高也不利于抗氢腐蚀,因此本发明采用硅下限为0.22%，上限为0.42%。
Mn:在确保钢的强度和韧性方面，Mn是不可缺少的元素。而过高对于钢种焊缝金属的韧性是有利的，因此本发明选择锰下限为1.24%，上限为1.49%。
P: P、S在本钢中作为控制元素，其必须控制P≤0.01%，S: ≤0.01%，只有保证其钢的纯净度，才能保证本发明钢的综合性能。
Cr：Cr的含量选择在0.22～0.38%，是因为Cr能提高钢板淬透性，使得铁素体相变明显右移，扩宽贝氏体相变的冷速区间，促进中温转变组织的形成，提高钢板屈服强度。
Ni：Ni具有强化作用，加入1%的Ni可提高钢材强度20MPa。Ni还能显著地改善钢材的韧性，特别是低温韧性。钢种加入Ni,无论是基材还是模拟焊接热影响区都明显地提高了低温韧性。
Mo：Mo的含量选择在0.22～0.38%，是因为Mo能提高钢板淬透性，使得铁素体相变明显右移，扩宽贝氏体相变的冷速区间，促进中温转变组织的形成，提高钢板屈服强度。
Nb：Nb元素对奥氏体再结晶有强烈的抑制作用，使得含Nb钢可以在较高的温度下进行控制轧制，为高温轧制提供了条件。
O ：氧元素残存于钢锭中或扩散到金属表层，易使晶界氧化而形成脆性的氧化物夹层，把奥氏体晶粒隔绝开来，以至于在随后的变形加工中引起晶间裂纹，从而使钢板强度和塑性就明显下降，因此尽可能控制O的含量。
H：氢元素的存在会降低碳的含量，而且会产生白点，因此尽量控制H元素的含量。
N：≤0.005%，钢种N元素对于钢板的韧性影响较大，因此做了上限的限制。
本发明经采用电炉及电渣炉重熔冶炼的联合工艺以及所设计的化学成分，生产的钢中具有纯度高，即能将O≤0.001%、H≤0.0002%、N：≤0.005%、S: ≤0.01%控制在设定的范围内，使钢锭表面光滑、结晶均匀致密、金属组织和化学成分均匀，且生产的钢板厚度在80～150毫米，消除了铸坯压缩比的限制，比传统的锻造、模铸等生产超厚板的工艺效率更高，具有良好的拉伸性能、冲击性能和高温拉伸性能，使用安全可靠。
附图说明
附图为本发明的金相组织图。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能监测情况列表。
本发明各实施例按照以下步骤生产：
其步骤：
1）进行电炉冶炼，控制出钢温度在1620～1640℃；
2）将钢水预热3～5分钟；
3）进行LF炉处理：按照45～70Kg/吨钢加入活性石灰，按照0.03～0.05Kg/吨钢加入硅钙或硅铁粉，按照0.015～0.025Kg/吨钢加入AD15脱氧剂；
4）进行扒渣，控制钢水中Si的重量百分比含量在：0.05～0.15%；
5）在VD真空炉中进行真空处理及吹氩，按照80～100ml/分钟吹入氩气；控制真空度不超过67Pa,并进行至少25分钟的保压，真空处理时间不少于25分钟并同时停止吹氩气；
6）按照2.7～3.0米/吨钢一次性喂入Si—Ca线；
7）进行再次吹氩，按照80～100ml/分钟吹入，吹氩时间不低于8分钟；
8）进行连铸，控制拉坯速度在1.6～1.7米/分钟，并控制铸坯厚度不少于150毫米；
9）堆冷至室温；
10）采用低频双极串联板坯电渣炉进行电渣重熔冶炼、抽锭、补缩：
a)将由电炉冶炼的铸坯进行拼接装入电渣炉，并形成自耗极回路；并将预熔渣按照按照20～30Kg/吨钢装入电渣炉的结晶器中；
b）进行抽锭并同时采用保护罩进行缓冷：当电渣炉中的钢水液面高度达到60～＜70毫米时，抽锭速度控制在3.5～＜4.5毫米/分钟；当电渣炉中的钢水液面高度达到70～＜80毫米时，抽锭速度控制在4.5～＜6.5毫米/分钟；当电渣炉中的钢水液面高度达到80毫米及以上后，抽锭速度控制在6.5～8.5毫米/分钟；
c）抽锭速度控制在7.5～8.5毫米/分钟时，进行重熔，并按照32～36g/分钟加入铝粒直至重熔结束；
d）进行补缩，当自耗电极融化到剩余300～350毫米时进行补缩，并控制抽锭速度在6.5～7.5毫米/分钟直至重熔结束成为铸坯，并继续缓冷；在重熔中，控制钢中非金属(A、B、C、D)类夹杂物均应不大于1.0级，各类总和≤3.5；并控制钢中气体含量[H]≤2PPm、[O] ≤10PPm、[N] ≤50PPm；
11)采用保护罩进行模冷，模冷时间为2～2.5个小时；
12）将铸坯置入缓冷坑进行冷却，时间不少于48个小时；
13）对铸坯加热，控制均热温度在1200～1240℃，控制加热速率在9～11分钟/厘米，最终加热温度控制在1180～1220℃；
14）进行分段轧制：控制粗轧段的开轧温度在1070～1140℃，精轧段的开轧温度在860～880℃，终轧温度在830～860℃，精轧开轧厚度在180～200毫米，精轧末三道次总压下率不低于30%；
15）进行空冷，空冷至650～750℃；
16）进行热处理，采用正火+回火，控制正火温度在860～900℃，正火时间在120～180分钟；回火温度在630～670℃，回火时间在200～300分钟；
17）待用。
表1 本发明各实施例及对比例的取值列表
表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表(一)
表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表(二)
表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表(三)
表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表(四)
表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表（五)
表3为本发明各实施例及对比例力学性能检验结果列表
注：对比例1及2为采用转炉冶炼的情况。
众所周知，钢板厚度越大，则力学性能越难以保证。但从表3可看出，对比例1及2与本发明相比，虽然力学性能相差不大，但厚度却大不相同，最厚可达150毫米。这就说明，本发明在保证力学性能满足新的市场需求的前提下，又满足了用户需要钢板厚度大于80毫米，尤其钢板厚度在100毫米以上的新的需求。
Claims (1)
1.一种厚度≥80毫米的锅炉汽包用钢的生产方法，其步骤：
1）进行电炉冶炼，控制出钢温度在1620～1640℃；
2）将钢水预热3～5分钟；
3）进行LF炉处理：按照45～70Kg/吨钢加入活性石灰，按照0.03～0.05Kg/吨钢加入硅钙或硅铁粉，按照0.015～0.025Kg/吨钢加入AD15脱氧剂；
4）进行扒渣，控制钢水中Si的重量百分比含量在：0.05～0.15%；
5）在VD真空炉中进行真空处理及吹氩，按照80～100ml/分钟吹入氩气；控制真空度不超过67Pa,并进行至少25分钟的保压，真空处理时间不少于25分钟并同时停止吹氩气；
6）按照2.7～3.0米/吨钢一次性喂入Si—Ca线；
7）进行再次吹氩，按照80～100ml/分钟吹入，吹氩时间不低于8分钟；
8）进行连铸，控制拉坯速度在1.6～1.7米/分钟，并控制铸坯厚度不少于150毫米；铸坯组分及重量百分比含量为：C: 0.11～0.145%、Si：0.22～0.42%、Mn:1.24～1.49%、P:≤0.010%、S:≤0.010%、Cr：0.22～0.38%、Ni：0.68～0.90%、Mo：0.22～0.38%、Nb：0.005～0.016%，并控制[H]≤0.0002%、[O] ≤0.001%、[N] ≤0.005%,其余为Fe及不可避免的杂质；
9）堆冷至室温；
10）采用低频双极串联板坯电渣炉进行电渣重熔冶炼、抽锭、补缩：
a)将由电炉冶炼的铸坯进行拼接装入电渣炉，并形成自耗极回路；并将预熔渣按照按照20～30Kg/吨钢装入电渣炉的结晶器中；
b）进行抽锭并同时采用保护罩进行缓冷：当电渣炉中的钢水液面高度达到60至小于70毫米时，抽锭速度控制在3.5至小于4.5毫米/分钟；当电渣炉中的钢水液面高度达到70至小于80毫米时，抽锭速度控制在4.5至小于6.5毫米/分钟；当电渣炉中的钢水液面高度达到80毫米以上后，抽锭速度控制在6.5～8.5毫米/分钟；
c）抽锭速度控制在7.5～8.5毫米/分钟时，进行重熔，并按照32～36g/分钟加入铝粒直至重熔结束；
d）进行补缩，当自耗电极融化到剩余300～350毫米时进行补缩，并控制抽锭速度在6.5～7.5毫米/分钟直至重熔结束成为铸坯，并继续缓冷；在重熔中，控制钢中非金属A、B、C、D类夹杂物均应不大于1.0级，各类总和≤3.5；并控制钢中气体含量[H]≤2 ppm、[N] ≤50ppm；
11)采用保护罩进行模冷，模冷时间为2～2.5个小时；
12）将铸坯置入缓冷坑进行冷却，时间不少于48个小时；
13）对铸坯加热，控制均热温度在1200～1240℃，控制加热速率在9～11分钟/厘米，最终加热温度控制在1180～1220℃；
14）进行分段轧制：控制粗轧段的开轧温度在1070～1140℃，精轧段的开轧温度在860～880℃，终轧温度在830～860℃，精轧开轧厚度在180～200毫米，精轧末三道次总压下率不低于30%；
15）进行空冷，空冷至650～750℃；
16）进行热处理，采用正火+回火，控制正火温度在860～900℃，正火时间在120～180分钟；回火温度在630～670℃，回火时间在200～300分钟；
17）待用。
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