Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管及其制造方法

摘要

本发明公开了一种Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管，管材按照质量百分比的化学成分包括：C0.05～0.15，Si0.25～0.50，Mn0.30～0.60，Cr1.2～1.5，Mo0.8～1.0，P≤0.025，S≤0.025，Al≤0.04，稀土RE0.018～0.022，其余为Fe和夹杂，质量分数共计为100％。本发明还公开了一种Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管的制造方法。利用本发明技术方案生产的管材具有良好的耐高温机械性能，提高了管材的使用周期和安全性能。

权利要求

1.一种Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管，其特征在于：管材按照质量百分比的化学成分包括：C0.05～0.15，Si0.25～0.50，Mn0.30～0.60，Cr1.2～1.5，Mo0.8～1.0，P≤0.025，S≤0.025，Al≤0.04，稀土RE0.018～0.022，其余为Fe和夹杂，质量分数共计为100％。

2.如权利要求1所述的Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管，其特征在于：管材按照质量百分比的化学成分中，C为0.13，Si为0.31，Mn为0.32，Cr为1.2，Mo为0.6，P为0.016，S为0.003，Al为0.03，RE为0.02。

3.一种Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管的制造方法，经材料冶炼和无缝钢管热连轧两个步骤后形成无缝钢管，其特征在于：材料冶炼的步骤包括高炉铁水冶炼、转炉冶炼、钢水精炼和钢水连铸形成圆钢坯；其中，转炉冶炼中，经预处理后的铁水进入转炉，吹氧脱碳升温，冶炼后期加入硅铁、锰铁、铬铁和钼铁脱氧合金化，控制P和S成分，防止钢液过氧化，出钢温度1600～1630℃；钢水精炼采用钢包精炼炉LF+真空脱气炉VD全程吹氩工艺，精炼过程中分批次均匀加入C粉和Si粉，充分还原，保持还原气氛，采用Al丝脱氧，后期采用稀土喂丝技术使稀土合金化；进VD炉前，温度为1610～1630℃，w[S]≤0.007％；LF炉精炼时间控制在45-60分钟，入VD炉座包后先进行测温，将温度控制在≥1620℃，然后进VD炉抽真空，真空度≤0.10KPa，深真空时间≥15min；钢水连铸形成钢坯过程中，钢水进中包温度控制在1550-1580℃，过热度ΔT≤30℃，拉速控制在0.65-0.75m/min，矫直温度≥950℃；无缝钢管热连轧过程中，钢坯采用环形炉加热，加热完成后，进入锥形穿孔机穿孔，其圆坯穿孔时温度为1200～1260℃；穿孔完成后采用微拉轧钢轧制，轧管时温度为

1050～1150℃；进入再加热炉加热后经张力减径机轧制钢管到最终尺寸，定张减时温度为

820～900℃，最后形成Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管；无缝钢管管材按照质量百分比的化学成分，包括：C0.05～0.15，Si0.25～0.50，Mn0.30～0.60，Cr1.2～1.5，Mo0.8～

1.0，P≤0.025，S≤0.025，Al≤0.04，稀土RE0.018～0.022，其余为Fe和夹杂，质量分数共计为100％。

4.如权利要求3所述的Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管的制造方法，其特征在于：

管材按照质量百分比的化学成分中，C为0.13，Si为0.31，Mn为0.32，Cr为1.2，Mo为0.6，P为0.016，S为0.003，Al为0.03，RE为0.02。

说明书

Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无缝钢管的制造技术，具体说，涉及一种Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管及其制造方法。

背景技术

[0002] 随着无缝管所占工业用管市场份额的不断增加，应用于不同环境下的无缝管开发也逐年深入。高压锅炉管用耐热钢的研制起始于上世纪三十年代。开始由于服役温度较低(≤450℃)，强度要求不高，一般采用一些低碳钢(如10#、20#优质碳素钢)。随着动力工业的发展，为了适应锅炉蒸汽参数不断提高的需要，低碳钢已不能满足性能要求，开始出现了含Mo的低合金热强钢，其使用温度在450℃到520℃温度范围内，其持久强度比20#钢高1.5-2.0倍，可以说Mo钢的发展是近代低合金热强钢发展的源头。此后又发展了Cr-Mo系、Cr-Mo-V系低合金耐热钢和用于超超临界电站锅炉机组的高Cr(含Cr:9-12％)钢及高温合金。

[0003] 众所周知，稀土作为合金元素适量加入钢中，能够净化钢液、使有害夹杂变性和脱氧合金化等作用，提高钢材综合力学性能、抗腐蚀性能、抗氧化性能和耐热性。所以在Cr-Mo系合金钢中加入微量稀土，代替一部分Cr降低合金总量达到提高材料高温力学性能的目的。以降低材料成本提高其综合性能作为发明出发点是非常有意义的。

发明内容

[0004] 本发明所解决的技术问题是提供一种Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管，管材具有良好的耐高温机械性能，提高了管材的使用周期和安全性能。

[0005] 技术方案如下：

[0006] 一种Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管，管材按照质量百分比的化学成分包括：C0.05～0.15，Si0.25～0.50，Mn0.30～0.60，Cr1.2～1.5，Mo0.8～1.0，P≤0.025，S≤0.025，Al≤0.04，稀土RE0.018～0.022，其余为Fe和夹杂，质量分数共计为100％。

[0007] 进一步：管材按照质量百分比的化学成分中，C为0.13，Si为0.31，Mn为0.32，Cr为1.2，Mo为0.6，P为0.016，S为0.003，Al为0.03，RE为0.02。

[0008] 本发明所解决的另一个技术问题是提供一种Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管的制造方法，生产的管材具有良好的耐高温机械性能，提高了管材的使用周期和安全性能。

[0009] 技术方案如下：

[0010] 一种Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管的制造方法，经材料冶炼和无缝钢管热连轧两个步骤后形成无缝钢管，材料冶炼的步骤包括高炉铁水冶炼、转炉冶炼、钢水精炼和钢水连铸形成圆钢坯；其中，转炉冶炼中，经预处理后的铁水进入转炉，吹氧脱碳升温，冶炼后期加入硅铁、锰铁、铬铁和钼铁脱氧合金化，控制P和S成分，防止钢液过氧化，出钢温度1600～1630℃；钢水精炼采用钢包精炼炉LF+真空脱气炉VD全程吹氩工艺，精炼过程中分批次均匀加入C粉和Si粉，充分还原，保持还原气氛，采用Al丝脱氧，后期采用稀土喂丝技术使稀土合金化；进VD炉前，温度为1610～1630℃，w[S]≤0.007％；LF炉精炼时间控制在45-60分钟，入VD炉座包后先进行测温，将温度控制在≥1620℃，然后进VD炉抽真空，真空度≤0.10KPa，深真空时间≥15min；钢水连铸形成钢坯过程中，钢水进中包温度控制在
1550-1580℃，过热度ΔT≤30℃，拉速控制在0.65-0.75m/min，矫直温度≥950℃；无缝钢管热连轧过程中，钢坯采用环形炉加热，加热完成后，进入锥形穿孔机穿孔，其圆坯穿孔时温度为1200～1260℃；穿孔完成后采用微拉轧钢轧制，轧管时温度为1050～1150℃；进入再加热炉加热后经张力减径机轧制钢管到最终尺寸，定张减时温度为820～900℃，最后形成Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管；无缝钢管管材按照质量百分比的化学成分，包括：
C0.05～0.15，Si0.25～0.50，Mn0.30～0.60，Cr1.2～1.5，Mo0.8～1.0，P≤0.025，S≤0.025，Al≤0.04，稀土RE0.018～0.022，其余为Fe和夹杂，质量分数共计为100％。

[0011] 进一步：管材按照质量百分比的化学成分中，C为0.13，Si为0.31，Mn为0.32，Cr为1.2，Mo为0.6，P为0.016，S为0.003，Al为0.03，RE为0.02。

[0012] 技术效果包括：

[0013] 本发明在Cr-Mo系合金钢中加入微量稀土，形成Cr-Mo-RE低合金高压锅炉管，最大限度满足锅炉蒸汽参数不断提高的需求。在严厉的服役条件下，管材具有良好强度、韧性及力学性能，以及良好的耐高温机械性能，提高了管材的使用周期和安全性能，符合国标对高压锅炉无缝管的严格要求。

[0014] 以降低材料成本提高其综合性能作为发明的出发点，取得大规模工业生产的成功，具有良好的推广价值。

附图说明

[0015] 图1是本发明中各实例屈服强度的比较图；

[0016] 图2是本发明中各实例抗拉强度的比较图；

[0017] 图3是本发明中各实例伸长率的比较图。

具体实施方式

[0018] 本发明在Cr-Mo系合金钢中加入微量稀土，代替一部分Cr降低合金总量达到提高材料高温力学性能的目的。炼钢生产工艺为：铁水→转炉炼钢→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸。转炉冶炼采用KR(炼钢铁水预处理)预脱硫铁水，硅铁、锰铁、铬铁和钼铁合金脱氧合金化，稀土喂丝技术，全过程按精炼正常吹氩；真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13min，过冷度ΔT≤30℃。轧制工艺为：圆坯→锯切→环形炉加热→穿孔→PQF连轧→步进式再加热炉→张力减径→冷床→定尺→矫直→涡流探伤→人工检测、喷标→过磅→入库。

[0019] LF炉(LADLEFURNACE)即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。VD型钢包精炼炉是在真空下吹氧、脱碳、真空除气、真空下合金成分微调，主要用于精炼超低碳钢和电工纯铁等；VD型钢包精炼炉可对钢水进行一般的真空脱气处理及真空下合金成分微调。

[0020] 下面对本发明中管材的生产过程作具体说明。

[0021] 1.材料冶炼

[0022] 1.1进行铁水冶炼；

[0023] 1.2转炉冶炼；

[0024] 经预处理后的铁水进入转炉，吹氧脱碳升温，冶炼后期加入硅铁、锰铁、铬铁和钼铁(具体化学成分如下表1所示)脱氧合金化，控制P、S成分，防止钢液过氧化，出钢温度1600～1630℃。

[0025] 表1 各种合金料主要化学成分(质量百分比，％)

[0026]名称 C Si S P Mn Cr Mo Fe
锰铁 7.5-8.5 1.5-2.5 0.02-0.05 0.2-0.33 75-82 - - 剩余
铬铁 5.5-6.5 3.0-4.0 0.04-0.06 0.02-0.04 - 62-72 - 剩余
钼铁 0.08-0.12 1.4-1.6 0.08-0.12 0.04-0.07 - - 65-75 剩余
硅铁 0.18-0.24 72-80 0.02-0.03 0.035-0.045 0.5-0.6 0.5-0.6 - -

[0027] 1.3钢水精炼；

[0028] 采用钢包精炼炉(LF，LADLEFURNACE)+真空脱气炉(VD)全程吹氩工艺，精炼过程中分批次均匀加入C、Si粉，充分还原，保持良好的还原气氛，采用Al丝脱氧，后期采用稀土喂丝技术(稀土合金料为混合稀土，主要以铈为主)使稀土合金化。进VD炉前，温度为1610～1630℃；w[S]≤0.007％。LF炉精炼时间控制在45-60分钟；入VD炉座包后先进行测温，将温度控制在≥1620℃，然后进VD炉抽真空，真空度≤0.10KPa，深真空时间≥15min。

[0029] 1.4钢水连铸形成钢坯；

[0030] 钢水进中包温度控制在1550-1580℃，过热度ΔT≤30℃，拉速控制在0.65-0.75m/min。配有电磁搅拌技术，动态轻压下技术，矫直温度≥950℃。

[0031] 2.无缝钢管热连轧

[0032] 钢坯采用环形炉加热(各区温度如下表2所示)，加热完成后，依次进入锥形穿孔机(咬入角、导板距、顶头位置和热工具根据不同规格无缝管进行调整，)穿孔，其圆坯穿孔时温度为1200～1260℃；PQF连轧机(采用微拉轧钢)轧制，轧管时温度为1050～1150℃；进入再加热炉加热(或旁通)，根据实际情况定，张力减径机轧制钢管到最终尺寸，定张减时温度为820～900℃，最后形成Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管。

[0033] 三棍可调式限动芯棒连轧管机选用PQF连轧机，高效优质精轧管机(PQF，PremiumQualityFinishing)是意大利INNSE公司为克服两辊连轧机的固有局限性而研制开发的。

[0034] 表2 环形炉各区加热温度

[0035]加热区段 预热区 加热1区 加热2区 加热3区 加热4区 加热5区均热区 出炉区温度(℃)随炉温 750±5 950±5 1100±5 1220±5 1290±5 1280±10 1240±5

[0036] Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管按照质量百分比的化学成分，包括：C0.05～0.15，Si0.25～0.50，Mn0.30～0.60，Cr0.8～1.5，Mo0.8～1.0，P≤0.025，S≤0.025，Al≤0.04，稀土RE0.018～0.022，其余为Fe及不可避免夹杂，质量分数共计为100％。
Cr-Mo-RE低合金高压锅炉无缝钢管的材料成分中，主要合金元素Cr使钢具有较好的抗腐蚀能力，Mo提高钢的高温强度，RE使钢具有良好的韧性和耐蚀性。

[0037] 3.材料例分析

[0038] 3.1材料成分分析

[0039] 根据以上冶炼技术要求，冶炼下列成分的低合金高压锅炉管铸坯，具体成分(质量百分比)如下表3所示。

[0040] 表3 各实例化学成分

[0041]

[0042]

[0043] 3.2力学性能测试

[0044] 室温力学性能试样采用条状试样，50mm定标距，试样宽度为12.7mm，厚度约为5.2mm。并按ASMESA213/SA213M-01关于试样壁厚对延伸率影响的修正规定进行有关修正。
所得试验结果见表4。

[0045] 表4 材料室温力学性能比较

[0046]

[0047] 3.3高温短时力学性能比较

[0048] 如图1所示，本发明中各实例屈服强度的比较图；图2是本发明中各实例抗拉强度的比较图；图3是本发明中各实例伸长率的比较图。

[0049] 对比三个实例可以看出，本发明技术生产的管材具有良好强度、韧性及力学性能，用其制备的无缝钢管，各项性能均能满足国标对高压锅炉用无缝钢管的要求。综上性能比较，稀土低合金高压锅炉无缝管选材较为合适。