一种大压缩比高压锅炉管用钢及其生产方法

摘要

本发明公开了一种大压缩比高压锅炉管用钢及其生产方法，化学成分组成及质量百分含量为：C：0.09～0.11%、Si：0.22～0.28%、Mn：0.55～0.60%、P≤0.020%、S≤0.008%、Cr：1.02～1.08%、Mo：0.27～0.29%、V：0.17～0.20%、Als：0.0050～0.0100%、Ca：0.0012～0.0025%，余量为Fe和不可避免的杂质；生产方法包括冶炼、精炼、连铸、缓冷和轧制工序。本发明生产的高压锅炉管用钢，综合性能良好，五大有害元素As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.010%，完全满足高压锅炉管用钢耐高温、耐高压、持久性等要求。

权利要求

1.一种大压缩比高压锅炉管用钢，其特征在于，所述高压锅炉管用钢化学成分组成及质量百分含量为：C：0.09～0.11%、Si：0.22～0.28%、Mn：0.55～0.60%、P≤0.020%、S≤

0.008%、Cr：1.02～1.08%、Mo：0.27～0.29%、V：0.17～0.20%、Als：0.0050～0.0100%、Ca：

0.0012～0.0025%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述高压锅炉管用钢：As≤0.010%、Sn≤

0.010%、Pb≤0.010%、Sb≤0.010%、Bi≤0.010%、[O]≤15ppm、[N]≤60ppm、[H]≤2.0ppm，As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.010%；所述高压锅炉管用钢Ca/Al在0.15～0.25；所述高压锅炉管用钢规格为φ30-90mm圆钢，圆钢压缩比在16.7-150.6，中心疏松及中心偏析级别均小于0.5级；

所述大压缩比高压锅炉管用钢由下述方法生产：生产方法包括冶炼、精炼、连铸、缓冷和轧制工序；所述精炼工序，采用LF精炼+RH真空脱气处理；

所述缓冷工序，采用入坑缓冷，入坑温度≥500℃，出坑温度≤100℃；

所述轧制工序，将连铸矩坯开坯轧制成方钢，开坯轧制加热炉预热段温度为500-800℃，均热段温度为1150-1200℃，开轧温度为1050-1100℃；棒材轧制加热炉预热段温度为

500-720℃，均热段温度为1070-1120℃，开轧温度为970-1020℃；

所述精炼工序，采用LF精炼+RH真空脱气处理，LF精炼炉加料一次到位，过程增氮≤

10ppm，LF炉渣碱度3.0-3.5；RH精炼真空度≤67Pa，保真空时间≥10min，RH真空破空后加入硅钙线，硅钙线添加量第一炉按0.65-1.0kg/t钢控制，连拉炉按0.5-0.65kg/t钢控制，静吹时间≥15min。

2.基于权利要求1所述的一种大压缩比高压锅炉管用钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括冶炼、精炼、连铸、缓冷和轧制工序；所述精炼工序，采用LF精炼+RH真空脱气处理；

所述缓冷工序，采用入坑缓冷，入坑温度≥500℃，出坑温度≤100℃；

所述轧制工序，将连铸矩坯开坯轧制成方钢，开坯轧制加热炉预热段温度为500-800℃，均热段温度为1150-1200℃，开轧温度为1050-1100℃；棒材轧制加热炉预热段温度为

500-720℃，均热段温度为1070-1120℃，开轧温度为970-1020℃；

所述精炼工序，采用LF精炼+RH真空脱气处理，LF精炼炉加料一次到位，过程增氮≤

10ppm，LF炉渣碱度3.0-3.5；RH精炼真空度≤67Pa，保真空时间≥10min，RH真空破空后加入硅钙线，硅钙线添加量第一炉按0.65-1.0kg/t钢控制，连拉炉按0.5-0.65kg/t钢控制，静吹时间≥15min。

3.根据权利要求2所述的一种大压缩比高压锅炉管用钢的生产方法，其特征在于，所述冶炼工序，采用氧气顶吹转炉，废钢比≤15%；控制转炉终点[O]≤600ppm；出钢前3min开始吹氩，出钢1/4时顺序加入铝粒0.9-1.2kg/t钢，合成渣1.1-1.3kg/t钢，白灰1.5-2.0kg/t钢；双挡渣操作，下渣量≤1.5kg/t钢。

4.根据权利要求2或3所述的一种大压缩比高压锅炉管用钢的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，采用大方坯连铸机，结晶器断面为280mm×380mm，结晶器电磁搅拌I=320A、f=2.5Hz；采用动态轻压下技术，恒拉速度0.60-0.65m/min、低过热度全程保护浇注，中包定氢。

5.根据权利要求2或3所述的一种大压缩比高压锅炉管用钢的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，采用专用结晶器保护渣，保护渣成分：SiO2：26.07%、Al2O3：9.04%、Fe2O3：

0.58%、CaO：30.94%、MgO：1.68%、R2O：3.63%、F：1.08%、R：1.19。

6.根据权利要求2或3所述的一种大压缩比高压锅炉管用钢的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，使用万能轧机将280mm×380mm连铸矩坯开坯轧制成150mm×150mm方钢。

说明书

一种大压缩比高压锅炉管用钢及其生产方法

技术领域

[0001] 本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种大压缩比高压锅炉管用钢及其生产方法。

背景技术

[0002] 随着我国火力发电的发展及节能减排压力的增大，当前我国最突出的问题是解决用量最大、难度最高的高温高压耐热钢管。各大型发电厂为了提高大型火电机组的效率，从而提高锅炉蒸汽温度及锅炉蒸汽压力，而提高锅炉蒸汽温度比提高锅炉蒸汽压力对机组效率的影响更为显著。由于目前国内钢种质量如12Cr1MoVG材质的性能及内部质量达不到相应的要求，从而使管道的壁厚大大增厚，以提高锅炉压力参数（从14.3Mpa提高到17.3Mpa乃至26.5Mpa）来提高机组效率。高压锅炉管主要用来制造高压和超高压锅炉的过热器管、再热器管、导气管、主蒸汽管等。超临界高压锅炉管12Cr1MoVG使用环境恶劣，要求具备更良好的高温力学性能、组织稳定性以及抗腐蚀和氧化能力。该产品合金含量高，碳含量位于包晶区，生产难度大。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种大压缩比高压锅炉管用钢；同时本发明还提供一种大压缩比高压锅炉管用钢的生产方法。本发明生产的高压锅炉管用钢，纯净度高、内部质量优良，中心疏松及中心偏析级别均小于0.5级，综合性能良好，五大有害元素As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.010%，完全满足高压锅炉管用钢耐高温、耐高压、持久性等要求。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种大压缩比高压锅炉管用钢，所述高压锅炉管用钢化学成分组成及质量百分含量为：C：0.09～0.11%、Si：0.22～0.28%、Mn：0.55～0.60%、P≤0.020%、S≤0.008%、Cr：1.02～1.08%、Mo：0.27～0.29%、V：0.17～0.20%、Als：0.0050～0.0100%、Ca：0.0012～0.0025%，余量为Fe和不可避免的杂质。

[0005] 本发明所述高压锅炉管用钢：As≤0.010%、Sn≤0.010%、Pb≤0.010%、Sb≤0.010%、Bi≤0.010%、[O]≤15ppm、[N]≤60ppm、[H]≤2.0ppm，As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.010%；所述高压锅炉管用钢Ca/Al在0.15～0.25。

[0006] 本发明所述高压锅炉管用钢规格为φ30-90mm圆钢，圆钢压缩比在16.7-150.6。

[0007] 本发明还提供了一种大压缩比高压锅炉管用钢的生产方法，所述生产方法包括冶炼、精炼、连铸、缓冷和轧制工序；所述精炼工序，采用LF精炼+RH真空脱气处理。

[0008] 本发明所述冶炼工序，采用120吨氧气顶吹转炉，废钢采用自产废钢，废钢比≤15%；控制转炉终点[O]≤600ppm，严格控制五害元素；出钢前3min开始吹氩，出钢1/4时顺序加入铝粒0.9-1.2kg/t钢，合成渣1.1-1.3kg/t钢，白灰1.5-2.0kg/t钢；双挡渣操作，下渣量≤1.5kg/t钢。

[0009] 本发明所述精炼工序，采用LF精炼+RH真空脱气处理，LF精炼炉加料一次到位，过程增氮≤10ppm，LF炉渣碱度3.0-3.5；RH精炼真空度≤67Pa，保真空时间≥10min，RH真空破空后加入硅钙线，硅钙线添加量第一炉按0.65-1.0kg/t钢控制，连拉炉按0.5-0.65kg/t钢控制，静吹时间≥15min。

[0010] 本发明所述连铸工序，采用大方坯连铸机，结晶器断面为280mm×380mm，结晶器电磁搅拌I=320A、f=2.5Hz；采用动态轻压下技术，恒拉速度0.60-0.65m/min、低过热度全程保护浇注，中包定氢。

[0011] 本发明所述连铸工序，采用专用结晶器保护渣，保护渣成分：SiO2：26.07%、Al2O3：9.04%、Fe2O3：0.58%、CaO：30.94%、MgO：1.68%、R2O：3.63%、F：1.08%、R：1.19。理化指标参考：
溶速：49s/1350℃，粘度：0.884Pa.S/1300℃，H2O：0.30%，粒度：0.15-1mm为95%，容重：
0.74g/cm3，熔点：1195℃。

[0012] 本发明所述缓冷工序，采用入坑缓冷，入坑温度≥500℃，出坑温度≤100℃。

[0013] 本发明所述轧制工序，使用万能轧机将280mm×380mm连铸矩坯开坯轧制成150mm×150mm方钢，开坯轧制加热炉预热段温度为500-800℃，均热段温度为1150-1200℃，开轧温度为1050-1100℃；棒材轧制加热炉预热段温度为500-720℃，均热段温度为1070-1120℃，开轧温度为970-1020℃。

[0014] 本发明大压缩比高压锅炉管用钢检测方法参考YB/T 5137。

[0015] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过合理的成分设计,采用钙处理配合相应的夹杂物控制及处理工艺，在常规Ca/Al的基础上提高其比值，控制Ca/Al在0.15-0.25之间，实现低夹杂控制水平，提高材料抗疲劳性能，满足高压锅炉用钢需要。2、本发明生产的直径30-90mm圆钢，压缩比达到16.7-150.6。3、本发明生产的高压锅炉管用钢，纯净度高、内部质量优良，中心疏松及中心偏析级别均小于0.5级，综合性能良好，五大有害元素As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.010%，完全满足高压锅炉管用钢耐高温、耐高压、持久性等要求。

附图说明

[0016] 图1为实施例1圆钢的低倍组织图；

[0017] 图2为实施例2圆钢的低倍组织图；

[0018] 图3为实施例3圆钢的低倍组织图；

[0019] 图4为实施例4圆钢的低倍组织图；

[0020] 图5为实施例5圆钢的低倍组织图。

具体实施方式

[0021] 实施例1

[0022] 本实施例大压缩比高压锅炉管用钢为φ65mm规格圆钢，其化学成分组成及质量百分含量见表1；As、Sn、Sb、Pb、Bi五害元素含量见表2；[O]、[N]、[H]气体含量见表3。

[0023] 本实施例大压缩比高压锅炉管用钢生产方法包括冶炼、精炼、连铸、缓冷和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

[0024] （1）冶炼工序：采用氧气顶吹转炉，废钢比为15%；控制转炉终点[O]：462ppm；出钢前3min开始吹氩，出钢1/4时顺序加入铝粒0.9kg/t钢，合成渣1.2kg/t钢，白灰1.8kg/t钢；双挡渣操作，下渣量1.3kg/t钢；

[0025] （2）精炼工序：采用LF精炼+RH真空脱气处理，LF精炼炉加料一次到位，过程增氮10ppm，LF炉渣碱度3.0；RH精炼真空度67Pa，保真空时间11min，RH真空破空后加入硅钙线，硅钙线添加量第一炉按0.70kg/t钢控制，连拉炉硅钙线按0.55kg/t钢控制，静吹15min；

[0026] （3）连铸工序：采用大方坯连铸机，结晶器断面为280mm×380mm，结晶器电磁搅拌I=320A、f=2.5Hz；采用动态轻压下技术，恒拉速度0.65m/min、低过热度全程保护浇注，中包定氢；

[0027] 采用专用结晶器保护渣，保护渣成分：SiO2：26.07%、Al2O3：9.04%、Fe2O3：0.58%、CaO：30.94%、MgO：1.68、R2O：3.63%、F：1.08%、R：1.19、溶速：49s/1350℃、粘度：0.884Pa.S/1300℃、H2O：0.30%、粒度：0.15-1mm为95%、容重：0.74g/cm3、熔点：1195℃；

[0028] （4）缓冷工序：采用入坑缓冷，入坑温度500℃，出坑温度100℃；

[0029] （5）轧制工序：使用万能轧机将280mm×380mm连铸矩坯开坯轧制成150mm×150mm方钢，开坯轧制加热炉预热段温度600℃，均热段温度1180℃，开轧温度为1060℃；棒材轧制加热炉预热段温度630℃，均热段温度1090℃，开轧温度为1010℃。

[0030] 本实施例圆钢成品中心疏松及中心偏析级别均小于0.5级，圆钢压缩比为32；非金属夹杂物级别见表5，低倍组织见图1。

[0031] 实施例2

[0032] 本实施例大压缩比高压锅炉管用钢为φ65mm规格圆钢，其化学成分组成及质量百分含量见表1；As、Sn、Sb、Pb、Bi五害元素含量见表2；[O]、[N]、[H]气体含量见表3。

[0033] 本实施例大压缩比高压锅炉管用钢生产方法包括冶炼、精炼、连铸、缓冷和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

[0034] （1）冶炼工序：采用氧气顶吹转炉，废钢比为12%；控制转炉终点[O]：503ppm；出钢前3min开始吹氩，出钢1/4时顺序加入铝粒1.1kg/t钢，合成渣1.1kg/t钢，白灰1.6kg/t钢；双挡渣操作，下渣量1.2kg/t钢；

[0035] （2）精炼工序：采用LF精炼+RH真空脱气处理，LF精炼炉加料一次到位，过程增氮8ppm，LF炉渣碱度3.1；RH精炼真空度65Pa，保真空时间10min，RH真空破空后加入硅钙线，硅钙线添加量第一炉按0.65kg/t钢控制，连拉炉硅钙线按0.50kg/t钢控制，静吹时间17min；

[0036] （3）连铸工序：采用大方坯连铸机，结晶器断面为280mm×380mm，结晶器电磁搅拌I=320A、f=2.5Hz；采用动态轻压下技术，恒拉速度0.65m/min、低过热度全程保护浇注，中包定氢；

[0037] 采用专用结晶器保护渣，保护渣成分：SiO2：26.07%、Al2O3：9.04%、Fe2O3：0.58%、CaO：30.94%、MgO：1.68、R2O：3.63%、F：1.08%、R：1.19、溶速：49s/1350℃、粘度：0.884Pa.S/1300℃、H2O：0.30%、粒度：0.15-1mm为95%、容重：0.74g/cm3、熔点：1195℃；

[0038] （4）缓冷工序：采用入坑缓冷，入坑温度550℃，出坑温度90℃；

[0039] （5）轧制工序：使用万能轧机将280mm×380mm连铸矩坯开坯轧制成150mm×150mm方钢，开坯轧制加热炉预热段温度600℃，均热段温度1180℃，开轧温度为1060℃；棒材轧制加热炉预热段温度630℃，均热段温度1090℃，开轧温度为1010℃。

[0040] 本实施例圆钢成品中心疏松及中心偏析级别均小于0.5级，圆钢压缩比为32；非金属夹杂物级别见表5，低倍组织见图2。

[0041] 实施例3

[0042] 本实施例大压缩比高压锅炉管用钢为φ80mm规格圆钢，其化学成分组成及质量百分含量见表1；As、Sn、Sb、Pb、Bi五害元素含量见表2；[O]、[N]、[H]气体含量见表3。

[0043] 本实施例大压缩比高压锅炉管用钢生产方法包括冶炼、精炼、连铸、缓冷和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

[0044] （1）冶炼工序：采用氧气顶吹转炉，废钢比为13%；控制转炉终点[O]：468ppm；出钢前3min开始吹氩，出钢1/4时顺序加入铝粒1.0kg/t钢，合成渣1.1kg/t钢，白灰1.7kg/t钢；双挡渣操作，下渣量1.3kg/t钢；

[0045] （2）精炼工序：采用LF精炼+RH真空脱气处理，LF精炼炉加料一次到位，过程增氮6ppm，LF炉渣碱度3.3；RH精炼真空度62Pa，保真空时间11min，RH真空破空后加入硅钙线，硅钙线添加量第一炉按1.0kg/t钢控制，连拉炉硅钙线按0.65kg/t钢控制，静吹时间20min；

[0046] （3）连铸工序：采用大方坯连铸机，结晶器断面为280mm×380mm，结晶器电磁搅拌I=320A、f=2.5Hz；采用动态轻压下技术，恒拉速度0.60m/min、低过热度全程保护浇注，中包定氢；

[0047] 采用专用结晶器保护渣，保护渣成分：SiO2：26.07%、Al2O3：9.04%、Fe2O3：0.58%、CaO：30.94%、MgO：1.68、R2O：3.63%、F：1.08%、R：1.19、溶速：49s/1350℃、粘度：0.884Pa.S/3
1300℃、H2O：0.30%、粒度：0.15-1mm为95%、容重：0.74g/cm、熔点：1195℃；

[0048] （4）缓冷工序：采用入坑缓冷，入坑温度520℃，出坑温度85℃；

[0049] （5）轧制工序：使用万能轧机将280mm×380mm连铸矩坯开坯轧制成150mm×150mm方钢，开坯轧制加热炉预热段温度580℃，均热段温度1180℃，开轧温度为1090℃；棒材轧制加热炉预热段温度600℃，均热段温度1090℃，开轧温度为1000℃。

[0050] 本实施例圆钢成品中心疏松及中心偏析级别均小于0.5级，圆钢压缩比为21；非金属夹杂物级别见表5，低倍组织见图3。

[0051] 实施例4

[0052] 本实施例大压缩比高压锅炉管用钢为φ30mm规格圆钢，其化学成分组成及质量百分含量见表1；As、Sn、Sb、Pb、Bi五害元素含量见表2；[O]、[N]、[H]气体含量见表3。

[0053] 本实施例大压缩比高压锅炉管用钢生产方法包括冶炼、精炼、连铸、缓冷和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

[0054] （1）冶炼工序：采用氧气顶吹转炉，废钢比为12%；控制转炉终点[O]：600ppm；出钢前3min开始吹氩，出钢1/4时顺序加入铝粒1.2kg/t钢，合成渣1.3kg/t钢，白灰1.5kg/t钢；双挡渣操作，下渣量1.5kg/t钢；

[0055] （2）精炼工序：采用LF精炼+RH真空脱气处理，LF精炼炉加料一次到位，过程增氮5ppm，LF炉渣碱度3.4；RH精炼真空度60Pa，保真空时间13min，RH真空破空后加入硅钙线，硅钙线添加量第一炉按0.9kg/t钢控制，连拉炉硅钙线按0.60kg/t钢控制，静吹时间18min；

[0056] （3）连铸工序：采用大方坯连铸机，结晶器断面为280mm×380mm，结晶器电磁搅拌I=320A、f=2.5Hz；采用动态轻压下技术，恒拉速度0.62m/min、低过热度全程保护浇注，中包定氢；

[0057] 采用专用结晶器保护渣，保护渣成分：SiO2：26.07%、Al2O3：9.04%、Fe2O3：0.58%、CaO：30.94%、MgO：1.68、R2O：3.63%、F：1.08%、R：1.19、溶速：49s/1350℃、粘度：0.884Pa.S/1300℃、H2O：0.30%、粒度：0.15-1mm为95%、容重：0.74g/cm3、熔点：1195℃；

[0058] （4）缓冷工序：采用入坑缓冷，入坑温度535℃，出坑温度95℃；

[0059] （5）轧制工序：使用万能轧机将280mm×380mm连铸矩坯开坯轧制成150mm×150mm方钢，开坯轧制加热炉预热段温度500℃，均热段温度1150℃，开轧温度为1050℃；棒材轧制加热炉预热段温度500℃，均热段温度1070℃，开轧温度为970℃。

[0060] 本实施例圆钢成品中心疏松及中心偏析级别均小于0.5级，圆钢压缩比为17；非金属夹杂物级别见表5，低倍组织见图4。

[0061] 实施例5

[0062] 本实施例大压缩比高压锅炉管用钢为φ90mm规格圆钢，其化学成分组成及质量百分含量见表1；As、Sn、Sb、Pb、Bi五害元素含量见表2；[O]、[N]、[H]气体含量见表3。

[0063] 本实施例大压缩比高压锅炉管用钢生产方法包括冶炼、精炼、连铸、缓冷和轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

[0064] （1）冶炼工序：采用氧气顶吹转炉，废钢比为13%；控制转炉终点[O]：400ppm；出钢前3min开始吹氩，出钢1/4时顺序加入铝粒1.0kg/t钢，合成渣1.2kg/t钢，白灰2.0kg/t钢；下渣量1.4kg/t钢；

[0065] （2）精炼工序：采用LF精炼+RH真空脱气处理，LF精炼炉加料一次到位，过程增氮7ppm，LF炉渣碱度3.5；RH精炼真空度55Pa，保真空时间15min，RH真空破空后加入硅钙线，硅钙线添加量第一炉按0.8kg/t钢控制，连拉炉硅钙线按0.58kg/t钢控制，静吹时间20min；

[0066] （3）连铸工序：采用大方坯连铸机，结晶器断面为280mm×380mm，结晶器电磁搅拌I=320A、f=2.5Hz；采用动态轻压下技术，恒拉速度0.65m/min、低过热度全程保护浇注，中包定氢；

[0067] 采用专用结晶器保护渣，保护渣成分：SiO2：26.07%、Al2O3：9.04%、Fe2O3：0.58%、CaO：30.94%、MgO：1.68、R2O：3.63%、F：1.08%、R：1.19、溶速：49s/1350℃、粘度：0.884Pa.S/1300℃、H2O：0.30%、粒度：0.15-1mm为95%、容重：0.74g/cm3、熔点：1195℃；

[0068] （4）缓冷工序：采用入坑缓冷，入坑温度600℃，出坑温度85℃；

[0069] （5）轧制工序：使用万能轧机将280mm×380mm连铸矩坯开坯轧制成150mm×150mm方钢，开坯轧制加热炉预热段温度800℃，均热段温度1200℃，开轧温度为1100℃；棒材轧制加热炉预热段温度720℃，均热段温度1120℃，开轧温度为1020℃。

[0070] 本实施例圆钢成品中心疏松及中心偏析级别均小于0.5级，圆钢压缩比为150；非金属夹杂物级别见表5，低倍组织见图5。

[0071] 表1 实施例1～5高压锅炉管用圆钢化学组成组成及重量百分比（wt%）

[0072]

[0073] 余量为Fe和不可避免的杂质；Ca/Al在0.15～0.25。

[0074] 表2 实施例1～5高压锅炉管用圆钢五害元素重量百分比（wt%）

[0075]

[0076] 表3 实施例1～5高压锅炉管用圆钢气体含量（ppm）

[0077]

[0078] 表4 成品低倍组织评级（单位：级）

[0079]

[0080] 表5 成品非金属夹杂物级别(单位：级)

[0081]

[0082] 表4为成品低倍组织评级表，由表4、表5检测指标以及附图1-5可以看出，圆钢低倍组织致密，内部质量良好，中心疏松及中心偏析级别均小于0.5级，优于一般制造方法制造的高压锅炉用钢，更好的满足了高压锅炉管用钢对耐高温、耐高压、持久性等的要求。

[0083] 以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。