CN103215519A

CN103215519A - 一种火电超超临界机组用主蒸汽管道

Info

Publication number: CN103215519A
Application number: CN2013101231583A
Authority: CN
Inventors: 王金龙; 马爱清; 丰小冬; 宋江波; 石晓霞; 张学颖
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia Baotou Steel Union Co Ltd
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-07-24

Abstract

本发明涉及一种火电超超临界机组用主蒸汽管道，其特征在于，构成材料的质量百分比化学成分为：C 0.07～0.12；Si 0.15～0.50；Mn 0.30～0.55；Cr 8.50～9.50；Mo 0.30～0.60；Nb 0.05～0.09；V 0.15～0.25；W 1.50～2.00；B 0.0010～0.0060；N 0.03～0.07；P≤0.015；S≤0.005；Al_tot ≤0.01；O≤0.003，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。其优点是：在Cr-Mo 型合金结构钢的基础上，添加W、B、V、Nb、N 等微合金化元素而形成新型的马氏体耐热钢，该钢具有很好的抗氧化性，很强的耐腐蚀性，优异的高温强度以及热物性参数。产品主要应用于火电超超临界机组用主蒸汽管道。本发明生产效率高、经济效益好，适合于规模化生产，具有良好的推广价值。

Description

一种火电超超临界机组用主蒸汽管道

技术领域

本发明涉及一种火电超超临界机组用主蒸汽管道，属于冶金材料领域。

背景技术

当前，节能和环保日益受到重视，高效率、低排放的大容量高参数机组，特别是超超临界机组是我国火力发电“提高发电效率，节约一次能源，改善环境，降低发电成本”的必然趋势。超超临界机组效率比常规超临界机组提高约4%，二氧化碳将会减排约8%。电力技术的发展在很大程度上取决于新型耐热材料技术的发展，性能优异的耐热材料将会大大降低管道的壁厚，改善焊接性能，降低热疲劳损伤，设备安全可靠性也会大大提高。

中国火电超超临界锅炉材料应用的特点是，锅炉、汽轮机制造均为引进技术，所使用的关键部件材料多数按引进技术规定选用；新材料以日本新研制钢号为主，尤其在高温部件用钢；高温部件材料以含Cr9-12%的马氏体不锈钢为主；只在金属温度超过650℃的部件采用奥氏体不锈钢。超超临界机组主蒸汽管道用钢的要求是，有足够高的强度、蠕变强度和持久强度；有足够高的塑性、韧性和持久塑性；要求有良好的抗氧化性能，对高温过热器及再热器用管材则要求有极为良好的抗氧化性能；要求有良好的工艺性能，特别是焊接和弯曲性能；良好的组织性质均匀性；在长期高温运行中的组织性质稳定性。因此，开发出性能优异的耐热钢，满足超超临界机组主蒸汽管道用钢要求，是非常有必要的，也将会有广阔的市场空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能优异的火电超超临界机组用主蒸汽管道。

为实现上述目的，本发明是通过如下措施来实现：

一种火电超超临界机组用主蒸汽管道，其特征在于，构成材料的质量百分比化学成分为：C 0.07～0.12；Si 0.15～0.50；Mn 0.30～0.55；Cr 8.50～9.50；Mo 0.30～0.60；Nb 0.05～0.09；V 0.15～0.25；W 1.50～2.00；B 0.0010～0.0060；N 0.03～0.07；P≤0.015；S≤0.005；Al_tot ≤0.01；O≤0.003，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。

火电超超临界机组用主蒸汽管道热处理对于壁厚＜76mm的钢管采用正火+回火工艺，正火加热温度为1060±20℃，保温时间为2 min/mm，但不小于30min；回火温度为770±10℃，保温时间不小于1h，然后在静止空气中冷却。壁厚≥76mm的钢管可采用淬火+回火，淬火温度不低于1040℃，回火温度为770±10℃，保温时间不小于1h，然后在静止空气中冷却。多元钢因含有在高温下才能基本固溶的强碳化物形成元素，为了充分发挥各元素的作用，热处理时采用生产上可行的较高奥氏体化加热温度，加热温度的下限是1040℃，正火温度高于1080℃则容易出现奥氏体晶粒粗化。为使管道奥氏体化均匀，保温时间为2 min/mm，但不小于30min。多元钢具有较强的抗回火能力，为了保持钢在使用过程中性能的稳定，应采用较高的回火温度，特别是当钢中同时含有Mo和B时。因此，采用高温回火。虽然本发明体系钢种有较好的淬透性，但钢管壁厚≥76mm时，应用正火工艺，可能无法获得所要求的组织，因此可以采用较大冷速的淬火工艺。

C是钢中固溶强化作用最明显的元素，随含C量的增加，钢的强度上升，塑性、韧性下降。在马氏体钢中，含碳量的上升将会降低钢的焊接性、耐蚀性和抗氧化性，因此希望较低含碳量。但C含量低，则强度可能满足不了要求。Mn在钢中主要有两种作用，一是脱氧，二是合金化。Mn与奥氏体能够形成无限固溶体，对铁素体和奥氏体均有固溶强化作用，但Mn含量提高使焊缝冲击值降低。因此Mn控制在0.30～0.55%范围内。Nb与V都是强碳化物形成元素，加入后能与碳形成细小而稳定的合金碳化物，有很强的弥散强化效果。在特定热处理状态会得到具有析出物如碳化物M₂₃C₆和MX（M=V或Nb，X=C或N）型钒/铌碳氮化物的回火马氏体组织，这些析出物通过沉淀强化而改善材料的蠕变断裂强度。钢中含有0. 030 ~0. 070%的N，N含量的提高导致高温奥氏体稳定性增加，使得材料空冷后铁素体含量明显减少，同时在钢中形成细小且呈弥散分布的氮化物，阻碍奥氏体晶粒的迅速长大，从而使晶粒细化，高温强度相应提高。但钢中N含量过高时也会降低钢的热塑性，尤其当氮化物在晶界上析出，会引起晶界脆化，使得钢坯表面质量变差。

Cr和Fe形成连续固溶体，与C形成多种碳化物，它可以取代一部分Fe而而形成复合渗碳体(Fe,Cr)₃C，Cr的复杂碳化物(Fe,Cr)₇C₃、(Fe,Cr)₂₃C₆对于钢的性能有显著地影响，特别是耐磨性。Cr可提高铁素体的电极电位，从而提高其耐蚀性。当钢中含Cr量达5%时就具有良好的抗氧化性，当含Cr量提高到9%左右，使用温度能达到650℃。因此，将其控制在8.50～9.50%范围内。

Mo的主要作用是提高钢的热强性，起到固溶强化的作用。W在钢中的用途主要是增加钢的回火稳定性、红硬性和热强度，以及由于形成的特殊碳化物而增加的耐磨性。在钢中以W 取代部分Mo，形成以W为主的W-Mo 的复合固溶强化，使钢的长期持久强度提高。因此W、Mo选择在 1.50～2.00%、0.30～0.60%范围内。B突出的作用是微量的B就可以成倍地增加钢的淬透性。主要是它吸附在奥氏体晶界上，降低了晶界的能量，阻抑铁素体晶核的形成，因为延长了先共析铁素体和上贝氏体转变的孕育期，它对低碳钢非常有效，因而B控制在 0.0010～0.0060%范围内较适宜。Mo-B协同作用对奥氏体上铁素体的形核具有更加强烈的抑制效应，从而使奥氏体转变动力学曲线发生深刻改变，导致贝氏体区的扩大。B也能参与碳化物的反应，有助于碳化物的均匀分布及其稳定性，从而有助于热强性的提高。

S 和硫化物在晶界偏析，削弱晶界，形成孔洞，从而引起晶界脆化和蠕变脆化。另外，焊缝熔化区中S、P含量较高，在凝固过程中将产生热裂纹。钢中O、H气体含量高、夹杂物多会严重地降低冲击值。因此严格控制S、P 以及其他有害元素的含量，降低O、H 气体含量，同时要使成分均匀化。

本发明的优点是：在Cr-Mo 型合金结构钢的基础上，添加W、B、V、Nb、N 等微合金化元素而形成新型的马氏体耐热钢，该钢具有很好的抗氧化性，很强的耐腐蚀性，优异的高温强度以及热物性参数。产品主要应用于火电超超临界机组用主蒸汽管道。本发明生产效率高、经济效益好，适合于规模化生产，具有良好的推广价值。

具体实施方式

实例1

材料的质量百分比化学成分为：C 0.11；Si 0. 42；Mn 0.47；Cr 9.00；Mo 0.51； Nb 0.07；V 0.23；W 1.95；B 0.0040；N 0.05；P、S、Al_tot、O含量符合体系设计要求；其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。所生产无缝管壁厚为35mm，热处理制度按设计要求执行。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功、硬度（HB）分别为695MPa、520MPa、23.6%、111J、217；600℃高温屈服强度为380MPa。625℃时，通过外推法得到10万h持久强度为96.8MPa，抗氧化性能符合1级“完全抗氧化性”(<0.1 g/(m²·h))，具有较高的抗氧化性能；1万h的时效试验表明，钢的冲击韧性、硬度、强度与塑性指标都未见明显变化，说明该钢性能稳定，适于制造高温管。钢中各类夹杂物级别均不大于1.0级，成品管晶粒度为8.0级，显微组织为回火马氏体。

实例2

材料的质量百分比化学成分为：C 0.09；Si 0. 39；Mn 0.52；Cr 9.10；Mo 0.52； Nb 0.07；V 0.22；W 1.93；B 0.0040；N 0.06；P、S、Al_tot、O含量符合体系设计要求；其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。所生产无缝管壁厚为35mm，热处理制度按设计要求执行。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功、硬度（HB）分别为705MPa、535MPa、25.2%、120J、211；600℃高温屈服强度为375MPa。钢中各类夹杂物级别均不大于1.5级，成品管晶粒度为7.5级，显微组织为回火马氏体。

实例3

材料的质量百分比化学成分为：C 0.10；Si 0. 43；Mn 0.50；Cr 9.04；Mo 0.49； Nb 0.06；V 0.21；W 1.96；B 0.0050；N 0.06；P、S、Al_tot、O含量符合体系设计要求；其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。所生产无缝管壁厚为43mm，热处理制度按设计要求执行。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功、硬度（HB）分别为685MPa、510MPa、24.1%、108J、198；600℃高温屈服强度为369MPa。钢中各类夹杂物级别均不大于1.0级，成品管晶粒度为8.5级，显微组织为回火马氏体。

实例4

材料的质量百分比化学成分为：C 0.10；Si 0. 44；Mn 0.51；Cr 9.13；Mo 0.53； Nb 0.07；V 0.19；W 1.89；B 0.0050；N 0.05；P、S、Al_tot、O含量符合体系设计要求；其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。所生产无缝管壁厚为37mm，热处理制度按设计要求执行。

钢管的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功、硬度（HB）分别为695MPa、520MPa、26.5%、112J、203；600℃高温屈服强度为377MPa。钢中各类夹杂物级别均不大于1.0级，成品管晶粒度为8.0级，显微组织为回火马氏体。

Claims

1.一种火电超超临界机组用主蒸汽管道，其特征在于，构成材料的质量百分比化学成分为：C 0.07～0.12；Si 0.15～0.50；Mn 0.30～0.55；Cr 8.50～9.50；Mo 0.30～0.60；Nb 0.05～0.09；V 0.15～0.25；W 1.50～2.00；B 0.0010～0.0060；N 0.03～0.07；P≤0.015；S≤0.005；Al_tot ≤0.01；O≤0.003，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％；所述火电超超临界机组用主蒸汽管道热处理对于壁厚＜76mm的钢管采用正火+回火工艺，正火加热温度为1060±20℃，保温时间为2 min/mm，但不小于30min；回火温度为770±10℃，保温时间不小于1h，然后在静止空气中冷却；壁厚≥76mm的钢管采用淬火+回火，淬火温度不低于1040℃，回火温度为770±10℃，保温时间不小于1h，然后在静止空气中冷却。