專利名稱：一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法
技術領域：
本發明涉及鑄造領域，具體涉及一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法。
背景技術：
降低一次能源消耗以減少溫室氣體排放，是當前國際上尋求綠色清潔能源的發展目標。《國家中長期科學技術發展綱要2006-2020》明確指出，我國今后將以“大力提高一次能源的利用效率”和“攻克先進煤電、核電等重大裝備制造核心技術”作為能源發展思路，重點研究開發高效率超臨界機組等重大技術與裝備。隨后，國家“十一 ·五，，規劃綱要把超臨界火電機組等大型高效清潔發電設備列為我國裝備制造業振興重點。當前，在相當長的時期內，我國以化石能源為主的能源結構難以根本改變的前提下，國家“十二 五”規劃綱要再次強調，要大力發展清潔高效的大容量燃煤機組，以實現“高效、節能、環保”的目的，可見， 高參數、高效率和大容量的超臨界發電機組，是我國能源布局和電力發展的必然趨勢。目前，超臨界火電機組配材質的研發成就主要集中在德國、意大利、美國等西方發達國家，并且已部分超臨界鋼種實現了產業化，但因超臨界材質含有復雜的合金成分，尤其是含有N、 Al元素，超臨界材質在實際生產過程中極易產生致命缺陷，如裂紋、金相組織不均勻、晶粒度大等缺陷，最終導致超臨界材質綜合性能降低，保證不了產品超臨界的使用要求。超臨界材質生產成本高昂，目前國際上在實際生產過程中，該材質產品生產難度大、報廢率高，產品價格居高不下，嚴重制約著超臨界火電機組行業的發展。我國的超臨界產品一直以來都是依賴于進口，目前超臨界材質在國內依然處于技術空白和產品空白階段。現有生產技術通用的生產方法為采用EAF電弧爐粗煉+LF鋼包精煉+V0D/VD真空氧脫碳/真空除氣法進行冶煉，生產工藝較為復雜繁瑣，生產成本高昂，而且產品存在的缺陷如裂紋、縮孔、夾渣等缺陷存在比較嚴重，導致產品制造周期長，價格居高不下。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，工藝簡單，能夠節約制造成本，并且制造出來的超級臨界高合金鋼無裂紋、金相組織均勻、晶粒度小，綜合性能好，能夠保證產品超臨界的使用要求。為解決上述現有的技術問題，本發明采用如下方案一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，其特征在于包括以下步驟步驟一熔煉采用中頻爐粗煉與氬氧共吹脫碳法精煉相結合冶煉鋼水，冶煉過程中限制脫氧劑硅鈣粉的使用量，嚴格控制鋼中Si和Al含量，Si 0. 18-0.4%, Al ^0. 03%,避免產生高溫鐵素體；降低P、S雜質元素和H、0氣體元素含量，P ^ 0. 025%， S ( 0. 025%，減輕偏析和避免氣孔與氧化夾雜；使用N和Nb的鐵合金進行合金化操作，保證 N 和 Nb 含量達到成分要求，N :0. 02-0. 06%, Nb 0. 05-0. 09% ；步驟二 熱處理90°C以下低溫開箱后，以升溫速度彡IlO0C /h升溫到770士 15°C進行去應力退火處理，完成氣割、碳刨、焊補；采用正火加回火熱處理工藝，以升溫速度彡IlO0C /h升溫到正火溫度1060士 15°C，壁厚< 40mm時保溫時間2. 5-3. 5小時，壁厚 40-80mm時保溫時間3. 5-5. 5小時，快速空冷至90°C，再以升溫速度彡110°C /h升溫到回火溫度770士 15°C，壁厚< 40mm時保溫時間2. 5-3. 5小時，壁厚40_80mm時保溫時間3. 5-5. 5 小時，爐冷至200 V，保溫1. 2小時，200 V出爐空冷，完成。作為優選，所述步驟一中中頻爐粗煉時所有合金要經脫氫處理，670 士 10°C保溫 4h。作為優選，所述步驟一中中頻爐粗煉時在加料前在爐底加1. 5-2%石灰造渣，減低 S/P含量。作為優選，所述步驟一中中頻爐粗煉時除渣劑外的造渣材料均230°C以上烘烤。作為優選，所述步驟一中中頻爐粗煉時預先在爐底加少量硅鐵，防止合金氧化。作為優選，所述步驟一中中頻爐粗煉時出鋼溫度1670士 10°C，確保中轉包中鋼水溫度為 1660 士 10°C。作為優選，所述步驟一中氬氧共吹脫碳法精煉時出鋼前按照光譜檢驗結果計算所需鈮鐵的加入量，最大程度減少鈮鐵的氧化，提高鈮鐵的利用率。作為優選，所述步驟一中氬氧共吹脫碳法精煉時在還原后期通過短時間切換N2攪拌以達到合金所需的N含量。從而避免了加入價格較貴的氮化鉻鐵，降低成本。有益效果本發明采用上述技術方案提供一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，能夠細化晶粒，完全消除高溫S-鐵素體，得到具有明顯板條特征的回火馬氏體組織的超臨界高合金鋼，工藝簡單，簡化了操作流程、減少成本開支，減少了產品的缺陷，提高了
廣品質量。
圖1為采用本發明得到的超級臨界高合金鋼的金相組織圖；圖2為采用本發明得到的超級臨界高合金鋼常溫拉伸抗拉強度性能曲線圖；圖3為采用本發明得到的超級臨界高合金鋼常溫拉伸屈服強度性能曲線圖；圖4為采用本發明得到的超級臨界高合金鋼600°C高溫拉伸抗拉強度性能曲線圖；圖5為采用本發明得到的超級臨界高合金鋼600°C高溫拉伸屈服強度性能曲線圖。
具體實施例方式一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，包括以下步驟步驟一熔煉采用中頻爐(IntermediateFrequency Furnace，簡稱 IFF 法)粗煉與氬氧共吹脫碳法(Argon and Oxygen Degassing，簡稱AOD法)精煉相結合冶煉鋼水，冶煉過程中限制脫氧劑硅鈣粉的使用量，嚴格控制鋼中Si和Al含量，Si 0. 18-0. 4%, Al ^0. 03%,避免產生高溫鐵素體；降低P、S雜質元素和H、0氣體元素含量，P ^ 0. 025%， S ^ 0. 025%，減輕偏析和避免氣孔與氧化夾雜；使用N和Nb的鐵合金進行合金化操作，保證N和 Nb 含量達到成分要求，N 0. 02-0. 06%, Nb 0. 05-0. 09% ；步驟二 熱處理90°C以下低溫開箱后，以升溫速度彡IlO0C /h升溫到770士 15°C 進行去應力退火處理，完成氣割、碳刨、焊補；采用正火加回火熱處理工藝，以升溫速度彡IlO0C /h升溫到正火溫度1060士 15°C，壁厚< 40mm時保溫時間2. 5-3. 5小時，壁厚 40-80mm時保溫時間3. 5-5. 5小時，快速空冷至90°C，再以升溫速度彡110°C /h升溫到回火溫度770士 15°C，壁厚< 40mm時保溫時間2. 5-3. 5小時，壁厚40_80mm時保溫時間3. 5-5. 5 小時，爐冷至200°C，保溫1. 2小時，200°C出爐空冷，完成。所述步驟一中中頻爐粗煉時所有合金要經脫氫處理，670士 10°C保溫4h。所述步驟一中中頻爐粗煉時在加料前在爐底加1. 5-2%石灰造渣，減低S/P含量。所述步驟一中中頻爐粗煉時除渣劑外的造渣材料均230°C以上烘烤。所述步驟一中中頻爐粗煉時預先在爐底加少量硅鐵，防止合金氧化。所述步驟一中中頻爐粗煉時出鋼溫度1670士 10°C，確保中轉包中鋼水溫度為 1660 士 10°C。所述步驟一中氬氧共吹脫碳法精煉時出鋼前按照光譜檢驗結果計算所需鈮鐵的加入量，最大程度減少鈮鐵的氧化，提高鈮鐵的利用率。所述步驟一中氬氧共吹脫碳法精煉時在還原后期通過短時間切換N2攪拌以達到合金所需的N含量。如圖1所示，采用本發明得到的超級臨界高合金鋼無裂紋、金相組織均勻、晶粒度小，綜合性能好，能夠保證產品超臨界的使用要求，還適用于其他超臨界環境領域使用。如圖2至圖5所示，得到力學性能試驗結果如表一表一
權利要求
1.一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，其特征在于包括以下步驟步驟一熔煉采用中頻爐粗煉與氬氧共吹脫碳法精煉相結合冶煉鋼水，冶煉過程中限制脫氧劑硅鈣粉的使用量，嚴格控制鋼中Si和Al含量，Si 0. 18-0. 4%，Al < 0. 03%，避免產生高溫鐵素體；降低P、S雜質元素和H、0氣體元素含量，P^O. 025%, S^ 0. 025%, 減輕偏析和避免氣孔與氧化夾雜；使用N和Nb的鐵合金進行合金化操作，保證N和Nb含量達到成分要求，N 0. 02-0. 06%, Nb 0. 05-0. 09% ；步驟二 熱處理90°C以下低溫開箱后，以升溫速度彡IlO0C /h升溫到770士 15°C 進行去應力退火處理，完成氣割、碳刨、焊補；采用正火加回火熱處理工藝，以升溫速度彡IlO0C /h升溫到正火溫度1060士 15°C，壁厚< 40mm時保溫時間2. 5-3. 5小時，壁厚 40-80mm時保溫時間3. 5-5. 5小時，快速空冷至90°C，再以升溫速度彡110°C /h升溫到回火溫度770士 15°C，壁厚< 40mm時保溫時間2. 5-3. 5小時，壁厚40_80mm時保溫時間3. 5-5. 5 小時，爐冷至200 V，保溫1. 2小時，200 V出爐空冷，完成。
2.根據權利要求1所述的一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，其特征在于所述步驟一中中頻爐粗煉時所有合金要經脫氫處理，670士 10°C保溫4h。
3.根據權利要求1所述的一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，其特征在于所述步驟一中中頻爐粗煉時在加料前在爐底加1. 5-2%石灰造渣，減低S/P含量。
4.根據權利要求1所述的一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，其特征在于所述步驟一中中頻爐粗煉時除渣劑外的造渣材料均230°C以上烘烤。
5.根據權利要求1所述的一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，其特征在于所述步驟一中中頻爐粗煉時預先在爐底加少量硅鐵，防止合金氧化。
6.根據權利要求1所述的一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，其特征在于所述步驟一中中頻爐粗煉時出鋼溫度1670士 10°C，確保中轉包中鋼水溫度為 1660 士 10°C。
7.根據權利要求1所述的一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，其特征在于所述步驟一中氬氧共吹脫碳法精煉時出鋼前按照光譜檢驗結果計算所需鈮鐵的加入量，最大程度減少鈮鐵的氧化，提高鈮鐵的利用率。
8.根據權利要求1所述的一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，其特征在于所述步驟一中氬氧共吹脫碳法精煉時在還原后期通過短時間切換隊攪拌以達到合金所需的N含量。
全文摘要
本發明提供一種適用于火電機組的超級臨界高合金鋼的制造方法，包括以下步驟步驟一熔煉采用中頻爐粗煉與氬氧共吹脫碳法精煉相結合冶煉鋼水；步驟二熱處理90℃以下低溫開箱后，以升溫速度≤110℃/h升溫到770±15℃進行去應力退火處理，完成氣割、碳刨、焊補；采用正火加回火熱處理工藝。工藝簡單，能夠節約制造成本，并且制造出來的超級臨界高合金鋼無裂紋、金相組織均勻、晶粒度小，綜合性能好，能夠保證產品超臨界的使用要求。
文檔編號C22C33/04GK102383025SQ20111030962
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月13日 優先權日2011年10月13日
發明者李世傾, 王潤英, 蔣琦, 謝國麗, 謝小兵, 魏代剛 申請人:中核蘇閥橫店機械有限公司