專利名稱：一種火電超超臨界機組用主蒸汽管道的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種火電超超臨界機組用主蒸汽管道，屬于冶金材料領域。
背景技術：
當前，節能和環保日益受到重視，高效率、低排放的大容量高參數機組，特別是超超臨界機組是我國火力發電“提高發電效率，節約一次能源，改善環境，降低發電成本”的必然趨勢。超超臨界機組效率比常規超臨界機組提高約4%，二氧化碳將會減排約8%。電力技術的發展在很大程度上取決于新型耐熱材料技術的發展，性能優異的耐熱材料將會大大降低管道的壁厚，改善焊接性能，降低熱疲勞損傷，設備安全可靠性也會大大提高。中國火電超超臨界鍋爐材料應用的特點是，鍋爐、汽輪機制造均為引進技術，所使用的關鍵部件材料多數按引進技術規定選用；新材料以日本新研制鋼號為主，尤其在高溫部件用鋼；高溫部件材料以含Cr9-12%的馬氏體不銹鋼為主；只在金屬溫度超過650°C的部件采用奧氏體不銹鋼。超超臨界機組主蒸汽管道用鋼的要求是，有足夠高的強度、蠕變強度和持久強度；有足夠高的塑性、韌性和持久塑性；要求有良好的抗氧化性能，對高溫過熱器及再熱器用管材則要求有極為良好的抗氧化性能；要求有良好的工藝性能，特別是焊接和彎曲性能；良好的組織 性質均勻性；在長期高溫運行中的組織性質穩定性。因此，開發出性能優異的耐熱鋼，滿足超超臨界機組主蒸汽管道用鋼要求，是非常有必要的，也將會有廣闊的市場空間。
發明內容
本發明的目的是提供一種性能優異的火電超超臨界機組用主蒸汽管道。為實現上述目的，本發明是通過如下措施來實現:一種火電超超臨界機組用主蒸汽管道，其特征在于，構成材料的質量百分比化學成分為: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 ；ff 1.50 2.00 ；B 0.0010 0.0060 ；N 0.03
0.07 ；P ^ 0.015 ；S^ 0.005 ；Altot ^0.01 ；0 ^ 0.003，其余為 Fe 及不可避免的雜質，質量百分數總計100%。火電超超臨界機組用主蒸汽管道熱處理對于壁厚< 76mm的鋼管采用正火+回火工藝，正火加熱溫度為1060±20°C，保溫時間為2 min/mm，但不小于30min ;回火溫度為770±10°C，保溫時間不小于lh，然后在靜止空氣中冷卻。壁厚彡76mm的鋼管可采用淬火+回火，淬火溫度不低于1040°C，回火溫度為770±10°C，保溫時間不小于lh，然后在靜止空氣中冷卻。多元鋼因含有在高溫下才能基本固溶的強碳化物形成元素，為了充分發揮各元素的作用，熱處理時采用生產上可行的較高奧氏體化加熱溫度，加熱溫度的下限是1040°C，正火溫度高于1080°C則容易出現奧氏體晶粒粗化。為使管道奧氏體化均勻，保溫時間為2min/mm，但不小于30min。多元鋼具有較強的抗回火能力，為了保持鋼在使用過程中性能的穩定，應采用較高的回火溫度，特別是當鋼中同時含有Mo和B時。因此，采用高溫回火。雖然本發明體系鋼種有較好的淬透性，但鋼管壁厚> 76mm時，應用正火工藝，可能無法獲得所要求的組織，因此可以采用較大冷速的淬火工藝。C是鋼中固溶強化作用最明顯的元素，隨含C量的增加，鋼的強度上升，塑性、韌性下降。在馬氏體鋼中，含碳量的上升將會降低鋼的焊接性、耐蝕性和抗氧化性，因此希望較低含碳量。但C含量低，則強度可能滿足不了要求。Mn在鋼中主要有兩種作用，一是脫氧，二是合金化。Mn與奧氏體能夠形成無限固溶體，對鐵素體和奧氏體均有固溶強化作用，但Mn含量提高使焊縫沖擊值降低。因此Mn控制在0.30 0.55%范圍內。Nb與V都是強碳化物形成元素，加入后能與碳形成細小而穩定的合金碳化物，有很強的彌散強化效果。在特定熱處理狀態會得到具有析出物如碳化物M23C6和MX (M=V或Nb，X=C或N)型釩/鈮碳氮化物的回火馬氏體組織，這些析出物通過沉淀強化而改善材料的蠕變斷裂強度。鋼中含有
0.030 0.070%的N，N含量的提高導致高溫奧氏體穩定性增加，使得材料空冷后鐵素體含量明顯減少，同時在鋼中形成細小且呈彌散分布的氮化物，阻礙奧氏體晶粒的迅速長大，從而使晶粒細化，高溫強度相應提高。但鋼中N含量過高時也會降低鋼的熱塑性，尤其當氮化物在晶界上析出，會引起晶界脆化，使得鋼坯表面質量變差。Cr和Fe形成連續固溶體，與C形成多種碳化物，它可以取代一部分Fe而而形成復合滲碳體(Fe，Cr)3C，Cr的復雜碳化物(Fe，Cr)7C3、(Fe, Cr)23C6對于鋼的性能有顯著地影響，特別是耐磨性。Cr可提高鐵素體的電極電位，從而提高其耐蝕性。當鋼中含Cr量達5%時就具有良好的抗氧化性，當含Cr量提高到9%左右，使用溫度能達到650°C。因此，將其控制在8.50 9.50%范圍內。Mo的主要作用是提高鋼的熱強性，起到固溶強化的作用。W在鋼中的用途主要是增加鋼的回火穩定性、紅硬性和熱強度，以及由于形成的特殊碳化物而增加的耐磨性。在鋼中以W取代部分Mo，形成以W為主的W-Mo的復合固溶強化，使鋼的長期持久強度提高。因此W、Mo選擇在1.50 2.00%,0.30 0.60%范圍內。B突出的作用是微量的B就可以成倍地增加鋼的淬透性。 主要是它吸附在奧氏體晶界上，降低了晶界的能量，阻抑鐵素體晶核的形成，因為延長了先共析鐵素體和上貝氏體轉變的孕育期，它對低碳鋼非常有效，因而B控制在0.0010 0.0060%范圍內較適宜。Mo-B協同作用對奧氏體上鐵素體的形核具有更加強烈的抑制效應，從而使奧氏體轉變動力學曲線發生深刻改變，導致貝氏體區的擴大。B也能參與碳化物的反應，有助于碳化物的均勻分布及其穩定性，從而有助于熱強性的提高。S和硫化物在晶界偏析，削弱晶界，形成孔洞，從而引起晶界脆化和蠕變脆化。另夕卜，焊縫熔化區中S、P含量較高，在凝固過程中將產生熱裂紋。鋼中O、H氣體含量高、夾雜物多會嚴重地降低沖擊值。因此嚴格控制S、P以及其他有害元素的含量，降低0、H氣體含量，同時要使成分均勻化。本發明的優點是:在Cr-Mo型合金結構鋼的基礎上，添加W、B、V、Nb、N等微合金化元素而形成新型的馬氏體耐熱鋼，該鋼具有很好的抗氧化性，很強的耐腐蝕性，優異的高溫強度以及熱物性參數。產品主要應用于火電超超臨界機組用主蒸汽管道。本發明生產效率高、經濟效益好，適合于規模化生產，具有良好的推廣價值。
具體實施例方式實例1
材料的質量百分比化學成分為:C0.11 ；Si 0.42 ；Mn 0.47 ；Cr 9.00 ；Mo 0.51 ；Nb 0.07 ；V 0.23 ；ff 1.95 ；B 0.0040 ；N 0.05 ;P、S、Altot、0 含量符合體系設計要求；其余為
Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100 %。所生產無縫管壁厚為35mm，熱處理制度按設計要求執行。鋼管的抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率、沖擊功、硬度(HB)分別為695MPa、520MPa、23.6%、111J、217 ;600°C高溫屈服強度為380MPa。625°C時，通過外推法得到10萬h持久強度為96.8MPa，抗氧化性能符合I級“完全抗氧化性”(〈0.1 g/(m2 h))，具有較高的抗氧化性能；1萬h的時效試驗表明，鋼的沖擊韌性、硬度、強度與塑性指標都未見明顯變化，說明該鋼性能穩定，適于制造高溫管。鋼中各類夾雜物級別均不大于1.0級，成品管晶粒度為8.0級， 顯微組織為回火馬氏體。實例2材料的質量百分比化學成分為:C0.09 ；Si 0.39 ；Mn 0.52 ；Cr 9.10 ；Mo 0.52 ；Nb 0.07 ；V 0.22 ；ff 1.93 ；B 0.0040 ；N 0.06 ;P、S、Altot、0 含量符合體系設計要求；其余為
Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100 %。所生產無縫管壁厚為35mm，熱處理制度按設計要求執行。鋼管的抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率、沖擊功、硬度(HB)分別為705MPa、535MPa、25.2%、120J、211 ;600°C高溫屈服強度為375MPa。鋼中各類夾雜物級別均不大于
1.5級，成品管晶粒度為7.5級，顯微組織為回火馬氏體。實例3材料的質量百分比化學成分為:C0.10 ；Si 0.43 ；Mn 0.50 ；Cr 9.04 ；Mo 0.49 ；Nb 0.06 ；V 0.21 ；ff 1.96 ；B 0.0050 ；N 0.06 ;P、S、Altot、0 含量符合體系設計要求；其余為
Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100 %。所生產無縫管壁厚為43mm，熱處理制度按設計要求執行。鋼管的抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率、沖擊功、硬度(HB)分別為685MPa、510MPa、24.1%、108J、198 ;600°C高溫屈服強度為369MPa。鋼中各類夾雜物級別均不大于
1.0級，成品管晶粒度為8.5級，顯微組織為回火馬氏體。實例4材料的質量百分比化學成分為:C0.10 ；Si 0.44 ；Mn 0.51 ；Cr 9.13 ；Mo 0.53 ；Nb 0.07 ；V 0.19 ；ff 1.89 ；B 0.0050 ；N 0.05 ;P、S、Altot、0 含量符合體系設計要求；其余為
Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100 %。所生產無縫管壁厚為37mm，熱處理制度按設計要求執行。鋼管的抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率、沖擊功、硬度(HB)分別為695MPa、520MPa、26.5%、112J、203 ;600°C高溫屈服強度為377MPa。鋼中各類夾雜物級別均不大于
1.0級,成品管晶粒度為8.0級,顯微組織為回火馬氏體。
權利要求
1.一種火電超超臨界機組用主蒸汽管道，其特征在于，構成材料的質量百分比化學成分為: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 ；ff 1.50 2.00 ；B 0.0010 0.0060 ；N 0.03 .0.07 ;P彡0.015 ;S彡0.005 ；Altot ^0.01 ；0 ^ 0.003，其余為Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100% ;所述火電超超臨界機組用主蒸汽管道熱處理對于壁厚< 76_的鋼管采用正火+回火工藝，正火加熱溫度為1060±20°C，保溫時間為2 min/mm，但不小于30min ;回火溫度為770 ± 10°C，保溫時間不小于Ih，然后在靜止空氣中冷卻；壁厚> 76mm的鋼管采用淬火+回火，淬火溫度不低于1040°C，回火溫度為770±10°C，保溫時間不小于lh，然后在靜止空氣中冷卻 。
全文摘要
本發明涉及一種火電超超臨界機組用主蒸汽管道，其特征在于，構成材料的質量百分比化學成分為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；Altot ≤0.01；O≤0.003，其余為Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100％。其優點是在Cr-Mo 型合金結構鋼的基礎上，添加W、B、V、Nb、N 等微合金化元素而形成新型的馬氏體耐熱鋼，該鋼具有很好的抗氧化性，很強的耐腐蝕性，優異的高溫強度以及熱物性參數。產品主要應用于火電超超臨界機組用主蒸汽管道。本發明生產效率高、經濟效益好，適合于規模化生產，具有良好的推廣價值。
文檔編號F16L9/02GK103215519SQ201310123158
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月10日 優先權日2013年4月10日
發明者王金龍, 馬愛清, 豐小冬, 宋江波, 石曉霞, 張學穎 申請人:內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司