[发明专利]合金钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金钢及其制造方法，特别涉及一种可用于高压锅炉的合金钢及其制造方法。

背景技术

研究表明，控制锅炉钢的Al含量在很低的范围是锅炉钢生产的关键，其原因主要在于Al含量高会导致后部冷加工的成材率极其低下。然而，通常情况下，Al是钢中比较重要的合金元素。Al的作用首先体现为用于钢水的终脱氧，可使钢水平衡氧处在较低水平，避免高氧钢的出现；其次Al又是重要的细晶元素，可提高钢的强韧性；另外Al还可用来固氮(N)，从而减轻钢的时效性。体现上述作用的Al的加入量一般在0.020％以上。

15CrMoG钢是中国国家标准GB5310-2008(高压锅炉用无缝钢管)中的一种典型高压锅炉用合金结构钢，其按重量计包含0.12％～0.18％的C、0.17％～0.37％的Si、0.40％～0.70％的Mn、0.80％～1.10％的Cr、0.40％～0.55％的Mo、不大于0.025％的P、不大于0.015％的S、不大于0.20％的Cu、不大于0.30％的Ni和不大于0.08％的V。

对于15CrMoG钢，同样需要控制Al含量在较低的水平。在钢中缺少足够Al的情况下，可采用LF炉精炼或者LF炉精炼+真空处理的方法来避免高氧钢，可采用控制轧制温度的方法细化钢的晶粒。然而，现有技术始终未考虑因缺少足够的Al，钢中会出现部分游离N的危害性。

即使采用转炉流程冶炼钢，钢中也残留有0.004％～0.006％的氮，个别生产条件下残留氮甚至可达到0.007％以上。该部分氮是用Al给予固定的，否则氮会以自由态的形式存在于钢中，增大钢材时效性，降低耐冲击性能，严重的还会造成钢材过早失效。

如上所述，在现有15CrMoG钢的生产技术中，应采取低Al路线；然而，过低的Al含量会造成钢中存在一定量的自由氮，增大钢材时效性，降低耐冲击性能，严重的还会造成钢材过早失效。

发明内容

本发明提供了一种合金钢及其制造方法，从而克服了上述技术问题中的一个或多个技术问题。

根据本发明的合金钢按重量计包含0.12％～0.18％的C、0.17％～0.37％的Si、0.40％～0.70％的Mn、0.80％～1.10％的Cr、0.40％～0.55％的Mo、0.006％～0.010％的Ti和0.008％～0.015％的Als，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Als表示酸溶铝。

合金钢中不可避免的杂质可包括不大于0.025％的P、不大于0.015％的S、不大于0.007％的N、不大于0.20％的Cu和不大于0.30％的Ni。

合金钢的Ti含量和Als含量之和可不低于0.018％。

根据本发明的合金钢的制造方法包括以下步骤：(a)初炼钢水；(b)在钢水的C含量为0.03％～0.06％，P含量不大于0.015％，S含量不大于0.020％时，向钢包出钢；(c)在出钢过程中，调整钢水的Si含量为0.17％～0.37％，Mn含量为0.40％～0.70％，Cr含量为0.80％～1.10％，Mo含量为0.40％～0.55％，并调整钢水的氧含量在0.0020％以下；(d)控制钢水的Als含量为0.02％～0.03％，Als表示酸溶铝；(e)在钢包精炼炉中精炼钢水使氧含量在0.0010％以下，精炼完成时钢水的C含量为0.12％～0.18％；(f)对钢水进行循环真空脱气处理，并调整钢水的Ti含量为0.006％～0.010％，从而得到合金钢，该合金钢包含0.12％～0.18％的C、0.17％～0.37％的Si、0.40％～0.70％的Mn、0.80％～1.10％的Cr、0.40％～0.55％的Mo、0.006％～0.010％的Ti和0.008％～0.015％的Als，余量为Fe和不可避免的杂质，合金钢中各元素的含量均为重量百分比含量。

在步骤(a)中可采用转炉来初炼钢水。

在步骤(c)中可采用铝锰铁、铝铁、硅铁、金属锰和低碳锰铁中的至少一种调整钢水的氧含量在0.0020％以下。

在步骤(c)中可将合金化材料加入钢水来调整Si含量、Mn含量、Cr含量和Mo含量，合金化材料可包括用于调整Mn含量的铝锰铁、金属锰和锰铁中的至少一种、用于调整Si含量的硅铁、用于调整Cr含量的铬铁以及用于调整Mo含量的钼铁。

在步骤(d)中可将铝加入钢水来控制钢水的Al含量。

在步骤(e)中可采用CaC₂或CaC₂与铝的组合调整钢水的氧含量在0.0010％以下。