[发明专利]一种耐高温无缝钢管及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐高温无缝钢管及其生产方法，属于冶金材料领域。

背景技术

近年来，我国电力工业飞速发展，电厂锅炉向大容量、高参数发展。按照国家发展战略，将逐步限制和取消中小型燃煤机组，300MW以上机组将成为各大电网的主力机组。大容量、高参数机组的主蒸汽管道、再热蒸汽管道热端及其他高温承压设备的最高实际壁温已超过了600℃。一般耐高温钢要有高的蠕变断裂强度、有限的硬度、好的韧性。原先广泛应用于这些高温部件的12Cr1MoV钢高温强度、抗氧化性等均不能满足要求。目前，国内企业所需的耐高温无缝钢管主要由国外供货，且供货期长，价格昂贵，严重制约了我国电力行业的发展，从而影响了我国的经济发展速度。目前国内只有少数厂家通过锻造挤压的方法制造出了符合标准的耐高温无缝钢管，但该方法生产效率不高，成材率低，资源浪费严重，而且只能生产大管径厚壁管。所以，开发出一种生产效率高、可生产多规格管径，且各项性能均满足使用要求的耐热无缝钢管是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产效率高、成才率高，且具有较好耐热性的无缝钢管及其生产方法。

为实现上述目的，本发明是通过如下措施来实现：

一种耐高温无缝钢管，其特征在于，构成材料的质量百分比化学成分为：C0.08～0.12；Si 0.20～0.45；Mn 0.40～0.60；Cr 8.50～9.50；Mo 0.85～1.10；Ni≤0.40；Nb 0.06～0.10；V 0.18～0.25；N 0.03～0.07；P≤0.018；S≤0.008；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％。

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，对马氏体钢而言，含碳量的上升会加快碳化物球化和聚集速度，加速合金元素的再分配，降低钢的焊接性、耐蚀性和抗氧化性，因此希望较低含碳量，但含碳太低，钢的强度将降低。综合考虑上述因素的影响，C控制在0.08～0.12％较合适。

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。另外，M₂₃C₆碳化物主要稳定马氏体组织的板条结构。但是过多的V会引起持久强度的降低。因此Nb、V控制在0.06～0.10％、0.18～0.25％较适宜。

本设计体系钢中含N为0.03～0.07％，它的作用体现在两个方面。一方面起固溶强化作用，常温下N在钢中的溶解度很小，本发明钢焊后热影响区在焊接加热和焊后热处理过程中，将先后出现VN的固溶和析出过程：焊接加热时热影响区内已形成的奥氏体组织由于VN的溶入，N含量增加，此后常温组织中的过饱和程度提高，在随后的焊后热处理中有细小的VN析出，这增加了组织稳定性，提高了热影响区的持久强度值。另一方面，钢中还含有少量Al，N能与其形成AlN，AlN在1100℃以上才大量溶入基体，在较低温度下又重新析出，能起到较好的弥散强化效果。但较高的Al含量，将会削弱其他元素所起的作用，同时也强烈降低钢的持久性能，因此将Al含量控制在0.010％以下。

Cr主要是提高耐热钢的抗氧化性、抗腐蚀能力，含铬量小于5％时，600℃开始剧烈氧化，而含铬量达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℃，主要就是使基体中溶有更多的铬。因此，将其控制在8.50～9.50％范围内。加入Mo主要是为了提高钢的热强性，起到固溶强化的作用。S和S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。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。

无缝钢管生产主要工艺为：铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸→管坯加热→穿孔→轧制→定径→冷床→矫直→探伤→热处理→探伤。