[发明专利]一种大厚度锅炉锅筒用低合金高强钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锅炉锅筒用钢板及其制造方法，特别涉及一种大厚度锅炉锅筒用低合金高强钢板及其制造方法，具有强韧性匹配、表面质量及焊接性能良好等特点，钢板厚度范围为100mm~150mm。

背景技术

锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。其中锅筒的主要功能有：(1)连接受热面管子与管道，在锅筒内部设置了给水管和水汽隔板，形成一个稳定水循环；(2)在锅筒内部设计了汽水分离装置，以获得干燥和洁净的保护蒸汽。

锅筒的外部形状是由钢板制成的长圆筒形容器，由筒身和封头组成。筒身是由钢板卷制焊接而成，封头用钢板模压制成，焊接于筒身。在封头中部留有椭圆形或圆形人孔门，以备安装和检修时人员进出。在锅筒表面开有很多圆孔，并焊上各种管座，用以连接各种管子。

锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件；中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。

用于超高压和亚临界机组锅炉锅筒用钢板，需在中温(350~450℃)、高压(150~250Kg/cm²)条件下长期服役，服役时间20~30年，还受到冲击、疲劳载荷及水和蒸汽介质腐蚀作用。在制造过程中，要经过各种冷热加工工序，如下料、卷板、焊接、热处理等。因此，锅炉行业对锅筒用材的质量、安全性和运行可靠性要求极为苛刻，不但要满足设计温度和压力条件下各项技术指标：足够的室温和中温强度、良好的塑韧性储备、较低的缺口敏感性，以及良好的表面质量和极高的探伤要求，而且必须具有优良的冷热加工和焊接性能。此外还要求板厚厚，板面宽，是一种技术要求高、制造难度大的特厚板产品。对于锅炉锅筒钢板的选材，国际上有两条思路，以德国为代表的欧洲国家采用低合金高强度钢(13MnNiMo54，19Mn6)，而以美国为代表的其他国家采用碳锰钢特厚钢板(SA299)，两种观点的设计理论是互相独立，自成体系的。而我国处于两个体系之内，既采用BHW35(13MnNiMo54)和19Mn6，又采用SA299特厚钢板来制造锅筒。13MnNiMo54(13MnNiMoR)钢板的化学成分见表1。

表113MnNiMo54(13MnNiMoR)钢板的化学(熔炼)成分要求(wt%)

现有技术中，锅炉锅筒用13MnNiMo54(13MnNiMoR)钢板中的C含量往往在包晶反应凝固收缩峰值区，且添加了较多的Cr、Mo、Ni等贵重合金元素(表1)，这不仅导致制造成本上升和制造难度加大(其铸坯表面质量较差，一般均需要下线进行表面清理，有时还需要进行表面着色渗透检查、板坏表面修磨、带温切割等)；而且钢板的合金含量较高，碳当量及焊接裂纹敏感性指数Pcm也较高，这给现场焊接带来了较大的困难，焊前需要预热、焊后需要热处理，焊接效率较低，加工制作成本升高。此外由于板面宽，板厚厚，在目前采用的正火空冷再回火热处理条件下，钢板的冲击性能稳定性欠佳，有时需要实施重复热处理，增加了钢板热处理能源消耗和生产资源浪费。

中国专利CN101451213A公开了“一种大厚度锅炉锅筒用高强度钢板的生产方法”。工艺上，该发明采用大钢锭直接轧制技术来生产钢板，需要在加热、除鳞、轧制、剪切、精整、热处理等整个生产环节上均有相应的装备和工艺技术来配合。钢锭直轧技术由于压缩比较小，为保证钢板冲击性能及探伤合格率，需配合采用两阶段控轧及控冷技术，设备损耗大，轧制效率低。且该技术所生产钢板表面氧化铁皮厚，部分还存在皮下裂纹，严重影响用户使用。在成分上，该发明采用13MnNiMo54钢的标准成分，贵重合金元素较多。此外，该发明中，钢板经正火后直接入水槽加速冷却，这种方法不便于控制冷却速度，钢板容易产生异常组织而导致性能不合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大厚度锅炉锅筒用低合金高强钢板及其制造方法，有效地降低生产成本，提高产品质量，改善产品的可制造性，使产品既能获得较高的强度，屈服强度达到520MPa以上，抗拉强度达到650MPa以上，良好的冲击韧性，0℃冲击功均值达到180J以上，又具有较好的表面质量和焊接性。

本发明的技术方案是：