一种适用于火电机组的超级临界高合金钢的制造方法

摘要

本发明提供一种适用于火电机组的超级临界高合金钢的制造方法，包括以下步骤：步骤一：熔炼：采用中频炉粗炼与氩氧共吹脱碳法精炼相结合冶炼钢水；步骤二：热处理：90℃以下低温开箱后，以升温速度≤110℃/h升温到770±15℃进行去应力退火处理，完成气割、碳刨、焊补；采用正火加回火热处理工艺。工艺简单，能够节约制造成本，并且制造出来的超级临界高合金钢无裂纹、金相组织均匀、晶粒度小，综合性能好，能够保证产品超临界的使用要求。

说明书

技术领域

本发明涉及铸造领域，具体涉及一种适用于火电机组的超级临界高合金钢的制造方法。

背景技术

降低一次能源消耗以减少温室气体排放，是当前国际上寻求绿色清洁能源的发展目标。《国家中长期科学技术发展纲要2006-2020》明确指出，我国今后将以“大力提高一次能源的利用效率”和“攻克先进煤电、核电等重大装备制造核心技术”作为能源发展思路，重点研究开发高效率超临界机组等重大技术与装备。随后，国家“十一·五”规划纲要把超临界火电机组等大型高效清洁发电设备列为我国装备制造业振兴重点。当前，在相当长的时期内，我国以化石能源为主的能源结构难以根本改变的前提下，国家“十二·五”规划纲要再次强调，要大力发展清洁高效的大容量燃煤机组，以实现“高效、节能、环保”的目的，可见，高参数、高效率和大容量的超临界发电机组，是我国能源布局和电力发展的必然趋势。目前，超临界火电机组配材质的研发成就主要集中在德国、意大利、美国等西方发达国家，并且已部分超临界钢种实现了产业化，但因超临界材质含有复杂的合金成分，尤其是含有N、Al元素，超临界材质在实际生产过程中极易产生致命缺陷，如裂纹、金相组织不均匀、晶粒度大等缺陷，最终导致超临界材质综合性能降低，保证不了产品超临界的使用要求。超临界材质生产成本高昂，目前国际上在实际生产过程中，该材质产品生产难度大、报废率高，产品价格居高不下，严重制约着超临界火电机组行业的发展。我国的超临界产品一直以来都是依赖于进口，目前超临界材质在国内依然处于技术空白和产品空白阶段。现有生产技术通用的生产方法为采用EAF电弧炉粗炼+LF钢包精炼+VOD/VD真空氧脱碳/真空除气法进行冶炼，生产工艺较为复杂繁琐，生产成本高昂，而且产品存在的缺陷如裂纹、缩孔、夹渣等缺陷存在比较严重，导致产品制造周期长，价格居高不下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种适用于火电机组的超级临界高合金钢的制造方法，工艺简单，能够节约制造成本，并且制造出来的超级临界高合金钢无裂纹、金相组织均匀、晶粒度小，综合性能好，能够保证产品超临界的使用要求。

为解决上述现有的技术问题，本发明采用如下方案：一种适用于火电机组的超级临界高合金钢的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：熔炼：采用中频炉粗炼与氩氧共吹脱碳法精炼相结合冶炼钢水，冶炼过程中限制脱氧剂硅钙粉的使用量，严格控制钢中Si和Al含量，Si：0.18-0.4％，Al≤0.03％，避免产生高温铁素体；降低P、S杂质元素和H、O气体元素含量，P≤0.025％，S≤0.025％，减轻偏析和避免气孔与氧化夹杂；使用N和Nb的铁合金进行合金化操作，保证N和Nb含量达到成分要求，N：0.02-0.06％，Nb：0.05-0.09％；

步骤二：热处理：90℃以下低温开箱后，以升温速度≤110℃/h升温到770±15℃进行去应力退火处理，完成气割、碳刨、焊补；采用正火加回火热处理工艺，以升温速度≤110℃/h升温到正火温度1060±15℃，壁厚＜40mm时保温时间2.5-3.5小时，壁厚40-80mm时保温时间3.5-5.5小时，快速空冷至90℃，再以升温速度≤110℃/h升温到回火温度770±15℃，壁厚＜40mm时保温时间2.5-3.5小时，壁厚40-80mm时保温时间3.5-5.5小时，炉冷至200℃，保温1.2小时，200℃出炉空冷，完成。

作为优选，所述步骤一中中频炉粗炼时所有合金要经脱氢处理，670±10℃保温4h。

作为优选，所述步骤一中中频炉粗炼时在加料前在炉底加1.5-2％石灰造渣，减低S/P含量。

作为优选，所述步骤一中中频炉粗炼时除渣剂外的造渣材料均230℃以上烘烤。

作为优选，所述步骤一中中频炉粗炼时预先在炉底加少量硅铁，防止合金氧化。

作为优选，所述步骤一中中频炉粗炼时出钢温度1670±10℃，确保中转包中钢水温度为1660±10℃。

作为优选，所述步骤一中氩氧共吹脱碳法精炼时出钢前按照光谱检验结果计算所需铌铁的加入量，最大程度减少铌铁的氧化，提高铌铁的利用率。

作为优选，所述步骤一中氩氧共吹脱碳法精炼时在还原后期通过短时间切换N₂搅拌以达到合金所需的N含量。从而避免了加入价格较贵的氮化铬铁，降低成本。

有益效果：

本发明采用上述技术方案提供一种适用于火电机组的超级临界高合金钢的制造方法，能够细化晶粒，完全消除高温δ-铁素体，得到具有明显板条特征的回火马氏体组织的超临界高合金钢，工艺简单，简化了操作流程、减少成本开支，减少了产品的缺陷，提高了产品质量。

附图说明

图1为采用本发明得到的超级临界高合金钢的金相组织图；

图2为采用本发明得到的超级临界高合金钢常温拉伸抗拉强度性能曲线图；

图3为采用本发明得到的超级临界高合金钢常温拉伸屈服强度性能曲线图；

图4为采用本发明得到的超级临界高合金钢600℃高温拉伸抗拉强度性能曲线图；

图5为采用本发明得到的超级临界高合金钢600℃高温拉伸屈服强度性能曲线图。

具体实施方式

一种适用于火电机组的超级临界高合金钢的制造方法，包括以下步骤：

步骤一：熔炼：采用中频炉(Intermediate Frequency Furnace，简称IFF法)粗炼与氩氧共吹脱碳法(Argon and Oxygen Degassing，简称AOD法)精炼相结合冶炼钢水，冶炼过程中限制脱氧剂硅钙粉的使用量，严格控制钢中Si和Al含量，Si：0.18-0.4％，Al≤0.03％，避免产生高温铁素体；降低P、S杂质元素和H、O气体元素含量，P≤0.025％，S≤0.025％，减轻偏析和避免气孔与氧化夹杂；使用N和Nb的铁合金进行合金化操作，保证N和Nb含量达到成分要求，N：0.02-0.06％，Nb：0.05-0.09％；

步骤二：热处理：90℃以下低温开箱后，以升温速度≤110℃/h升温到770±15℃进行去应力退火处理，完成气割、碳刨、焊补；采用正火加回火热处理工艺，以升温速度≤110℃/h升温到正火温度1060±15℃，壁厚＜40mm时保温时间2.5-3.5小时，壁厚40-80mm时保温时间3.5-5.5小时，快速空冷至90℃，再以升温速度≤110℃/h升温到回火温度770±15℃，壁厚＜40mm时保温时间2.5-3.5小时，壁厚40-80mm时保温时间3.5-5.5小时，炉冷至200℃，保温1.2小时，200℃出炉空冷，完成。

所述步骤一中中频炉粗炼时所有合金要经脱氢处理，670±10℃保温4h。

所述步骤一中中频炉粗炼时在加料前在炉底加1.5-2％石灰造渣，减低S/P含量。

所述步骤一中中频炉粗炼时除渣剂外的造渣材料均230℃以上烘烤。

所述步骤一中中频炉粗炼时预先在炉底加少量硅铁，防止合金氧化。

所述步骤一中中频炉粗炼时出钢温度1670±10℃，确保中转包中钢水温度为1660±10℃。

所述步骤一中氩氧共吹脱碳法精炼时出钢前按照光谱检验结果计算所需铌铁的加入量，最大程度减少铌铁的氧化，提高铌铁的利用率。

所述步骤一中氩氧共吹脱碳法精炼时在还原后期通过短时间切换N₂搅拌以达到合金所需的N含量。

如图1所示，采用本发明得到的超级临界高合金钢无裂纹、金相组织均匀、晶粒度小，综合性能好，能够保证产品超临界的使用要求，还适用于其他超临界环境领域使用。如图2至图5所示，得到力学性能试验结果如表一：

表一：