一种坯料及制作方法、钢材及制作方法 |
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| 申请号 | CN201611230824.3 | 申请日 | 2016-12-27 | 公开(公告)号 | CN107338391A | 公开(公告)日 | 2017-11-10 |
| 申请人 | 攀钢集团江油长城特殊钢有限公司; | 发明人 | 易文; 代永斌; | ||||
| 摘要 | 一种坯料及制作方法、 钢 材及制作方法，属于钢材领域。坯料包括按 质量 百分比计的以下化学组分：0.12～0.14％C、0.51～0.53％Mn、0.24～0.30％Si、P 0.～0.％、0.～0.％S、0.94～1.04％Cr、0.47～0.48％Mo、0.07～0.08％Ni、0.～0.％Al、0.05～0.09％Cu，余量为 铁 。坯料具有相对较高的洁净度和优异的机械性能，适用于高温、高压环境。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种坯料，其特征在于，包括按质量百分比计的以下化学组分： |
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| 说明书全文 | 一种坯料及制作方法、钢材及制作方法技术领域[0001] 本发明涉及钢材领域，具体而言，涉及一种坯料及制作方法、钢材及其制作方法。 背景技术[0002] 改革开放以来，我国的电力工业得了快速发展，发电机组容量及年发电量逐年提升。发电机组容量的年增长比例在经过了10年为一周期的3次变化后，又处于快速发展的高位。当前，我的电力工业中的火力发电仍占有较大的比例，其中需要各种高压设备，例如高压锅炉。火力发电过程中，需要使用高质量的管道如高压锅炉管，并且高压锅炉管的主要消费对象仍然是火力发电锅炉制造企业。火力发电锅炉对高压锅炉管的使用占据了其总消费量的85％。由于高压锅炉管长期处于高温高压状态，现有的钢材难以作为高压锅炉管使用。 发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种坯料，其具有较好的高温、高压性能，可满足高压锅炉管的制作要求。 [0004] 本发明的另一目的在于提供一种上述坯料的制作方法，降低坯料中的夹杂。 [0005] 本发明的另一目的在于提供一种主要利用上述坯料制备的钢材，其具有高温持久性高、高温蠕变性能优异的优点。 [0006] 本发明的另一目的在于提供一种由上述钢材的制作方法，可去除内应力，提高内部组织均匀性，提高钢材品质。 [0007] 本发明是这样实现的： [0008] 一种坯料，包括按质量百分比计的以下化学组分：0.12～0.14％C、0.51～0.53％Mn、0.24～0.30％Si、P 0.003～0.008％、0.003～0.004％S、0.94～1.04％Cr、0.47～0.48％Mo、0.07～0.08％Ni、0.012～0.017％Al、0.05～0.09％Cu，余量为铁。坯料的制作方法包括：利用经由精炼渣系进行脱氧、去夹杂的钢水浇注，浇注时钢水的过热度为30～40℃。 [0010] 本发明实施例的有益效果：本发明实施例提供的坯料中夹杂含量以及氧、磷、硫、氢、氮等杂质元素的含量较低，可以有效避免制备过程中成分偏析、大量夹杂物产生等问题，从而可以改善坯料的性能。通过精炼渣系脱氧、去夹杂提高坯料的洁净度，有利于提高其品质，同时30～40℃的过热度的钢水具有较好的流动性且偏析降低，从而更易于进行浇注以促进其形成理想的结晶组织，利于改善其低倍组织和晶相。钢水浇注过程中，炉渣的熔化温度低，有利于夹杂的去除，也更利于脱硫、脱磷等而避免脆性升高。坯料在高温下进行好锻造可以使其组织结构进行破碎和再结晶，从而使其晶粒充分地细化，利于其晶相组织，从而优化钢材的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能，且有利于进行大规模的连续生产。高温退火使其内部应力被消除，内部组织均匀，保证其内部质量。 具体实施方式[0011] 下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。 [0012] 以下针对本发明实施例的坯料及制作方法、钢材及制作方法进行具体说明： [0013] 一种坯料，其包括按质量百分比计的以下化学组分： [0014] 0.12～0.14％C、0.51～0.53％Mn、0.24～0.30％Si、P 0.003～0.008％、[0015] 0.003～0.004％S、0.94～1.04％Cr、0.47～0.48％Mo、0.07～0.08％Ni、[0016] 0.012～0.017％Al、0.05～0.09％Cu，余量为铁。 [0017] 进一步地，坯料包括按质量百分比计的以下化学组分：0.12～0.14％C、0.51～0.53％Mn、0.24～0.30％Si、P 0.003～0.008％、0.003～0.004％S、0.94～1.04％Cr、0.47～0.48％Mo、0.07～0.08％Ni、0.012～0.017％Al、0.05～0.09％Cu，余量为铁。 [0018] 更进一步地，坯料包括按质量百分比计的以下化学组分：0.14％C、0.53％Mn、0.30％Si、P 0.005％、0.003％S、1.02％Cr、0.47％Mo、0.07％Ni、0.012％Al、0.07％Cu，余量为铁。 [0019] 坯料中还可以掺入痕量的钒、铌、钛、铜、氮、稀土金属等等，或者根据需要调节添加元素及其添加量。硅可以作为脱氧剂，同时改善坯料的强度，同时不改变其塑形和韧性，由于制作进行复杂的成型处理。锰同时兼具脱氧和脱硫的性能，避免氧、硫引起的热脆性升高问题，有利于改善其热加工性能以及力学性能，如强度、硬度、耐磨性。少量磷的引入可以在不增加其冷脆性和焊接性能的同时，还可以提高其抗腐蚀性和切削性能，改善其稳定性。锰可与硫结合，从而避免硫偏析，同时适量硫的存在也可改善其切削性能，使其具有一定的延展性从而避免应力集中。铬、镍能显著提高强度、硬度和耐磨性，同时提高钢材的抗氧化性和耐腐蚀性，更易于在已发生锈蚀和高温环境中使用。铝能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。钼能提高机械性能，抑制合金钢因火而引起的脆性。 [0020] 坯料中各组分相互协同作用，使其具有良好的高温持久及高温蠕变性能，同时还具有抗热冲击以及腐蚀性能。 [0021] 上述坯料可以通过多种方法进行制作，本发明实施例中，例如采用以下方法进行制作：采用过热度为30～40℃并通过精炼渣系进行脱氧、去夹杂的钢水浇注而成。 [0022] 进一步地，钢水的过热度为32～36℃，更进一步地，钢水的过热度为34～36℃，再进一步地，钢水的过热度为37～40℃。坯料中的碳多以碳化物的形式存在，可提高其强度，但会影响其韧性和塑性以及焊接性能。通过控制过热度，可以控制碳化物的含量，从而可控制器性能，同时避免浇注的坯料纵裂的产生。此外，控制过热度可以避免碳的偏析，增强钢水流动性，有利于晶相组织的形成，从而改善其性能。 [0023] 此外，钢水还采用精炼渣系进行脱氧、去夹杂。精炼渣系有多种选择，例如，本发明实施例中，精炼渣系可以选择CaO-CaF2渣系、CaO-A12O3-CaF2渣系、CaO-A12O3-MgO-SiO2渣系、CaO-A12O3渣系中的一种。精炼渣系可以去除钢水中的氧，同时还可以增强炉渣的流动性，从而更易于去除其中的硫、磷等元素以及夹杂物。 [0024] 钢水可以通过现有的冶炼方式获得，例如，本发明实施例中，首先由电炉对矿石炉料进行初步冶炼完成初步的脱气、脱氧、脱硫以及去除夹杂物得到钢液，再通过LF炉外精炼的方式对钢液进行精炼，然后采用VD炉即钢包精炼炉通过真空去气进一步精炼，得到钢水。 [0025] 其中，电炉可以优选为EBT电炉，即偏心底出钢通过其可以完成熔化、升温以及必要的精炼工艺(例如，脱磷、脱碳)。EBT电炉结构的出钢口在出钢箱底部并垂直向下。出钢口下部设有用于开闭出钢口的开闭机构。出钢箱顶部中央设有操作口，以便出钢口填料操作及维护。 [0026] EBT电炉可实现无渣出钢(钢液)，有利于精炼操作、节约能源，炉底部出钢，此外，还能够降低出钢温度，减少二次氧化，提高钢的质量。 [0027] EBT电炉出钢时，向出钢侧倾动约5度后，开启开闭机构，出钢口填料在钢水静压力作用下自动下落，钢水流入钢包，实现自动开浇出钢。当钢水出至要求的约95％时迅速回倾以防止下渣，回倾过程还有约5％的钢水和少许炉渣流入钢包中，炉摇正后(炉中留钢10％～15％，留渣≥95％)检查维护出钢口，关闭出钢口，加填料，装废钢，重新起弧熔炼。 [0028] LF炉外精炼可以为初炼钢液提供各种更优的精炼条件，对钢液进行成分(例如碳)、温度、夹杂物、气体含量等的严格控制，有利于缩短冶炼周期，降低消耗，提高生产率。 [0029] VD炉精炼过程中，通过给钢包通入氩气等气体，主要是抽真空，底处吹氩气搅拌，上述工艺很简单，且可促进夹渣物上浮，完成吹氧、脱碳、真空除气、真空下合金成分微调等步骤。 [0030] 本发明实施例中，通过采用依次EBT电炉、LF炉外精炼以及VD炉真空去气的冶炼工艺可以使浇注得到坯料的品质得到较大的改善，同时还可以缩短冶炼周期，降低能耗和减排。 [0031] 以下EBT电炉、LF炉外精炼以及VD炉真空去气的一种可选的冶炼工艺进行简要说明。 [0032] EBT电炉冶炼采用刚出窑的精选石灰，不得有碳渣，形成熔池后应立即做好吹氧助熔工作。熔化后期和氧化前期低温脱P，P异常高时可补加适量石灰或换渣，出钢温度在1690℃以上。 [0033] 在LF精炼炉(钢包)中加精炼渣400kg/炉、石灰300kg、白云石100kg；钢包中有一定钢液后，随钢流加入Mn，Al等，控制脱氧剂、渣料及铁合金的加入量。 [0034] VD炉精炼，要求渣厚60～100mm，极限真空度≤67Pa，极限真空下大流量吹Ar(吹Ar流量≥120L/min)，保持时间≥15min。破空前约1～2min，将吹Ar流量调到20～40L/min。静吹Ar(氩气)，时间≥10min。当温度达到吊包温度时，及时吊包浇注。吊包前，钢包包沿周围残渣要清理干净，防止浇钢过程掉入模内。VD炉精炼结束温度T＝钢种熔点+(100～110℃)。 [0035] 为进一步改善坯料的性能，还可以对钢水的浇注速度进行限制，例如本发明实施例中，浇注钢水的速度为0.94～1.46吨/分钟。通过对钢水过热度以及浇注速度的控制，即将其过热度，延长浇注时间，可以有助于改善钢的内部质量。例如，在过热度35℃浇注13-16min。 [0036] 本发明还提供了一种由上述坯料通过锻造和退火制作而成的钢材。钢材的制作方法包括：将坯料在1210～1230℃的内保温处理5小时以上并进行锻造；经过锻造后的所述坯料在640～720℃进行退火，再进行冷却。 [0037] 在1210～1230℃的内保温处理5小时以上可以坯料中各种元素充分反应、作用，同时使其晶相结构进一步生长。较佳地，对坯料进行在上述高温条件下进行保温处理之前，还可加热坯料使其温度达到500℃以上。通过事先将坯料加热至500℃以上，从而可避免坯料受到较大的热冲击，同时使其晶相组织生长，避免晶相急速升温下被破坏。 [0038] 锻造过程中可以使钢材中的晶相产生晶相破碎和再结晶的过程，从而使得晶相更加细化和致密，达到改善金属组织、提高其机械性能的目的。锻造的方式有多种，例如可以采用现有的自由锻与模锻等等。较佳地，本发明实施例中，锻造坯料的方法包括：经过保温处理的所述坯料趁热进行N次热锻压加工，每次所述热锻压加工包括依次进行的镦粗处理和拔长处理，经过第N次镦粗处理后所述坯料的高度小于经过第N-1次拔长处理后所述坯料的高度的1/2，N≥2。 [0039] 发明人经过研究发现，通过采用上述在1210～1230℃温度内进行锻造，可以有效地使其铸态组织的破碎，同时使其具有适当的形变量和恢复再结晶，从而使晶粒得到较充分的细化，利于地低倍组织和晶相组织。锻造过程中可以采用不同的设备和压力对坯料施加作用力，例如本发明实施例中，使用压机以4000～5000千牛的压力挤压坯料。 [0040] 进一步地，对坯料进行退火的方法包括：经过锻造后的坯料直接红送至退火炉，退火炉由室温升温至640～720℃，并在640～720℃保温3～5小时。通过选择适当的退火温度和时间，使其内部的晶相稳定和平衡，从而使晶粒更细、组织更均匀。经过退火处理后，坯料优选在在大气中自然冷却。避免骤冷可以延长晶相的生长时间，使晶相和组织结构进一步成熟，避免内部晶界缺陷等产生。锻造后的坯料直接红送至退火炉，可以避免对钢材有害成分的析出，同时可以避免晶相的不稳定，减少出现裂纹和内部缺陷。直接红送还可以使得钢材的生产效率提高。进一步地，在红送过程中，还可以对坯料进行保温，避免其温度的急剧下降。 [0041] 本发明实施例制备的钢材可以用于制作管径在700mm以上的钢管，且其低倍性能指标可以满足大直径高压锅炉管的要求。 [0042] 以下结合实施例对本发明的坯料及制作方法、钢材及制作方法作进一步的详细描述。 [0043] 实施例1 [0044] 一种坯料，其具有按质量百分比计的以下化学组分：0.12％C、0.51％Mn、0.24Si、P 0.003％、0.001％S、0.94％Cr、0.47％Mo、0.07％Ni、0.008％Al、0.05％Cu，余量为铁。 [0045] 制作坯料的方法如下： [0046] 本实施例中，采用现有的电炉冶炼、LF炉外精炼以及VD真空去气结合的冶炼方式，并且利用CaO-CaF2渣系进行脱氧、去夹杂制备钢水。待钢水的过热度达到30℃时，以1吨/分钟的速度浇注钢水待其冷却形成坯料。本实施例中，坯料为圆柱状结构。 [0047] 其中，电炉冶炼是：炉底垫石灰600kg并加入原料，加热至形成熔池后吹氧助熔，熔化后期和氧化前期要进行脱P，在1690℃出钢，且磷含量控制在0.003wt％。LF炉外精炼是：渣系按照5kg/t钢的加入，加热熔化后铝线、锰等金属，并进行吹氩处理。VD精炼是：在真空度47Pa条件下的处理时间维持20min，吹氩压力控制在0.5MPa，吹氩流量控制在86NL/min。 [0048] 实施例2 [0049] 一种坯料，其具有按质量百分比计的以下化学组分：0.13％C、0.51％Mn、0.26Si、P 0.005％、0.002％S、1.0％Cr、0.47％Mo、0.07％Ni、0.001％Al、0.06％Cu，余量为铁。 [0050] 制作坯料的方法如下： [0051] 本实施例中，采用现有的电炉、LF炉外精炼以及VD真空去气结合的冶炼方式，并且利用CaO-A12O3-CaF2渣系进行脱氧、去夹杂制备钢水。待钢水的过热度达到30℃时，以0.94吨/分钟的速度浇注钢水待其冷却形成坯料。本实施例中，坯料为圆柱状结构。 [0052] 其中，电炉冶炼是：炉底垫石灰620kg并加入原料，加热至形成熔池后吹氧助熔，熔化后期和氧化前期要进行脱P，在1695℃出钢，且磷含量控制在0.005wt％。LF炉外精炼是：渣系按照6kg/t钢的量加入，加热熔化后铝线、锰等金属，并进行吹氩处理，控制S含量为 0.002wt％。VD精炼是：在真空度50Pa条件下的处理时间维持18min，吹氩压力控制在 0.41MPa，吹氩流量控制在89NL/min。 [0053] 实施例3 [0054] 一种坯料，其具有按质量百分比计的以下化学组分：0.14％C、0.53％Mn、0.30Si、P 0.008％、0.005％S、1.04％Cr、0.48％Mo、0.08％Ni、0.012％Al、0.09％Cu，余量为铁。 [0055] 制作坯料的方法如下： [0056] 本实施例中，采用现有的电炉、LF炉外精炼以及VD真空去气结合的冶炼方式，并且利用CaO-A12O3-MgO-SiO2渣系进行脱氧、去夹杂制备钢水。待钢水的过热度达到35℃时，以1.46吨/分钟的速度浇注钢水待其冷却形成坯料。本实施例中，坯料为圆柱状结构。 [0057] 其中，电炉冶炼是：炉底垫石灰663kg并加入原料，加热至形成熔池后吹氧助熔，熔化后期和氧化前期要进行脱P，在1704℃出钢，且磷含量控制在0.008wt％。LF炉外精炼是：渣系按照5～8kg/t钢的量加入，加热熔化后铝线、锰等金属，并进行吹氩处理，控制S含量为 0.005wt％。VD精炼是：在真空度55Pa条件下的处理时间维持18min，吹氩压力控制在 0.36MPa，吹氩流量控制在74NL/min。 [0058] 实施例4 [0059] 一种坯料，其具有按质量百分比计的以下化学组分：0.14％C、0.53％Mn、0.30％Si、P 0.005％、0.003％S、1.02％Cr、0.47％Mo、0.07％Ni、0.012％Al、0.07％Cu，余量为铁。 [0060] 制作坯料的方法如下： [0061] 本实施例中，采用现有的电炉、LF炉外精炼以及VD真空去气结合的冶炼方式，并且利用CaO-A12O3-MgO-SiO2渣系进行脱氧、去夹杂制备钢水。待钢水的过热度达到40℃时，以1.2吨/分钟的速度浇注钢水待其冷却形成坯料。本实施例中，坯料为圆柱状结构。 [0062] 其中，电炉冶炼是：炉底垫石灰650kg并加入原料，加热至形成熔池后吹氧助熔，熔化后期和氧化前期要进行脱P，在1723℃出钢，且磷含量控制在0.005wt％。LF炉外精炼是：渣系按照5.6kg/t钢的量加入，加热熔化后铝线、锰等金属，并进行吹氩处理，控制S含量为 0.004wt％。VD精炼是：在真空度60Pa条件下的处理时间维持15min，吹氩压力控制在 0.4MPa，吹氩流量控制在65NL/min。 [0063] 实施例5 [0064] 一种坯料，其具有按质量百分比计的以下化学组分：0.14％C、0.52％Mn、0.28％Si、P 0.007％、0.005％S、1.04％Cr、0.48％Mo、0.08％Ni、0.012％Al、0.09％Cu、0.02％Nb，余量为铁。 [0065] 制作坯料的方法如下： [0066] 本实施例中，采用现有的电炉、LF炉外精炼以及VD真空去气结合的冶炼方式，并且利用CaO-A12O3-MgO-SiO2渣系进行脱氧、去夹杂制备钢水。待钢水的过热度达到40℃时，以1.2吨/分钟的速度浇注钢水待其冷却形成坯料。本实施例中，坯料为圆柱状结构。 [0067] 其中，电炉冶炼是：炉底垫石灰605kg，加热至形成熔池后吹氧助熔，熔化后期和氧化前期要进行脱P，在1736℃出钢，且磷含量控制在0.007wt％。LF炉外精炼是：渣系按照7kg/t钢的量加入，加热熔化后补充铝线、锰等金属，并进行吹氩处理，控制S含量为 0.005wt％。VD精炼是：在真空度67Pa条件下的处理时间维持20min，吹氩压力控制在 0.3MPa，吹氩流量控制在120NL/min。 [0068] 实施例6 [0069] 一种钢材，其采用实施例1提供的坯料经过锻造、退火而成。 [0070] 首先，取制作好的坯料对其进行加热，直至坯料的温度达到1210℃，在1210℃下保温5小时。在1210℃保温5小时后，趁热直接锻造坯料，得到锻造件。将处于室温的锻造件在640℃进行退火，再冷却至室温，即得。 [0071] 实施例7 [0072] 一种钢材，其采用实施例2提供的坯料经过锻造、退火而成。 [0073] 首先，取制作好的坯料对其进行加热，直至坯料的温度达到1223℃，在1223℃下保温8小时。在1223℃保温8小时后，趁热直接锻造坯料，得到锻造件。待锻造件冷却至209℃时，在720℃的退火炉内进行退火3小时，再冷却至室温，即得。 [0074] 实施例8 [0075] 一种钢材，其采用实施例3提供的坯料经过锻造、退火而成。 [0076] 首先，取制作好的坯料对其进行加热，直至坯料的温度达到1230℃，在1230℃下保温7小时。在1230℃保温7小时后，趁热直接锻造坯料，得到锻造件。 [0077] 其中，锻造的方式是在1230℃保温7小时后的坯料趁热进行2次热锻压加工，得到锻压件。其中，每次热锻压加工包括依次进行的镦粗处理和拔长处理。即，首先进行镦粗处理使坯料被挤压缩短增粗，再对进行拉伸使坯料伸长缩径，然后再重复上述镦压和拉伸。本实施例中，经过第2次镦粗处理后所述坯料的高度小于经过第1次拔长处理后所述坯料的高度的1/2。 [0078] 将锻压件直接红送至711℃的退火炉中，在711℃进行退火5小时，再空冷至室温，即得。 [0079] 实施例8 [0080] 一种钢材，其采用实施例4提供的坯料经过锻造、退火而成。 [0081] 首先，取制作好的坯料对其进行加热，先加热至500℃保温2小时后，再继续加热坯料直至其温度达到1217℃，在1218℃下保温7小时。在1218℃保温7小时后，趁热直接锻造坯料，得到锻造件。 [0082] 其中，锻造的方式是在1230℃保温7小时后的坯料趁热进行2次热锻压加工，得到锻压件。其中，每次热锻压加工包括依次进行的镦粗处理和拔长处理。即，首先进行镦粗处理使坯料被挤压缩短增粗，再对进行拉伸使坯料伸长缩径，然后再重复上述镦压和拉伸。本实施例中，经过第2次镦粗处理后所述坯料的高度小于经过第1次拔长处理后所述坯料的高度的1/3。 [0083] 将锻压件红送至处于室温的退火炉内，退火炉升温至711℃进行退火5小时，再空冷至室温，即得。 [0084] 实施例9 [0085] 一种钢材，其采用实施例5提供的坯料经过锻造、退火而成。 [0086] 首先，取制作好的坯料对其进行加热，先加热至600℃保温3小时后，再继续加热坯料直至其温度达到1224℃，在1220℃下保温4小时。在1220℃保温4小时后，趁热直接锻造坯料，得到锻造件。 [0087] 其中，锻造的方式是在1220℃保温4小时后的坯料趁热进行3次热锻压加工，得到锻压件。 [0088] 其中，每次热锻压加工包括依次进行的镦粗处理和拔长处理。 [0089] 每次热锻压加工的方法如下：首先进行镦粗处理使坯料被挤压缩短增粗，再对进行拉伸使坯料伸长缩径，然后再重复上述镦压和拉伸。本实施例中，经过第2次镦粗处理后所述坯料的高度小于经过第1次拔长处理后所述坯料的高度的1/4。本实施中，拔长处理采用FM法，即采用中心无拉应力锻造法。将平砧防止于平台，且平砧以非对称的方式进行配置，对放置于平砧的坯料进行拔长处理，使其内部产生不对称的变形，从而对其内部缺陷如孔洞进行锻合。 [0090] 将锻压件红送至处于室温的退火炉内，退火炉升温至720℃进行退火5小时，再空冷至室温，即得。 [0091] 基于钢材的不同需求，本实施例中，进一步对钢材再经过矫直、剥皮、定尺以得到所需尺寸规格的成品材。 |
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