2001年第5期宝钢技术1910Cr9M01VNb钢冷拔高压锅炉用管的研制宋宝湘1,朱茂荣2,高宏明2,张长松2(1.宝钢老干部处,上海201900;2.诚德钢管股份公司,江苏225200)摘要:随着大型火电机组的发展,对与其相应配套的高压锅炉的主要材料(管材)选择应用提出了更高的技术条件和要求。10Cr9M01VNb钢因其性能特点,较理想地适用于300MW及600MW火电机组的亚临界自然循环高压锅炉的高温过热器和再热器用管。该钢种是铁素体钢,不存在异类钢焊接难点和焊接接头过早失效的倾向。在600~625℃范围内可替代G102钢和部分19C卜9Ni的TP304H钢,适应性强、用途广泛,需求量逐年增加,成为超临界参数锅炉的首选材料。关键词:高压锅炉用钢;冷拔钢管;冶金工艺;性能中图分类号:TGl42.41文献标识码:B文章编号:1008—0716(2001)05—0019—23DeVelopmentofCold-drawnSeamlessSteelTubeofl0Cr9M01vT妯Steelfor瑚gllS()^GBno-xi8ngPressureBoiler(BaosteelzHUveteranCadreDepartment。ShanghaiGAoHong—mingzHANGClli船,201900)C妇ngr—songM∞-mng(ChengdeAbstract:ThemandscanonSteelTubeCo.Ltd,JiangsuClIi腿,225200)makesgreatertechnicalde-developmentofla唱e-scalesteam-electricpowderlinethechoiceand印plicationofthemainmaterialforthehighpressureboiler.Steel10Cr9M01VNbbeappliedinthepIDductionofthetubeofsuperheaterandreheaterfbrsubscriticalnatuImciI℃ulationboilerof300MWandhi曲一pressuresteel,itcan600MWsteam-electricpowerlineforitscharacteristics.Asafb耐ticaVoidthedifhcultyofweldingandfajlureofweldingjoint.At600~625℃,itcansupplantG102steelandpartialTP304Hsteelof19C卜9Ni.Thesteelhasbecomethe矗rstchoiceforsupercriticalpressureboilerforitsstrongadaptabilityandwideuse.Key1Words:Highpressureboilersteel;C01d—dra帅steeltube;Metallu昭icalprocess;Pe怕咖ance引言随着我国电站机组向大容量、高参数发展,锅高价格昂贵。9Cr和12Cr铁素体钢虽然具有较好的抗高温腐蚀性能,但是在600℃以上高温蠕变强度不高,随时间延长,持久断裂塑性下降速度较快,焊接加工工艺复杂;cr—Ni类奥氏体不锈钢存在蒸汽腐蚀、应力腐蚀和晶间腐蚀敏感性等问题。同时异类钢焊接工艺更为复杂,并有焊接接头过炉蒸汽出口压力由超高压经亚临界向超临界过渡。锅炉的高温过热器和再热器金属壁的最高温度已超过600℃,甚至高达635℃。过去研制和应用的G102钢已不能满足需求,只得借用9cr、12Cr铁素体钢和cr.Ni类奥氏体不锈钢管,材料成本早失效倾向,这对电站锅炉安全运行带来威胁。10cr9M01vNb钢除了保持优良的抗高温腐蚀性能外,600℃以上高温蠕变强度显著提高,持久断裂性能稳定。该钢管在600~625℃范围内已替宋宝湘教授级高工1931年生现从事金属材料专业1953年毕业于大连理工大学电话56106318万方数据 20宝钢技术2001年第5期代G102钢和部分19cr-9Ni的TP304H钢,适用于制造300MW和600Mw机组的亚临界自然循环锅炉的高温过热器和再热器。由于该钢热强性能高,抗时效性能优良,长期运行过程中组织稳定,有一定的过载承受能力,也成为超临界参数锅炉的首选材料。该钢种已被纳入国家标准GB5310—1995(与美国ASMEsA213规范中四1钢相对应),作为正式产品广泛应用。我国大型火电锅炉的高温过热器和再热器、核电蒸发器的高温部件大量应用10C19M01vNb钢管。据了解300Mw机组的锅炉用该钢管数量约230t/台、600Mw机组锅炉用量400多t/台。若估计电厂维修保养更换用管以及其它特殊用途(如化工等),全国每年需用量接近万吨,市场前景广阔。但是国产管尚处于工业性试生产阶段,目前10Cr9M01VNb钢管主要依靠进口。210Cr9MolVNb钢的冶金特性2.1化学成份(质量分数,%)C0.08/0.12;Mn0.30/O.60;SiO.20/0.50;S≤0.010;P≤0.020;Cr8.00/9.50;Ni≤0.40;Mo0.85/1.05;A1≤0.040;V0.18/O.25;Nb0.06/0.10;N0.030/O.070;2.2物理参数(1)临界点Acl830~850qCAc3900~940℃Ms370℃(2)密度测定值为7.76g/cm3(3)热导率500~650℃时A=23.2W/(m・k)2.3显微组织索氏体或索氏体加回火贝氏体。2.4冶金特性10c19M01VNb钢(即四1钢)是在四钢(9cr一1Mo)基础上发展起来的新钢种。增添了V、Nb元素并适当控制N元素含量。通过合金固溶强化和形成M23Cb碳化物、Mx型[(Nb、V)(C、N)]化合物和M2x型[(C,、V)2N]化合物质点的沉淀作用提高钢高温蠕变强度。低碳含量改善了钢的焊接工艺性能。严格控制残余元素s、P和气体含量万 方数据改善钢的纯净度和抗脆裂倾向。控制钢中微量元素(如Ni、cu、sn、sb、Al等)为提高综合性能创造条件。10c19M01vNb钢化学成份中cr和Mo使该钢在很宽的冷却范围内转变为马氏体,开始转变温度Ms点也相当高,大约为370℃。该钢经锻、轧(穿孔)热加工后空冷可得到马氏体组织,其硬度可高达HB≥400,因此内应力也较大,需要及时退火处理或缓冷处理。若经过适当温度的软化退火处理后,硬度可明显下降(HB≤200)。经冷加工(拔、轧)后硬度会提高到HB≥250,需要进行再结晶中间退火处理方可进行下道次冷加工。冷加工成品应及时连续进行热处理,绝对不允许中间过长时间停顿或过夜避免造成应力裂缝或爆裂。由该钢等温转变曲线图得知,在600~850℃区间内延长保温时间,奥氏体等温转变产物才出现铁素体+碳化物组织。该钢虽然含cr量较高,但是对点腐蚀仍然较敏感,因此要求酸洗后冲洗干净及时烘干。由热扭转试验得知该钢在l160~1180℃时具有较高的可塑性变形,但是当温度超过1200℃后塑性开始降低,加热温度超过1250℃时,便会产生过热现象。当加热温度过高和温度不均匀时穿孔会产生分层或内裂缺陷,随后在轧制过程易出现横向裂纹。该钢种是铁素体类合金钢,但是它的热导率比G102钢约低1/3。因此加热应缓慢进行,分段升温应注意保温时间,保证均匀烧透。10Cr9M01Ⅵ妯钢管生产工艺(1)采用电炉冶炼加炉外精炼法(EF+LF+(2)控制残余气体H2及02含量;(3)控制微量元素含量;(4)严格控制残余元素s及P含量;(5)钢锭实行缓冷或热送锭法。(1)管坯的低倍组织按GB226—9l标准规定,VD);33.1冶炼技术要求3.2管坯技术条件各不得大于2.0级。宋宝湘等10c19M01VNb钢冷拔高压锅炉用管的研制21(2)管坯的非金属夹杂物按GBl0561—89标(4)管坯表面不得南裂纹、挢、迭涛耗泠吼、“一准中的JK系列评级图规定,各不大于2.0级。夹渣、夹杂和发裂等缺陷存在。(3)管坯进行剥皮或磨削处理。3.3钢管生产工艺流程一巨卜匮卜叵卜叵,匝卜臣卜匿卜臣亘]]f切头(改尺)fI广降千一i探㈣u卜J取样委托——广标志包装L——一f入成品库0检验3.4钢管尺寸技术要求品帖4mm×7.6mm×8.0m,工艺参数见表2。(1)尺寸≯54mm×7.6mm×8.0m表2冷拔工艺参数(2)产品执行标准GB5310—1995Table27rechnologicalparameterofcold—drawn3.5工艺参数3.5.1管坯加热制度装炉温度≤800℃;预热段温度850~900℃;加热段温度1140~1180℃;均热段温度1170~1210℃;各段加热时间应根据管坯尺寸、装炉方式、炉温状况作适当确定。4关键技术钢管最终热处理制度(按GB5310—1995(1)由于该钢种热导率较低,加热时务必注意标准)热应力影响,适宜于缓慢均匀加热,烧透是关键。正火1040~1060℃保温时间不少于(2)管坯应进行冷定心,加深定心孔深度,确min。保管坯平稳咬入,改善钢管端部壁厚均匀度。回火770~790℃保温时间周期式炉应大(3)该钢种含cr量较高,热轧过程管表面接于2h,连续炉应大于1h。近铁基体部分形成一层cr20,氧化物,难溶解于为使钢管获得均匀、稳定的性能和光洁表面,一般酸洗溶液(即硫酸液)中。采用复合酸液(即推荐应用保护气体热处理炉更为适宜。H2s04、HN03和Nacl配成适当比例),可以取得良3.5.3热穿孔参数(表1)好效果。(4)10Cr9MolvNb钢含Cr量较高,有Cl一离子表1热穿孔参数(轧制表)7I?able1Parameterofheat存在条件下,容易产生点腐蚀和氢脆裂纹。因此piereing酸洗后务必及时冲洗干净,有条件情况下用热水浸泡一定时间并烘干,效果显著。(5)若应用磷化加皂化法作润滑剂效果较差。推荐采用适当配比的牛油和石灰(或Mos2)的混合润滑剂,会获得显著效果。3.5.4冷拔工艺参数(6)根据该钢种含合金元素多且含量高、热导由管料夺81mm×8.5mm×5.795m冷拔至成率低的特点,热穿孔后的管料(指后面不再连续热万 方数据3.5.22022宝钢技术2001年第5期加工)务必实行堆冷或缓冷,避免产生缺陷或开裂。(7)该钢种在冷拔加工过程中可塑性较差,变形应力极高,应及时注意消除应力处理,避免应力引起裂纹或开裂。(8)在适当温度进行软化退火后,硬度可明显下降,HB≤200便于继续冷加工。5检测结果5.1钢管化学成分分析结果如表3所示,炉号871—511熔炼成份和分析成份均符合GB5310—1995标准规定。主要元素如c、Mn、cr、Mo、Nb等含量均处于中间值,N元素含量处于下限值,微量元素含量控制较好,尤其残表3钢管化学成分Table3Compositionofsteeltube%余元素s含量极低。5.2钢管尺寸和偏差(1)钢管名义尺寸8.0m范围80%的规定。(4)钢管壁厚和偏差≠54mm×7.6mm×7.6mm±10%Js。i。=7.15mmn=50S。。。=7.75mm△.s=0.60mmS=7.428mm(2)钢管外径和偏差≯54mm±0.8%D。i。=53.85mm54.075mmn=50D。。。=54.2lmmD=尺寸均符合产品标准规定。(5)钢管壁厚不均为0.60mm,不大于壁厚偏差范围80%的规定。5.3钢管机械性能和工艺性能(表4)5.4钢管显微组织与晶粒度及脱碳层检验(表5】△D=0.36mm全部尺寸均符合规定要求,尺寸偏差范围较小,并趋向于正偏差值。(3)钢管椭圆度为0.36mm,不大于外径偏差表4钢管机械性能和工艺性能Table4Mechanicalpropertyandprocessingpmpertyforsteeltube表5钢管显微组织与晶粒度及脱碳层检验Table5ofsteeltubeMicrostnlture,gminsizescaleanddetectionofferritebanding注:s表示索氏体,B表示贝氏体万方数据 宋宝湘等10cr9M01VNb钢冷拔高压锅炉用管的研制进行涡流探伤,检验合格。23钢管机械性能、工艺性能、显微组织、晶粒度和脱碳层检验结果,均符合GB5310—1995规定。5.5钢管表面质量检验每根钢管的内外表面进行目视检查,无氧化皮而带有光泽氧化膜层。未发现裂纹、折迭、结疤、直道、划伤等缺陷。5.6无损检验(1)每根钢管按GB/,17735—1995标准中B级(2)每根钢管按GB/T5777一1996标准中cs级进行超声波探伤,检验合格。5.7钢管高温性能检验根据需方要求才作该项检验,其数值供参考。5.7.1高温拉伸力学性能2如表6所示,高温规定非比例伸长应力do最小值均符合GB5310—1995标准推荐值的规定。表6高温拉伸力学性能检验T曲le6Mechanicalpmpenyofhightemperaturetension5.7.2高温持久强度选用该钢推荐使用温度625℃的持久强度试验结果如表7所示。5.7.3表7温度625℃持久强度试验结果Table7Creep—mpturetestat625℃650℃高温时效试验用不同时效时间的试样进行硬度和辅助小试样[10×5×2v(mm)]0℃冲击试验,其试验结果如表8所示。经过5000h高温时效后,硬度和冲击韧性注:(1)本试验委托上海发电设备成套设计研究所检验。000稍有下降,但是仍然保持较高水平。比较钢管供货状态与高温650℃5h时效(2)本试验钢管尺寸为≯54mm×7.6一。(3)炉号871—511生产批号为656。后的显微组织,时效后仍然为均匀的索氏体组织,表8650℃时效硬度HB和0℃冲击功AKv检验AgeinghardnessHB650℃and7rable8A“at0℃*:小试样:10mm×5mm×2v。晶粒周界没有发现碳化物集聚现象。产品的工艺设计选择是正确的,生产工艺流程的确定、编制的规程制度、技术操作要点是行之有效6结束语10cr9M01vNb钢冷拔钢管各项技术指标和性能检测结果均符合GB5310—1995标准的规定,并能满足AsMEsA213中四1钢管要求,说明研制的。特定的工艺装备和检测手段、模具孔型及工艺技术均能满足该产品生产需要,已具备批量生产条件。(下转第9页)万方数据 陶慧明高线粗轧机主传动减速机锥齿轮失效分析与改进表5热处理工艺质量要求Table59宝钢高线采用的热处理工艺是c1方法,直接从渗碳炉取出油淬,450。F(232℃)回火。这种热处理方法可得到高的表面硬度,但心部韧性不太好。只能达到ML工艺标准。如果采用B4方法,两次淬火并回火,可以最显著地细化渗碳层和心部性能,达到MQ工艺标准,大大提高齿轮的承载能力。PrDcessingqualityrequirementsofheattreatment项目化学成分纯度及冶炼MQ100%跟踪原始坯锭,提交检验报告钢材在钢包中脱氧及精炼处理,最大氧含量25×10“%锻造比晶粒度粗车状态超声波探伤表面硬度至少35级或更细晶粒,提交检验报告推荐58~61HRC4改进措施根据研究结果,针对宝钢高线粗中轧机主传心部硬度有效硬化层深度35HRC以上用类似齿轮的同模数齿块试样的齿宽中部位于齿顶圆以下的齿顶高上检查,渗层深度1.50~2.25mmHRc动锥齿轮弯曲强度设计偏低的问题,我们对以后的备件制造和运行提出如下改善措施:(1)齿轮材料可以采用17CrNiM06或至表面硬度降表面含碳量硬度降低不超过2共析碳含量+0.20%~一O.10%,建议代表性试样中以细针马氏体为主,贝氏体含量小于10%16NcDl3,热处理工艺质量按MQ控制,具体如表5所示。(2)齿轮加工为了提高小齿轮的承载能力,小齿轮可以采残余奥氏体表面非马氏体(Ic0)表面裂纹齿部磁粉探伤碳化物允许有断续的碳化物,对于试样所有碳化物长度不超过O.02—25%以下渗层深度1.50—2.25不允许有裂纹缺陷最大尺寸2.4mm用正变位,齿形可采用格利森齿形或格林贝尔齿形,齿轮精度6级以上。(3)建议改善轧制工艺,降低减速机负荷,将m,IG0为38um设备故障报警参数设置为摩根提供的轧制力矩值。根据上述改进措施,和南京高速齿轮箱厂签轧机的减速器上,至今已经运行一年多了,效果良好,达到了预定目标。定技术协议,研制了一对圆锥齿轮,采用格林贝尔齿形,材料为17crNiM06,2000年年修被安装在6v编辑马凯利(改稿日期:200l—06—07)(上接第23页)产品经随机抽样,经用户和上海发电设备成套设计研究所作全面质量剖析和各项性能检测,均得到满意结果。尤其高温瞬时拉伸力学性能,已达到GB5310—1995标准推荐值要求,并达到较要不断完善工艺装备,若有可能增设冷轧机,使轧拔结合,工艺技术进一步合理完善。使钢管表面质量和尺寸精度进一步提高和改善,必将会获得更好的质量效果和经济效益。10c19M01VNb钢冷拔高压锅炉用管研制成功,对拓宽市场、部分实现国产化替代进口,意义深远。高水平。650℃高温长时间时效后,组织稳定性能良好,基本与国际同类先进产品接近。为了进一步稳定和提高产品质量,原材料圆管坯务必做到质量长期稳定和定点供料。编辑龚根生(收稿日期:2000一06一12)万方数据