高壓鍋爐管用P22管坯鋼的開發(fā)生產(chǎn)

袁淑君，李業(yè)才

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東萊蕪271105）

生產(chǎn)技術(shù)

高壓鍋爐管用P22管坯鋼的開發(fā)生產(chǎn)

袁淑君，李業(yè)才

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東萊蕪271105）

依據(jù)鋼的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了鋼的化學(xué)成分及內(nèi)控要求，采用純凈鋼技術(shù)控制S、P及夾雜物，選用優(yōu)質(zhì)廢鋼和鐵水控制As、Sn、Pb、Sb、Bi等有害元素，并通過(guò)Ca處理降低夾雜物的危害，萊鋼采用EAF-LF-VD-CC工藝流程開發(fā)了P22管坯鋼。實(shí)物質(zhì)量檢測(cè)表明，鋼質(zhì)純凈，微量有害元素低，回火脆性敏感系數(shù)J、CEF控制理想，圓坯低倍組織和表面質(zhì)量良好。

P22管坯鋼；大圓坯；回火脆性敏感系數(shù)；夾雜物

1　前言

P22牌號(hào)是ASME鍋爐及壓力容器等規(guī)范SA-355/SA-355M《高溫用無(wú)縫鐵素體合金鋼公稱管》標(biāo)準(zhǔn)中的通用牌號(hào)，采用穿管工藝加工成無(wú)縫高壓鍋爐管，安裝于超臨界及超超臨界火電機(jī)組中。由于無(wú)縫高壓鍋爐管常處于高溫、高壓的工作環(huán)境，對(duì)管坯質(zhì)量要求極高，鋼中成分偏析、有害元素和夾雜物、表面缺陷都會(huì)對(duì)鍋爐管的高溫持久強(qiáng)度和疲勞破壞產(chǎn)生不利影響。萊鋼結(jié)合100 t電爐生產(chǎn)線先進(jìn)的工藝、技術(shù)裝備，開發(fā)了Φ500～Φ800 mm規(guī)格P22高壓鍋爐管用連鑄圓坯，使萊鋼產(chǎn)品進(jìn)入鍋爐加工行業(yè)更加高端的市場(chǎng)，很好地優(yōu)化萊鋼現(xiàn)有品種結(jié)構(gòu)的同時(shí)，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2　主要技術(shù)要求

管坯鋼在制管過(guò)程中經(jīng)熱態(tài)穿孔、軋制、冷態(tài)冷拔等多道工序，經(jīng)受各種復(fù)雜的應(yīng)力，管坯表面和內(nèi)部的缺陷會(huì)延伸、擴(kuò)展、暴露，而且鋼管出廠要進(jìn)行超聲波和渦流聯(lián)合探傷檢驗(yàn)。因此，管坯鋼必須有良好的表面和內(nèi)在質(zhì)量。

2.1化學(xué)成分

鋼的化學(xué)成分應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)控成分要求，鋼材的成品化學(xué)成分不允許存在偏差。熔煉及成品分析應(yīng)滿足如下要求：

J=（Si+Mn）×（P+Sn）×104≤100；

CEF=P+2.4As+3.6Sn+8.2Sb≤0.1%。

式中J、CEF為回火脆性敏感系數(shù)；Si、Mn、P、Sn、Sb為各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

要求鋼材氧含量≤20×10-6，氮含量≤80×10-6，氫含量≤2×10-6。

2.2低倍組織

按GB/T 226標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)P22鋼圓坯低倍組織，按YB/T 4149附錄A評(píng)級(jí)圖評(píng)定。圓坯橫截面酸浸低倍試片上不允許有肉眼可見的氣泡、夾雜、翻皮。低倍組織應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3非金屬夾雜物

制得的鋼管按GB/T 10561—2005中A法檢驗(yàn)非金屬夾雜物，合格級(jí)別應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3　P22管坯鋼的試制開發(fā)

3.1成分設(shè)計(jì)

As、Sn、Pb、Sb、Bi是低熔點(diǎn)有害元素，易在晶界偏聚，對(duì)于高壓管的高溫強(qiáng)度十分有害；Cu、N元素對(duì)高壓管的熱脆性不利，必須盡可能降低。P22鋼在高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)產(chǎn)生回火傾向，在材料生產(chǎn)時(shí)需要控制回火脆性敏感系數(shù)（即J、CEF）。由此設(shè)計(jì)了鋼的化學(xué)成分及內(nèi)控目標(biāo)。冶煉采用純凈鋼技術(shù)控制S、P及夾雜物，選用優(yōu)質(zhì)廢鋼和鐵水控制As、Sn、Pb、Sb、Bi等有害元素，通過(guò)Ca處理降低夾雜物的危害［1］。

3.2工藝控制要點(diǎn)

工藝流程：配料（熱裝鐵水）→電爐冶煉→LF爐精煉+VD真空脫氣處理→連鑄（電磁攪拌）→入坑緩冷。

3.2.1冶煉工藝

選用優(yōu)質(zhì)廢鋼和鐵水，確保熱裝鐵水比50%～60%。要求原輔材料全部烘烤，以減少鋼中氣體含量。

電爐冶煉：加入爐料后，先采用中低氧吹氧造渣，冶煉前期杜絕高氧，控制爐渣的流動(dòng)性，保證合適的脫磷條件，并充分利用熔化期溫度較低的有利條件，提高初渣的氧化性，提高爐渣脫磷的能力，溫度高于1 450℃時(shí)，保證爐門口自動(dòng)流渣，及時(shí)放掉磷含量高的初渣。全過(guò)程造泡沫渣操作，保證良好的氧化沸騰，促進(jìn)鋼中夾雜物和氣體的上浮，脫碳量＞0.30%；合理控制脫碳及升溫速度，控制碳氧反應(yīng)攪拌熔池，確保碳氧反應(yīng)增加鋼渣界面的脫磷效果，有利于進(jìn)一步脫磷；嚴(yán)格控制終點(diǎn)［C］≥0.10%，［P］≤0.006%；控制出鋼溫度在1 620～1 640℃之間，避免出現(xiàn)高溫回磷現(xiàn)象。出鋼時(shí)留鋼、留渣操作，嚴(yán)禁下氧化渣，為精煉創(chuàng)造好的鋼水條件。

LF精煉：完成脫氧、脫硫、去除夾雜物、成分和溫度調(diào)整等多項(xiàng)精煉任務(wù)。電爐出鋼時(shí)做好鋼包預(yù)脫氧，降低溶解氧含量至20×10-6以下，確保精煉位深脫硫條件；鋼包到位后，在包中碳允許的條件下盡量使用增碳劑調(diào)渣，禁止加入大量碳化硅調(diào)渣降低爐渣堿度；保持爐渣合適流動(dòng)性，白渣保持時(shí)間＞15 min；精煉爐確保一次樣Al≥0.03%，降低溶解氧含量，增強(qiáng)脫硫效果；LF精煉嚴(yán)格控制S含量＜0.005%；鋼中喂入Ca線進(jìn)行夾雜物變性處理，對(duì)降低大顆粒夾雜物會(huì)產(chǎn)生積極影響。

鋼水VD真空脫氣：控制好精煉渣的流動(dòng)性和真空溫度，真空處理時(shí)間27 min。VD處理過(guò)程中合理控制氬氣，破除真空后軟吹氬時(shí)間≮25 min，以提高鋼水純凈度。

3.2.2連鑄工藝

連鑄工藝重點(diǎn)是防止鋼液二次污染，保證鋼的潔凈度；提高鑄坯均勻性、低倍組織和表面質(zhì)量；減輕凝固過(guò)程中成分和組織偏析。

穩(wěn)定中間包澆注條件，穩(wěn)定控制中間包液面不低于800 mm。連鑄采用全程保護(hù)澆注，大包保護(hù)采用長(zhǎng)水口，中間包采用整體浸入式水口，使用覆蓋劑，選用性能優(yōu)良的專用結(jié)晶器保護(hù)渣，以防止鋼水二次氧化。做好連鑄工藝操作的“恒液面、恒溫、恒拉速”的穩(wěn)定控制；采用低過(guò)熱度澆注，中包鋼水過(guò)熱度控制在20～30℃，防止柱狀晶過(guò)快生長(zhǎng)，以增加鑄坯中的等軸晶，減輕中心疏松和偏析。在結(jié)晶器和凝固末端采用電磁攪拌；注意過(guò)熱度和二冷配水量，保證鑄坯冷卻均勻。保證進(jìn)入拉矯機(jī)的鑄坯表面溫度＞950℃［2］。

3.2.3緩冷

緩冷可以消除鑄坯的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，同時(shí)使鋼中的氫得到充分?jǐn)U散，700～500℃是最有效的去氫溫度范圍，防止白點(diǎn)的產(chǎn)生，防止內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生。緩冷對(duì)探傷合格率的改善主要是氣體氫的影響，在凝固過(guò)程中，氫容易在枝狀晶之間聚集，連鑄過(guò)程中產(chǎn)生的組織應(yīng)力，加劇了氫的聚合。緩冷過(guò)程中析出的過(guò)飽和氫有充分的時(shí)間排除，緩冷相變促進(jìn)了C、Mn元素的擴(kuò)散，減輕了中心偏析。

4　產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量分析

4.1化學(xué)成分及鋼中氣體

統(tǒng)計(jì)50爐化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，P22鋼熔煉化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)控要求及成品實(shí)測(cè)結(jié)果見表1、表2。從表1、表2可以看出，P22鋼化學(xué)成分控制在內(nèi)控要求范圍內(nèi)而且波動(dòng)范圍較窄，有害元素含量低，J系數(shù)最大值65.38，CEF最大值0.066%；鋼中氧含量≤15× 10-6，氮含量≤74×10-6，氫含量≤1.5×10-6，鋼質(zhì)純凈度高。

表1　P22管坯鋼熔煉化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表2　P22管坯鋼有害元素熔煉成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

4.2低倍組織

統(tǒng)計(jì)50爐P22鋼低倍組織檢測(cè)結(jié)果，鋼材橫截面酸浸低倍組織試片上未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的縮孔、裂紋、氣泡、夾雜、折疊、白點(diǎn)及有害夾雜物，低倍組織檢驗(yàn)結(jié)果良好。P22鋼低倍組織標(biāo)準(zhǔn)要求及實(shí)測(cè)結(jié)果見表3。圖1為Φ650 mm規(guī)格圓坯低倍組織形貌。

表3　P22管坯鋼低倍組織要求及實(shí)測(cè)結(jié)果級(jí)

圖1　Φ650 mm P22鋼圓坯低倍組織（中心疏松1.0級(jí)）

4.3非金屬夾雜物

統(tǒng)計(jì)50爐P22鋼非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果，鋼中無(wú)大顆粒夾雜物，未發(fā)現(xiàn)C類夾雜物。鋼中非金屬夾雜物符合標(biāo)準(zhǔn)要求。非金屬夾雜物企業(yè)內(nèi)控要求及實(shí)測(cè)結(jié)果見表4。

5　結(jié)語(yǔ)

萊鋼采用EAF-LF-VD-CC流程生產(chǎn)P22高壓鍋爐管用連鑄圓坯工藝及各項(xiàng)參數(shù)合理，圓坯低倍組織及表面質(zhì)量控制良好，現(xiàn)已進(jìn)入大批量生產(chǎn)階段，累計(jì)生產(chǎn)6 000余t合格產(chǎn)品。圓坯成分、氣體含量控制良好，潔凈度高，P≤0.007%，S≤0.004%，［O］≤15×10-6，［N］≤74×10-6；有害元素As+Sn+ Pb+Sb+Bi≤0.015%；回火脆性敏感系數(shù)J≤65.38，CEF≤0.066%；A類、B類非金屬夾雜物控制在0～0.5級(jí)，均很好地滿足了標(biāo)準(zhǔn)要求。萊鋼生產(chǎn)的P22高壓鍋爐管用連鑄圓坯已通過(guò)東鍋、哈鍋等供方認(rèn)可，制得的鋼管滿足了用戶標(biāo)準(zhǔn)和裝機(jī)使用要求。

表4　P22鋼管非金屬夾雜物要求及實(shí)測(cè)結(jié)果級(jí)

［1］陽(yáng)燕，劉建華，包燕平，等.高壓鍋爐管用鋼P(yáng)12的潔凈度分析［J］.鋼鐵釩鈦，2010，31（4）：62-63.

［2］張志宏，劉偉平，李國(guó)光，等.Φ500 mm大圓坯連鑄機(jī)的生產(chǎn)實(shí)踐［J］.特殊鋼，2011，32（5）：53-55.

Abstrraacctt：Based on the technology of steel requirements，the chemical composition and internal control requirements of the steel were designed.Using clean steel technology to control S，P and inclusion，selecting high-quality scrap and molten iron to control As，Sn，Pb，Sb，Bi and other harmful elements，and the Ca treatment can reduce the harm of the inclusion.P22 tube blank steel was produced by the process“EAF-LF-VD-CC”in Laiwu Steel，physical quality inspection shows that the steel is pure，the trace harmful elements are low，the temper brittleness sensitivity coefficientJand theCEFvalue were controlled ideal，the macrostructure and surface quality of the round billet are better.

Key worrddss：P22 tube blank steel；large size round billet；temper brittleness sensitivity coefficient；inclusion

Development of P22 Tube Blank Steel for High Pressure Boiler Tube

YUAN Shujun，LI Yecai
（The Special Steel Division of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271105，China）

TF762+.3

A

1004-4620（2016）03-0015-03

2016-04-18

袁淑君，女，1987年生，2008年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)金屬材料專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部工程師，從事優(yōu)特鋼新產(chǎn)品開發(fā)及工藝研究工作。