专利名称：一种大口径厚壁耐热钢管的热处理方法
技术领域：
本发明属于钢的热处理技术领域，特别是提供了一种大口径厚壁耐热钢管的热处 理方法。适用于大型先进超超临界火电机组用大口径厚壁耐热管道的制造。
背景技术：
超临界和超超临界发电机组能够有效提高煤电机组效率、减少污染物排放，在国 内外得到了迅速发展，已经成为国际上今后火力发电机组发展的重要方向，也是中国以煤 为主的能源结构中的首选发电设备。发展大容量、高参数的超超临界机组，必然要求使用 更高等级的耐热钢。先进的锅炉管用钢P92是在P91的基础上发展而来，是超临界、超超 临界火电机组锅炉集箱、蒸汽管道等大口径厚壁管件首选用钢。该钢已被纳入ASME SA335 Code Case 2179-6，其具体成分重量％是C 0. 07-0. 13% ；Si ^ 0. 50% ；Mn 0. 30-0. 60% ； P 彡 0. 020% ；S 彡 0. 010% ；Cr 8. 5-9. 5% ；Ni ^ 0. 40% ；W 1. 5-2. 0% ；Mo 0. 3-0. 6% ；Nb 0. 04-0. 09% ；V 0. 15-0. 25% ；N 0. 03-0. 07% ；B 0. 001-0. 006% ；Al < 0. 04% ；其余为 Fe。目前，工业生产的P92钢管壁厚、内径及管长尺寸规格繁多，壁厚由20mm-180mm不 等，内径由200mm-1000mm不等，最大管坯重量可达10吨。对P92大口径厚壁耐热钢管的热 处理环节，为了得到较好的力学性能，正火后的冷却过程一般需要考虑如下多个因素1)为获得良好的组织和性能，淬火处理要有一定的冷速控制。冷速过慢，难以得 到单一的马氏体，影响性能，冷速过快(如直接水淬)则钢管易淬变形且硬度偏高(大于 250HB)。2)不同尺寸的钢管应选择的冷却介质不同。管壁较薄，正火空冷即可，管壁较厚， 则需浸入液态冷却介质中强制冷却，介于中间的还有风冷、雾冷、喷淋等。3)冷却速度越慢，钢管截面的组织性能越均勻。同一尺寸规格的钢管壁厚中心与 内外边缘的冷却速率的差值，随选用冷却介质的不同而有差别，且差别较大。正火空冷时差值最小，得到的组织与性能最为均勻。因此，在一定的尺寸规格范围内，对于P92大口径厚壁钢管，即存在一种最佳的冷 却方法，使得管壁横截面组织均勻，性能最佳。但未见有关该方面研究的报道。目前，对于大口径厚壁管件热处理方法的研究较少，中国公开号CN101423887A提 供了一种中厚壁钢管的冷却方法，将钢管的部分侵入到液态冷却介质中，旋转钢管，使钢管 冷却。对于较厚的P92钢管，该方法是使用的，可以避免壁厚中心冷速较慢而出现贝氏体或 者铁素体，但是，对于较小壁厚的P92钢管，若用降低液面高度来降低冷速，液面高度只接 触钢管部分外表面，则会导致外表面与内表面之间，冷速梯度分布，从而导致组织性能呈梯 度分布，差别较大，反而有害。对于P92大口径厚壁钢管的热处理过程，目前缺少定量的指导技术，各生产厂家 对不同尺寸规格钢管的冷却过程的探索，耗资费时，还难以达到最佳效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大口径厚壁耐热钢管的热处理方法，解决了上述技术 中存在的耗资费时、还难以达到最佳效果的问题。本发明采用ANSYS有限元分析软件模拟的温度场、棒材冷却经验冷速曲线及P92 钢CCT曲线相结合方法，并利用可控冷却速度热处理试验炉进行反复探索试验，由工业生 产实践数据验证后，探索出了一种大口径厚壁耐热钢管定量化的热处理方法，适用于大口 径厚壁耐热钢管的热处理。包括下列内容1、热处理参数为1050-1070°C (正火后根据钢管尺寸控制加速冷却)+760-780°C 回火(空冷)。2、对于不同尺寸规格的大口径厚壁钢管，正火后采用的定量的、控制冷速的热处 理新技术如下2Omm彡W(壁厚)彡33Him, I5Omm彡Φ外(外径)彡6OOmm,采用正火空冷处理，或
者冷却条件满足下列特征的冷却工艺冷却温区在900°C -400°C范围内，该尺寸规格范围 内钢管壁厚中心平均冷速￥心> 7 V /min，壁厚边缘处平均冷速V心的差值AV1 = V 边-乂心< 2. 5 °C /min033mm < W (壁厚)彡65mm，200mm彡Φ外(外径)彡800mm，采用吹风处理，或者冷 却条件满足下列特征的冷却工艺冷却温区在900°C -400°C范围内，该尺寸规格范围内钢 管壁厚中心平均冷速IO0C /min，壁厚边缘处平均冷速V心的差值AV1 = N边-N心 < IO0C /min。65mm < W (壁厚)彡100mm，230mm彡Φ外(外径)彡1100mm，采用雾冷或喷淋处 理，或者冷却条件满足下列特征的冷却工艺冷却温区在900°C -400°C范围内，该尺寸规格 范围内钢管壁厚中心平均冷速￥心> 15°C /min，壁厚边缘处平均冷速心的差值AV1 =V边_乂心< 200C /min。100謹< W (壁厚)彡180mm, 300mm ^ Φ外(外径)彡1200mm，采用油冷或者半水
冷，或者冷却条件满足下列特征的冷却工艺冷却温区在900°C -400°C范围内，该尺寸规格 范围内钢管壁厚中心平均冷速￥心> 250C /min，壁厚边缘处平均冷速心的差值AV1 =V边_乂心< 400C /min。本发明所处理的钢管的化学成分重量％为C 0. 07-0. 13% ；Si ^ 0. 50% ；Mn 0. 30-0. 60% ;P ^ 0. 020% ；S 彡 0. 010% ；Cr 8. 5-9. 5% ；Ni ^ 0. 40% ；W 1. 5-2. 0% ；Mo 0. 3-0. 6% ；Nb 0. 04-0. 09% ；V 0. 15-0. 25% ； N 0. 03-0. 07% ；B 0. 001-0. 006% ；Al < 0. 04% ；其余为 Fe。或者化学成分重量％为碳0. 090 0. 12%;硅< 0. 3%;锰0. 40 0. 6%;磷 彡 0. 020%-M 彡 0. 010%;铬8. 5 9. 0%;镍0· 1 0. 3%;钨1· 7 2· 0%;Mo 0. 3 0. 5%-M :0· 04 0. QlVoM :0· 15-0. 22% ；氮0. 04 ~ 0. 07% ；硼0. 001 0. 004% ；钴 0. 01 0. 03% ；铜0. 01 0. 07% ；铝0 0. 01% ；铁余量。本发明的有益效果为本发明为大口径厚壁耐热钢管的热处理提供了定量的指导技术，上述技术方案简 单明了，易操作，生产出的锅炉钢管的性能能达到以下要求按ASME CC2179-6 室温下，Rm 彡 620MPa, Rp0.2 彡 440MPa, A 彡 20%。
本发明使得厚壁管件横截面组织均勻，性能优异，可广泛应用于大口径厚壁耐热 钢管的热处理工艺中。
图1试验钢CCT曲线与不同直径合金钢棒材在空冷曲线合成图。图2试验钢CCT曲线与不同直径合金钢棒材在油冷曲线合成图。图3试验钢CCT曲线与不同直径合金钢棒材在水冷曲线合成图。
具体实施例方式以下用实施例对本发明做更详细地描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方 式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。共采用了 5组实施例具体的说明本发明，其中4炉为本发明具体实施例，另外1炉 为比较例。5组实施例化学成分质量百分比见下表3 表3 4组实施例与1组对比例的化学成分(wt % )
权利要求
一种大口径厚壁耐热钢管的热处理方法，其特征在于，热处理参数为1050 1070℃正火，760 780℃回火，回火后空冷；对于相应尺寸规格的大口径厚壁钢管，正火后采用的定量的、控制冷速的热处理参数如下20mm≤W≤33mm，150mm≤Φ外≤600mm，采用正火空冷处理，或者冷却条件满足下列特征的冷却方法冷却温区在900℃ 400℃范围内，该尺寸规格范围内钢管壁厚中心平均冷速V心＞7℃/min，壁厚边缘处平均冷速V边与V心的差值ΔV1＝V边 V心＜2.5℃/min；33mm＜W≤65mm，200mm≤Φ外≤800mm，采用吹风处理，或者冷却条件满足下列特征的冷却方法冷却温区在900℃ 400℃范围内，该尺寸规格范围内钢管壁厚中心平均冷速V心＞10℃/min，壁厚边缘处平均冷速V边与V心的差值ΔV1＝V边 V心＜10℃/min；65mm＜W≤100mm，230mm≤Φ外≤1100mm，采用雾冷或喷淋处理，或者冷却条件满足下列特征的冷却方法冷却温区在900℃ 400℃范围内，该尺寸规格范围内钢管壁厚中心平均冷速V心＞15℃/min，壁厚边缘处平均冷速V边与V心的差值ΔV1＝V边 V心＜20℃/min；100mm＜W≤180mm，300mm≤Φ外≤1200mm，采用油冷，或者冷却条件满足下列特征的冷却方法冷却温区在900℃ 400℃范围内，该尺寸规格范围内钢管壁厚中心平均冷速V心＞25℃/min，壁厚边缘处平均冷速V边与V心的差值ΔV1＝V边 V心＜40℃/min；其中，W为壁厚，Φ外为外径。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，钢管的化学成分重量％为C 0. 07-0. 13 % ；Si ^ 0. 50 % ；Mn 0. 30-0. 60 % ;P ^ 0. 020 % ;S ^ 0. 010 % ；Cr 8. 5-9. 5% ；Ni ^ 0. 40% ；W 1. 5-2. 0% ；Mo 0. 3-0. 6% ；Nb 0. 04-0. 09% ；V 0. 15-0. 25% ； N 0. 03-0. 07% ；B 0. 001-0. 006% ；Al < 0. 04% ；其余为 Fe ；或者化学成分重量％为碳0. 090 0.12% ；硅<0.3% ；锰0. 40 0.6% ；磷 彡 0. 020%-M 彡 0. 010%;铬8. 5 9. 0%;镍0· 1 0. 3%;钨1· 7 2· 0%;Mo 0. 3 0. 5% ；铌0. 04 ~ 0. 07% ；钒0. 15-0. 22%-M 0. 04 ~ 0. 07% ；硼0. 001 0. 004% ；钴 0. 01 0. 03% ；铜0. 01 0. 07% ；铝；0 0. 01% ；铁余量。
全文摘要
一种大口径厚壁耐热钢管的热处理方法，属于钢的热处理技术领域。热处理参数为1050-1070℃正火，760-780℃回火，回火后空冷。优点在于，使大口径150mm≤Φ外≤1200mm、厚壁20mm≤W≤180mm，耐热钢管的壁厚尺寸与最佳的正火冷却方法对应起来，使得厚壁管件横截面组织均匀，性能优异，该方法简单易操作，可广泛应用于大口径厚壁耐热钢管的热处理工艺中。
文档编号C21D9/08GK101956055SQ201010519658
公开日2011年1月26日 申请日期2010年10月19日 优先权日2010年10月19日
发明者刘正东, 包汉生, 干勇, 杨钢, 石如星, 程世长 申请人:钢铁研究总院