[发明专利]化工设备紧固件用钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工设备用钢领域，特别涉及一种化工设备紧固件用钢及其生产方法，该紧固件用钢为美标中碳CrMo合金化化工设备上具有良好综合机械性能和高温稳定性、并具有一定的耐高温蒸汽腐蚀的紧固件用钢。

背景技术

化工生产过程都是以高温高压的化学反应为主，因此，化工设备用钢必须具备高温化学稳定性，优良的高温机械性能（抗蠕变性能）、高温运行中组织的稳定性。此外，还要求具有良好的耐蚀性，亦即要求在热的敏化作用后仍具有良好的抗晶间腐蚀性能，在残余应力作用下仍具有良好的抗应力腐蚀性能。

作为化工设备上的紧固件，和主体设备一起受各种材料机械性能要求的同时还承受着高温高压腐蚀等恶劣环境的考验。因此，作为紧固件的材料在满足其强度指标的同时，还要能够适应其服役的环境。

目前，以CrMo合金化的低、中合金耐热钢是化工行业应用于高温条件下的重要结构材料之一，它具有良好的热稳定性和抗蚀性能，合金含量较低，价格较便宜，有具有较好的加工性能和物理性能，应用广泛。目前，以35CrMo为代表的CrMo系钢，已在紧固件中得到广泛使用。但是，随着用户对钢材料的强度及高温机械性能要求越来越高，而且要求材料在高温、高压、高温蒸汽腐蚀的服役环境中具有更加优良的化学稳定性，从这两点上来说，国标的35CrMo很难满足用户的需求。因此，需要开发出一种具有更加优良的高温机械性能和化学稳定性的紧固件用钢。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种化工设备紧固件用钢及其生产方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种化工设备紧固件用钢，按重量百分比由以下成分组成：C：0.49-0.52%，Si：0.20-0.25%，Mn：0.85-1.00%，Cr：0.95-1.10%，Mo：0.15-0.20%，P≤0.015%，S≤0.005%，Al_t：0.020-0.060%，其余为铁和不可避免的杂质。

优选地，上述化工设备紧固件用钢，按重量百分比由以下成分组成：C：0.49-0.51%，Si：0.22-0.24%，Mn：0.85-0.90%，Cr：0.95-1.00%，Mo：0.17-0.19%，P≤0.015%，S≤0.005%，Al_t：0.040-0.055%，其余为铁和不可避免的杂质。

针对用户对材料应具有良好的高温机械性能的要求及其材料所承受的高温、高压、高温蒸汽腐蚀的服役环境，本发明提供的上述美标中碳CrMo合金化化工设备上紧固件用钢，较现有中碳CrMo钢有更良好的综合机械性能和高温稳定性，同时具有一定的抗腐蚀性能。其采用多元合金化成分设计，其Cr、Mo含量与42CrMo相当，碳含量较42CrMo提高了0.1%，Mn含量较42CrMo提高了0.2-0.3%，并添加适量的Al来细化晶粒、优化材料的组织和改善性能。

本发明成分设计是根据其服役条件及各个元素在钢中的作用原理进行优化的，各主要成分的设计原理如下：

Cr：考虑到材料应具有良好的高温机械性能，添加微合金元素Cr，Cr常以碳化物的形式存在，形成是稳定而硬的碳化物，增进钢的硬化和渗碳作用，使钢在高温时仍具有强度，增加耐磨耗性，提高钢的淬火温度，增高钢的抗腐蚀性能。经大量的试验确定，当Cr小于0.95%，钢材的强度不能达到使用要求（大于1000MPa），从性能要求及成本控制考虑Cr最终确定含量为0.95-1.10wt%，优选Cr的含量为0.95-1.00wt%。

Mo：钢中Mo常以固溶态和碳化物形式存在，Mo在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，增加在某些介质中的抗蚀性。在调质钢中，Mo能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性和回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除或降低残余应力，提高塑性。经大量试验确定，当Mo小于0.15%，钢材回火后不能很好消除残余应力，以致塑性不尽理想。而钼铁合金价格比较高，多加无疑增加了成本，满足使用要求下确定Mo含量为0.15-0.20%，优选Mo的含量为0.17-0.19wt%。

C：考虑到Cr和Mo对碳的消耗，C含量比国标中碳最高的CrMo系钢增加了0.1wt%，设计为0.49-0.52wt%，从而保证钢的强度，优选C含量为0.49-0.51%。

Si：是作为脱氧剂和还原剂，一般镇静钢均控制在0.10-0.30%，根据本发明的实物质量及本发明所用冶炼装备及其生产情况，设定了Si含量0.20-0.25%，优选含量为0.22-0.24%。