[发明专利]一种耐腐蚀高压锅炉管用耐热钢及其生产方法

说明书

本发明公开了一种耐腐蚀高压锅炉管用耐热钢及其生产方法，其化学成分wt%包括：C：0.13%~0.15%，Si：0.25%~0.30%，Mn：1.00%~1.20%，Cr：0.35%~0.45%，Mo：0.25%~0.30%，Ni：1.00%~1.10%，Cu：0.50%~0.55%，Nb：0.015%~0.030%，Al：0.015%~0.030%，P≤0.013%，S＜0.003%，As≤0.010%，Sn≤0.010%，Pb≤0.010%，Sb≤0.010%，Bi≤0.010%，As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.035%，V≤0.02%，[H]≤0.00015%，[O]≤0.0020%，[N]≤0.0070%，余量为Fe。从上述组分可知，本发明的一种耐腐蚀高压锅炉管用耐热钢及其生产方法，添加少量的Cr元素，利用Cu‑Cr复合效应，提升了高压锅炉管的高温强度、抗蠕变性能和抗H₂S腐蚀能力。

技术领域

本发明涉及一种耐腐蚀高压锅炉管用耐热钢的技术领域，具体涉及一种耐腐蚀高压锅炉管用耐热钢及其生产方法。

背景技术

能源与人类的生产、生活息息相关。随着世界经济的发展，能源消耗迅猛增长，随之而来的环境问题也愈发严峻，大气污染、二氧化碳排放导致的温室效应纷至沓来。耐热钢作为能源领域的特殊钢，其发展与能源、动力、机械工业等密切相关。在火力发电、核电、石油化工、航空航天、应用化学等领域，耐热钢的性能寿命关系到行业的发展水平。

锅炉管用耐热钢主要用于发电站，其工作环境非常恶劣，在高温、高压、蒸汽腐蚀的环境下长期服役，钢材的组织会发生石墨化、蠕变，降低其高温强度，影响锅炉的安全使用。为提高锅炉发电效率，必须提高蒸汽温度和临界压力，这对耐热钢的材料高温性能要求势必提高。由于锅炉燃料煤或天然气中硫化物含量一般较高，在高温还原气氛下会生成H2S，对锅炉管造成应力腐蚀，必须全面提高高压锅炉管的耐腐蚀能力。

现有钢种15Ni1MnMoNbCu由于设计的限制，抗H2S腐蚀能力较差，高温强度和耐热性还可以提高，这就需要开发一种耐腐蚀高压锅炉管用耐热钢。材料的抗腐蚀能力主要与材料的晶界强度有关，因此常常加入Cr、Mo、Nb、Ni、Cu等合金元素细化原始奥氏体晶粒度。超细晶粒原始奥氏体经淬火后，形成超细晶粒铁素体和分布良好的超细碳化物组织，是开发抗硫化氢应力腐蚀的高强度钢最有效的途径。采用有害元素[H]、[O]、[N]、As、Sn、Pb、Sb、Bi含量很低的纯净钢，尽可能减少非金属杂质点蚀造成的失效；设计良好的均匀细小的回火组织，使产品性能稳定；尽可能的降低钢中的S含量，减少硫化物夹杂，从根源防止H2S应力腐蚀。

国家标准《高压锅炉用无缝钢管》（GB/T 5310~2017）对15Ni1MnMoNbCu材质进行了以下规定：C:0.10%~0.17%，Si:0.25%~0.50%，Mn:0.80%~1.20%，Mo:0.25%~0.50%，Ni:1.00%~1.30%，Cu:0.50%~0.80%，Nb:0.015%~0.045%，Al≤0.050%，P≤0.025%，S≤0.015%，V≤0.02%，[N]≤0.0200%。目前国内已经采用的此钢种，经冶炼+轧制+热穿管+880~980℃正火快速冷却+610~680℃回火，可以达到450℃高温屈服强度≥304Mpa，纵向A≥19%，横向A≥17%；非金属夹杂物A粗≤1.5级，A细≤1.5级，B粗≤1.5级，B细≤1.5级，C粗≤1.0级，C细≤1.0级，D粗≤1.5级，D细≤1.5级，Ds≤2.0级。这种钢生产的高压锅炉管比普通的20G、A106B高温强度提升80%，可以有效减重达50%~60%。而本发明生产的耐腐蚀高压锅炉管用耐热钢由于对S含量进行了控制，添加了0.30~0.35%的Cr，通过Cu-Cr复合效应，提升了高压锅炉管的高温强度、抗蠕变性能和抗H2S腐蚀能力，提高了高压锅炉管的使用寿命，使综合成本显著降低。

发明内容