[发明专利]一种Al-Ca复合铰丝细化夹杂物的P92钢的制备方法

说明书

本发明公开一种Al‑Ca复合铰丝细化夹杂物的P92钢的制备方法，属于钢铁材料的技术领域。所述方法，包括在含氧浓度为5‑100ppm的钢液中，通过喂丝加搅拌的方法喂入Al‑（1.5‑30）wt.％Ca复合铰丝，通过底吹惰性气体的方式在熔体中形成流场，获得含O、Al、Ca的钢液，然后以不低于500K/min的冷却速度浇注，最终获得夹杂物等级达到A+B+C+D+DS≤1.5的P92钢。本发明适合于制备P92钢。

技术领域

本发明属于钢铁材料的技术领域，涉及一种Al-Ca复合铰丝细化夹杂物的P92钢的制备方法。

背景技术

P92钢是在T/P91钢基础上改良开发出来的新钢种，是一种新型铁素体耐热合金钢。P92钢以其良好的热强性能、焊接性能和工艺性能，以及对应力腐蚀开裂不敏感性和生产成本较低，被广泛地应用在高压锅炉的过热器和再热器管及火力发电站的主蒸汽管道上。P92钢的主要优点是在相同的工作温度、压力或设计寿命条件下，能够进一步降低电站锅炉及管道系统的质量。在同样的结构尺寸下，可进一步提高结构的设计工作温度，从而提高系统的热效率，近年来P92钢得到了越来越多的应用。

随着工业的发展，P92钢的性能在不断改善，但是P92钢中夹杂物的控制及细化仍是制约P92钢发展的一大难题。丁阳等人 [丁阳，李晓冬. 国内外P92钢性能对比，中国核科学技术进展报告（第三卷），2013.09] 对国内外P92钢的性能进行对比，发现国产P92钢进行室温拉伸试验后，抗拉强度和屈服强度分别为662MPa和520MPa，伸长率为35%，钢中夹杂等级为D类1级，B类1.5级，A、C类0.5级；进口P92钢进行室温拉伸试验后，抗拉强度和屈服强度分别为692MPa和535MPa，伸长率为25%，钢中夹杂物等级为D类1.5级，A、B、C类0.5级。

在成分设计上，P92钢在P91钢的基础上，适当降低Mo元素含量，添加了W、B元素。W元素在钢中的主要作用是增加钢的回火稳定性、热强性、耐磨性。W能提高铁素体耐热钢的临界温度，热处理过程中必须提高加热温度和延长保温时间才能达到预期的效果。相对Mo而言，W对耐热钢高温性能的提高更为明显，其固溶强化作用也更为明显。W元素的加入，促进Nb向MX型碳化物VN中沉淀，导致VN的晶格膨胀，增强了VN周围的共格作用力，从而提高了钢的蠕变断裂强度（CRS）。B元素能够明显细化晶粒，可以通过阻碍晶界的移动和降低晶界能来阻碍晶界的运动，从而延缓再结晶过程。同时，B元素可以强化晶界，在高温蠕变条件下，晶界是铁素体耐热钢的薄弱环节，因此，强化晶界是很重要的。B还能够增强碳氮化物的弥散强化效果，防止碳化物的聚集和粗化。但是B元素在化学性质上非常活跃，与N和O具有很强的亲和力，结合能力非常强。B元素的加入使得P92钢在熔炼过程中生成了大尺寸（大于）的BN化合物和 BN及 Al₂O₃ 复合夹杂物，严重影响钢种的纯净度，失去B元素自身的有益作用。

田钰鹏等人 [田钰鹏. 国内外P92钢的组织及力学性能研究. 内蒙古科技大学，2018]对国内外P92钢夹杂物进行观察及分析，发现国内外P92钢夹杂物种类主要有氧化物、硫化物夹杂两大种。其中，氧化物属于脆性夹杂物，沿金属变形方向分布并呈链条状，会破坏钢基体的连续性并导致应力集中，恶化钢材的力学性能；硫化物是钢产生热脆性而导致开裂的主要原因，对金属抗腐蚀性和抗磨性也有不良的影响。国内外P92钢中氧化物夹杂以近似圆形、不规则棱形形状存在，多以Al元素的氧化物夹杂为主；复合硫化物夹杂以圆形、不规则形状存在。夹杂物尺寸在几到十几微米之间，部分夹杂物以带有尖锐棱角的形状存在，对P92钢的性能产生极大影响。

夹杂物的去除方法有钢包吹氩法、电磁净化法、夹杂物改性处理等，原理都是通过某种方法使夹杂物上浮去除钢中的夹杂物。这些方法对大尺寸夹杂物有显著去除效果，但是对细小夹杂物的去除效果明显下降。