厚规格锅炉用钢板20g的研制开发.pdf

第 1 3卷第3期 2 0 0 7 年 6月 宽厚板 WI DE AND HE AVY P L AF E Vo l 1 3 No 3 J u n e 2 0 0 7 23 厚规格锅炉用钢板 2 0 g的研 制开发 蒋善玉孙宗辉成小龙 济南钢铁集团公司 摘要介绍了济钢利用现有工艺装备开发3 0 8 0 m m厚规格锅炉用钢板的实践 对 3 0 8 0 m m厚规格 锅炉用钢板的生产工艺 实物质量等进行了分析 结果表明济钢生产 3 0 8 0 m m厚规格锅炉用钢板 2 0 g的成 分 性能完全达到了标准要求 质量稳定 关键词锅炉钢板 厚规格 热处理 Re s e a r c h a n d De v e l o p me n t o f 2 0 g Th i c k e r Bo i l e r Pl a t e J i a n g S h a n y u S u n Z o n g h u i a n d C h e n g Xi a o l o n g J i n a n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o r p o mt i o n Ab s t r a c t T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e p r a c t i c e s o f d e v e l o p i n g 2 0 g thi c k e r b o i l e r p l a t e o f 3 0 mm t o 8 0 mm b y u s i n g e x i s t i n g t e c h n o l o g i c a l i n s t a l l a t i o n i n J i n a n I ron a n d S t e e l Gr o u p C o r p o r a t i o n analy s e s the p r o d u c t i o n p r o c e s s a c t u al p r o d u c t q u a l i t y o f 2 0 g t h i c k e r b o i l e r p l a t e o f 3 0 mm t o 8 0 mm T h e analy s i s r e s u l t s h o ws tha t the c h e mi c al c o mp o s i t i o n s and t h e p e r f o r manc e o f 2 0 g t h i c k e r b o i l e r p l a t e o f 3 0 mn l t o 8 0 mn l p r o d u c e d b y J i n an I ron and S t e e l Grou p C o r p o r a t i o n f u l l y me e t the s t a n d a r d s req u i reme n t the p r o d u c e d p l a t e a r e o f s t a b l e q u a l i t y Ke y wo r d s B o i l e r p l a t e T h i c k e r p l a t e He a t t r e a t me n t 1 前言 中厚板是济钢 的主要产 品 三炼钢 的中厚板 生产线是我国先进的中厚 板生产线之一 能够生 产高纯净钢质 高强度 高韧性 焊接性能优 良的 高技术要求产品 随着石油化工 大型电站的发 展 锅炉用钢板的厚度 宽度不断提高 2 0 0 5年济 钢开始开发 生产 3 O 8 0 m m锅 炉用厚 规格 2 0 g 钢板 开展了一系列工作 顺利取得了全国锅炉压 力容器生产许可证 可批量供应厚规格 2 0 g 钢板 2 厚规格的锅炉用钢板 2 0 g的研制 2 1 技术要求 2 0 g 钢板具有一定的强度 其塑性 韧性 成 形 和焊接工艺性能均很好 用于制造中 低压锅炉 汽包和一些锅炉的大梁 2 1 1 化学成分 2 0 g钢板化学成分要求见表 1 表1 2 0 g钢板化学成分 O 2 2 0 1 5 0 3 O 0 5 0 0 9 0 2 1 2 力学性能 2 0 g 钢板力学性能要求见表2 表 2 2 0 g钢板力学性能 维普资讯 2 4 宽厚板 第 l 3 卷 2 2 化学成分优化设计 通过对济钢 以前生 产 的 3 0 mm 以下 的 2 0 g 钢板的化学成分和力学性能进行统计分析 认真 研究了微合金元素和生产工艺对性能的影响 针 对厚规格 2 0 g 钢板时效 高温持久等性能要求 进 行了如下主要成分设计 1 N b 钢中加人微量 N b V T i 等合金元素可 明显细化晶粒 并产生强烈的沉淀强化作用 在厚 规格 2 0 g 的成分设计中采用 N b T i 微合金元素 主要考虑这些元素在加热温度范围内具有足够 的 溶解度 而在钢材加工和冷却过程中又能产生特 定大小 的质点析 出 从而使钢材性 能发生变化 其中 N b 在钢中与 c N有极强的亲合力 形成稳 定的化合物 N b 相变时析出加速了 一 O t 转变 行为 缩小了贝氏体 马氏体出现的几率 可形成 稳定的 F P组织 N b在高温析出扩大了未再结 晶区的范围 可实现严格的未再结晶区轧制 促进 铁素体晶粒的细化 含 N b钢在低温变形中延迟 再结晶作用更大 但低温大压下量轧制的钢 N b 含量不需太高 半共格的 N b C N析出可起到强烈 的沉淀强化作用 有资料显示 0 0 1 的 N b可提 高强度 5 0 M P a 在钢中加人微量的 N b 可以在 保持同样的强度水平下降低碳当量 从而提高钢 的可焊性和韧性 2 T i 由于 T i 与 N的 亲和力极 强 形成 T i N 颗粒 并且这种颗粒在 1 1 5 0 o C以上就开始形成 因此 在钢坯连铸 钢坯加热 钢板轧制等一 系列 过程中 T i N颗粒均能阻止形变奥 氏体动态再结 晶的发生及奥氏体再结晶晶粒的长大 细化晶粒 起到细晶强化的作用 还能减少夹杂物 提高钢板 的延伸率 T i N在高温下包容氢原子 为氢原子提供了 小陷阱 避免了氢原子 的汇聚 减少 了焊接 时 的氢裂倾向 因而可提高焊接性能 由于 T i 固定 了 N元素 阻止固溶 N原子的析出 提高了钢板 的时效性能 通过分析 可以看出随着 T i 含量的 增加 时效 冲击值有 上 升趋 势 在本 次 厚规 格 2 0 g的冶炼 中加人钛 以形成碳 化物 和氮化 物 则 可降低钢中的自由氮含量 提高钢的冲击韧性和 时效冲击韧性 还可与钢中硫化物结合成复合夹 杂物 从而控制硫化物夹杂的形态 改善钢材的横 向冲击韧性和冷成型性 3 s s的降低能显著提高钢的韧性 通过对 2 0 g 钢板时效冲击进行回归分析 发现时效冲击 随 着s 含量 的增 加 而降低 s 含 量 的增 加 是 恶性化时效冲击 的一个重要原 因 本钢种 S含量 0 0 2 保证了钢板 良好的横向冲击和时效冲 击 4 0 N 氧含量高 造成氧化物夹杂数量增 多 增加了裂纹源 容易产生沿 晶断裂 另外 钢 中氧氮浓度高 使得柯氏气团的形成更为容易 由 于形变时效 的本质是柯 氏气 团的形成 造成钢的 强化和脆 化 恶 化钢 的时 效 冲击韧 性 通过 对 2 0 g 钢板中的氧氮 含量进行分析 钢板 中氧含量 为 2 5 6 8 1 0 氮含量 为 2 0 5 3 1 0 氧氮 含量的有效降低 提高了钢板的韧性 2 3 技术措施 工艺流程 K R铁水脱 硫一 转炉冶 炼一 C A S 处理一L F精炼一 连铸一 加热炉加热一控轧控冷 一矫直一精整一探伤一 正火 一成品 铁水经 K R处理 使 s 含量降到较低水平 转 炉冶炼后期 确保钢渣流动性 良好 有利于钢渣上 浮 钢水在 出钢过程 中进行脱氧合金 化 在 C A S 吹氩 喂 A l 线 进行深脱氧 进行 L F精炼处理 吸 附钢中夹杂 最大 限度地控制 P S N 0 H等有 害杂质含量 喂 C a线进行夹杂物变性处理 改善 夹杂物的分布与形态 全程保护浇铸 保持拉速和 结晶器 中间包液面稳定 采用轻压下和弱冷配水 模式 减轻铸坯偏析 铸坯热送热装 科学 控制加热时间和加热温 度 轧制分粗轧 精轧两个 阶段 在再结 晶区完成 开坯 展宽和一定纵轧道次 再送至精轧机继续轧 制 在轧制过程中用高压水除氧化铁皮 精轧阶段 采用控轧控冷工艺 充分发挥微合金化元素的作 用 使钢材的综合性能得到有效提高 根据用户 需要进行探伤 和正火处理 3 厚规格锅炉用钢板 2 0 g的生产结果与分析 3 1 钢板力学性能 钢板力学性能直方 图分析见图 1 1 8 0 冷弯 全部合格 产品的尺寸偏差 不平度及镰刀弯均达 到标准要求 2 0 g 钢板的冲击断口形貌见图2 通 过 直 方 图 分 析 盯 在2 3 5 2 9 5 MP a 之 间 占9 2 7 7 盯 h 在 4 0 0 4 6 0 MP a之 间 占 9 9 4 0 8 在 2 3 3 5 之 间 占9 8 2 0 常温横 向冲击功 A 远远高于标准 2 7 J的要求 最小值 维普资讯 第 3 期 蒋善玉等 厚规格锅炉用钢板2 0 g 的研制开发 2 5 为 4 6 J 最大值 为 1 4 9 J 富裕 量较 大 时效冲击 在 5 1 1 6 0 J c m 占 8 6 7 1 可 以看 出 盯 盯 b 丹 嚣 Z 童 一 38 广一 2 1 I 23 1 12 叮 M P a 哥 嚣 8 富裕量适 当 且 波动 范 围小 质量 控制稳 定 A 富裕量较大 说明钢板的韧性较好 4 4 2 8 f l 4 厂 1 7 I 4 O O 4 O 9 4 1 0 4 1 9 4 2 0 43 9 4 5 9 4 6 0 5 0 0 2 3 2 6 2 7 9 3 o 3 2 3 3 3 5 3 5 3 8 M P a a5 3 5 3 O 2 5 哥 2 O 嚣 l 5 l O 5 O 3l L 2 7 2 5 21 21 2 9 5 0 5 2 7 0 7 1 1 0 01 0 1 1 3 01 3 1 1 6 01 6 1 1 9 0 戤 图 l 厚规格 2 0 g 钢板性能直方图分析 3 2 高温拉伸试验分析 5 0 m m厚规格钢板的高温拉伸性能见表 3 由表 3 可见厚规格钢板具有较高的热强性和持久 塑性 表3 5 0一mm 厚规格2 0 g钢板高温拉伸试验结果 温度 C 常温 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 O 0 5 0 0 叮 MP a 2 9 5 2 6 O 2 3 5 2 3 0 21 0 1 8 8 3 3 钢板应变时效敏感性试验分析 时效冲击韧性是锅炉用钢板的特殊要求 在 制造锅炉过程中 钢板一般要承受弯曲 卷边及扩 孔等塑性变形 在锅炉的使用过程中 钢板要承受 2 0 0 o C以上的高温及较大 的蒸汽压力 钢板在高 温高压环境下的强韧性直接影响着锅炉的使用性 能和安全可靠性 时效冲击值的高低反映了锅炉 钢板冶金质量的好坏 按照 G B 4 1 6 0 8 4 钢 的应 变时效 敏感性试 验方法 规定进行2 5 5 7 5 1 0 预变形 后 进行 2 5 0 t 2 1 h人工时效处理 时效前后不 同温度下的常温 A 横向冲击试验结果及应变时 效敏感系数 c v 见表 4 由表 4可见 5 0 mm厚规 格钢板具有 良好的应变时效性能 表4 5 0一mm厚规格 A l g钢板应变时效敏感性试验结果 3 4 显微组织分析 采用 I A 3 2图像分析系统和 J G一 0 5大型金 相显微镜对钢板取样分析 图 2为厚规格钢板的 显微组织 8 0 m i l l 厚规格正火前后显微组织检验 结果见表5 其钢板中的夹杂物分析见图 3和表 6 图2 2 0 g 钢板金相显微组织 维普资讯 2 6 宽厚板 第 l 3卷 表5 8 0 一Ifl l irn 厚规格2 0 g 正火前 后显 微组织 检验结果 度降低 正火后铁素体晶粒度级别比正火前高 试制的厚规格 2 0 g 钢板的显微组织为 F P 晶粒度为 7 0 9 5 夹杂 物含量较低 带状组织 较低 部分钢板有少量魏 氏组织 这与钢板厚度增 加 芯部温度高 晶粒粗大 轧后冷却过快有关 通过上述检验结果还可以看出 随厚度增加 晶粒 图3 厚规格2 0 g 钢板中夹杂物 表 6 厚规格2 0 g 钢板中对应的夹杂物成分表 序号 N 0 M g A I S i S O 3 7 4 9 3 8 3 5 7 7 6 1 1 6 5 3 6 2 6 7 4 9 5 4 2 5 2 3 5 0 7 1 3 l 2 4 3 6 O 5l l 1 5 O O 1 5 2 3 1 8 O 3 O 7 3 7 4 4 9 2 O 3 3 4 6 9 5 1 7 2 2 O 3 4 通过分析 图 3和表 6的扫描电镜观察结果证 实 钢中的夹杂物主要 为 Mn S和 S T i M n