一種低碳Ti-Mo微合金化壓力容器用鋼及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于微合金結構鋼領域，提供一種采用低碳Ti-Mo微合金化以及控制乳制 和控制冷卻工藝，通過個位納米析出相強化的鐵素體基壓力容器用鋼及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 由于鍋爐蒸汽壓力和溫度參數的提高可以顯著提高電廠效率，進而降低供電煤耗 以及環境污染。當前，世界各國的火力發電機組參數呈現出向超臨界參數及以上發展(25~ 30MPa，560~700°C)的趨勢，這對鍋爐用鋼綜合性能尤其是高溫力學性能和焊接性能提出 了更高要求。GB 713-2014中提及的鋼種，其合金種類要求多，含量高，其中性能優異的代表 Q420R，13MnNiMoR，12Cr2MolVR等鋼種，均需要后續的正火或者回火等熱處理工藝，生產流 程長，成本高。室溫力學性能及高溫力學性能較目前發展來看，將很快難以滿足火力發電鍋 爐用鋼日益提高的要求，因此一種低成本和短流程工藝相結合的壓力容器用鋼將具有一定 的市場需求和發展前景。
[0003]析出強化Orowan機制表明，析出物體積分數一定時，顆粒尺寸越小，析出強化效果 越好。鋼中尺度小于l〇nm的析出相可發揮顯著的沉淀強化，且這類個位納米尺度粒子高溫 下不易聚集和長大，能有效"釘扎"位錯，使材料維持良好高溫力學性能。從基體組織角度 看，鐵素體強度偏低，但其組織穩定性好，塑韌性和焊接性能優良。因此，如果采用微合金化 成分設計并通過控制乳制和控制冷卻工藝，將前述個位納米尺度析出相顯著的強化效果和 鐵素體良好塑韌性結合，就能開發一種兼顧強度和塑韌性，同時具備良好焊接性能的新型 鍋爐用鋼，這種鋼可以充分發揮微合金化和控制乳制和控制冷卻的技術優勢，減少前述鋼 種生產的后續熱處理工藝，減少環境污染，降低生產成本，同時改善其高溫力學性能，從而 在壓力容器用鋼領域獲得更好應用。
[0004] 中國專利公開號為CN 103695782的專利文獻，公開了 一種抗拉強度630MPa的移動 式壓力容器用鋼及其生產方法，其成分添加了附^、11、〇1、(>等多種合金元素，且需在較高 溫度下進行正火，生產成本高，且未介紹高溫力學性能。
[0005] 中國專利公開號為CN 101713044的專利文獻，公開了一種Q370R壓力容器用鋼機 器制備方法，盡管其橫向沖擊功較本發明優良，但是成分中C含量較高為0.14~0.18%，添 加合金元素 Nd較多為0.28~0.45 %，且熱乳后續需要正火熱處理工藝，屈服強度和抗拉強 度均比本發明低150MPa左右，此外也未提及其高溫力學性能。
[0006] 中國專利公開號為CN 101476088A的專利文獻，公開了一種核用壓力容器用鋼 R17CrlNi3M〇,盡管其橫向沖擊功性能優良，但是其控制乳制和冷卻后需要進一步回火處 理，碳含量(0.13~0.20%)較高且合金元素種類多、含量高(0、附、1〇、￥、〇1)，此外也未提 及其高溫力學性能。
[0007] 美國材料與試驗協會（ASTM)中關于鍋爐，過熱器及熱交換管道的標準A213/ A213M-15C中給出了國際上常用的T91、T92等鋼種的成分和工藝規范。其中鋼種合金添加種 類多，含量高，同時也需要后續的熱處理工藝。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于克服上述標準及壓力容器用鋼后續熱處理復雜以及成本高、耐 熱強度不足的缺點，提供一種生產工藝簡單、高溫力學性能優良的低成本鍋爐用鋼及其制 造方法。具體為在傳統的C、Si、Mn成分基礎上，采用降低碳含量，添加 Ti-Mo微合金化，通過 控制乳制和控制冷卻工藝，制備一種厚度規格在6~4 5mm厚的個位納米尺度析出相強化鐵 素體基壓力容器用鋼板。
[0009] 所述的低碳Ti-Mo微合金化壓力容器用鋼，其設計思路為采用Ti-Mo復合微合金化 以獲得一定體積分數的個位納米尺度第二相粒子，充分發揮析出強化效果并保證發明鋼良 好的室溫和高溫力學性能；其中Ti與N化合形成高溫難溶物TiN還可以抑制奧氏體晶粒長 大，進而細化鐵素體晶粒;Mo不但可以抑制珠光體和大顆粒滲碳體形成，還可以有效抑制高 溫下碳化物顆粒的熟化，進而提高鐵素體基體的蠕變抗力。在保證MX型碳化物以納米形式 充分析出，起到最大限度析出強化效果的前提下，盡量降低鋼中的碳含量以獲得鐵素體組 織，保證發明鋼良好的組織穩定性和焊接性能。
[0010] 低碳Ti-Mo復合微合金化壓力容器用鋼的化學組分以重量百分比計為：C 0.03~ 0.06%，Si 0.17~0·21%，Μη 1.40~1.55%，Ti 0.05~0·15%，Μ〇 0.2~0·3%，Ν< 0.015%，S< 0.005%，Ρ< 0.010%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0011] 所述壓力容器用鋼的基體為準多邊形鐵素體，基體中均勻分布有大量1~10nm的 碳化物，數量密度可達1500/μπι2以上，其質量分數占到析出物總量的70%以上，此類個位納 米尺度析出相為一種Ti-Mo復合析出物。
[0012] 上述低碳Ti-Mo復合微合金化壓力容器用鋼的制備工藝包括依次進行的冶煉、鑄 造、均熱、控制乳制和控制冷卻，冶煉和鑄造工序包括鐵水脫硫、轉爐頂底吹煉、將滿足化學 成分要求的鋼水饒鑄成60~200mm厚板還。
[0013] 所述均熱工序中均熱溫度為1200~1250°C，均熱時間為60~120min。
[0014] 所述控制乳制工序采用兩階段控制乳制，其中粗乳開乳溫度1050~1150°C，終乳 溫度1050~1100°C;中間坯空冷待溫;精乳開乳溫度800~850°C，終乳溫度780~800°C。
[0015] 所述控制冷卻是精乳過程結束后先水冷到目標溫度600~620°C，冷速控制在10~ 18°C/s，然后在目標溫度下待溫45~60min，隨后空冷至室溫，得到準多邊形鐵素體組織。
[0016] 本發明生產的壓力容器用鋼簡化了生產工藝、節約了能源、降低了成本，在強度和 韌性達到GBT713-2008中鋼規定要求基礎上，常溫屈服強度Rel 2 500Mpa，抗拉強度Rm2 650MPa;斷后伸長率2 20%，20°CV型沖擊功Akv2 60J，600°C屈服強度Rei 2 300MPa。表現出 優良的高溫力學性能和焊接性能。
【附圖說明】
[0017] 圖1是實施例1的金相組織圖。
[0018] 圖2是實施例2的析出顆粒及其能譜圖。
[0019] 圖3是實施例3的析出相粒度分布統計圖。
【具體實施方式】
[0020] 低碳Ti-Mo復合微合金化鍋爐用鋼的生產工藝為:包括冶煉、澆鑄、均熱、控制乳制 和控制冷卻，其中冶煉工序為:采用轉爐煉鋼，頂底復合吹煉深脫碳，RH真空處理脫碳并進 行合金化;澆鑄工序為:真空脫碳后將滿足化學成分要求的鋼水澆鑄成60~200mm厚板坯； 加熱工序為:采用上述鑄坯進行乳前裝爐加熱，加熱段和均熱段溫度為1200~1250°C，加熱 時間為60~120min;控制乳制工序為:所述控制乳制工序采用兩階段控制乳制，其中粗乳開 乳溫度1050~1150