高壓鍋爐管用P22管坯鋼的開發生產

袁淑君，李業才

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業部，山東萊蕪271105）

生產技術

高壓鍋爐管用P22管坯鋼的開發生產

袁淑君，李業才

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業部，山東萊蕪271105）

依據鋼的技術要求，設計了鋼的化學成分及內控要求，采用純凈鋼技術控制S、P及夾雜物，選用優質廢鋼和鐵水控制As、Sn、Pb、Sb、Bi等有害元素，并通過Ca處理降低夾雜物的危害，萊鋼采用EAF-LF-VD-CC工藝流程開發了P22管坯鋼。實物質量檢測表明，鋼質純凈，微量有害元素低，回火脆性敏感系數J、CEF控制理想，圓坯低倍組織和表面質量良好。

P22管坯鋼；大圓坯；回火脆性敏感系數；夾雜物

1　前言

P22牌號是ASME鍋爐及壓力容器等規范SA-355/SA-355M《高溫用無縫鐵素體合金鋼公稱管》標準中的通用牌號，采用穿管工藝加工成無縫高壓鍋爐管，安裝于超臨界及超超臨界火電機組中。由于無縫高壓鍋爐管常處于高溫、高壓的工作環境，對管坯質量要求極高，鋼中成分偏析、有害元素和夾雜物、表面缺陷都會對鍋爐管的高溫持久強度和疲勞破壞產生不利影響。萊鋼結合100 t電爐生產線先進的工藝、技術裝備，開發了Φ500～Φ800 mm規格P22高壓鍋爐管用連鑄圓坯，使萊鋼產品進入鍋爐加工行業更加高端的市場，很好地優化萊鋼現有品種結構的同時，創造了較好的經濟效益。

2　主要技術要求

管坯鋼在制管過程中經熱態穿孔、軋制、冷態冷拔等多道工序，經受各種復雜的應力，管坯表面和內部的缺陷會延伸、擴展、暴露，而且鋼管出廠要進行超聲波和渦流聯合探傷檢驗。因此，管坯鋼必須有良好的表面和內在質量。

2.1化學成分

鋼的化學成分應符合標準及內控成分要求，鋼材的成品化學成分不允許存在偏差。熔煉及成品分析應滿足如下要求：

J=（Si+Mn）×（P+Sn）×104≤100；

CEF=P+2.4As+3.6Sn+8.2Sb≤0.1%。

式中J、CEF為回火脆性敏感系數；Si、Mn、P、Sn、Sb為各元素的質量分數。

要求鋼材氧含量≤20×10-6，氮含量≤80×10-6，氫含量≤2×10-6。

2.2低倍組織

按GB/T 226標準檢驗P22鋼圓坯低倍組織，按YB/T 4149附錄A評級圖評定。圓坯橫截面酸浸低倍試片上不允許有肉眼可見的氣泡、夾雜、翻皮。低倍組織應符合標準要求。

2.3非金屬夾雜物

制得的鋼管按GB/T 10561—2005中A法檢驗非金屬夾雜物，合格級別應符合標準要求。

3　P22管坯鋼的試制開發

3.1成分設計

As、Sn、Pb、Sb、Bi是低熔點有害元素，易在晶界偏聚，對于高壓管的高溫強度十分有害；Cu、N元素對高壓管的熱脆性不利，必須盡可能降低。P22鋼在高溫下長時間使用會產生回火傾向，在材料生產時需要控制回火脆性敏感系數（即J、CEF）。由此設計了鋼的化學成分及內控目標。冶煉采用純凈鋼技術控制S、P及夾雜物，選用優質廢鋼和鐵水控制As、Sn、Pb、Sb、Bi等有害元素，通過Ca處理降低夾雜物的危害［1］。

3.2工藝控制要點

工藝流程：配料（熱裝鐵水）→電爐冶煉→LF爐精煉+VD真空脫氣處理→連鑄（電磁攪拌）→入坑緩冷。

3.2.1冶煉工藝

選用優質廢鋼和鐵水，確保熱裝鐵水比50%～60%。要求原輔材料全部烘烤，以減少鋼中氣體含量。

電爐冶煉：加入爐料后，先采用中低氧吹氧造渣，冶煉前期杜絕高氧，控制爐渣的流動性，保證合適的脫磷條件，并充分利用熔化期溫度較低的有利條件，提高初渣的氧化性，提高爐渣脫磷的能力，溫度高于1 450℃時，保證爐門口自動流渣，及時放掉磷含量高的初渣。全過程造泡沫渣操作，保證良好的氧化沸騰，促進鋼中夾雜物和氣體的上浮，脫碳量＞0.30%；合理控制脫碳及升溫速度，控制碳氧反應攪拌熔池，確保碳氧反應增加鋼渣界面的脫磷效果，有利于進一步脫磷；嚴格控制終點［C］≥0.10%，［P］≤0.006%；控制出鋼溫度在1 620～1 640℃之間，避免出現高溫回磷現象。出鋼時留鋼、留渣操作，嚴禁下氧化渣，為精煉創造好的鋼水條件。

LF精煉：完成脫氧、脫硫、去除夾雜物、成分和溫度調整等多項精煉任務。電爐出鋼時做好鋼包預脫氧，降低溶解氧含量至20×10-6以下，確保精煉位深脫硫條件；鋼包到位后，在包中碳允許的條件下盡量使用增碳劑調渣，禁止加入大量碳化硅調渣降低爐渣堿度；保持爐渣合適流動性，白渣保持時間＞15 min；精煉爐確保一次樣Al≥0.03%，降低溶解氧含量，增強脫硫效果；LF精煉嚴格控制S含量＜0.005%；鋼中喂入Ca線進行夾雜物變性處理，對降低大顆粒夾雜物會產生積極影響。

鋼水VD真空脫氣：控制好精煉渣的流動性和真空溫度，真空處理時間27 min。VD處理過程中合理控制氬氣，破除真空后軟吹氬時間≮25 min，以提高鋼水純凈度。

3.2.2連鑄工藝

連鑄工藝重點是防止鋼液二次污染，保證鋼的潔凈度；提高鑄坯均勻性、低倍組織和表面質量；減輕凝固過程中成分和組織偏析。

穩定中間包澆注條件，穩定控制中間包液面不低于800 mm。連鑄采用全程保護澆注，大包保護采用長水口，中間包采用整體浸入式水口，使用覆蓋劑，選用性能優良的專用結晶器保護渣，以防止鋼水二次氧化。做好連鑄工藝操作的“恒液面、恒溫、恒拉速”的穩定控制；采用低過熱度澆注，中包鋼水過熱度控制在20～30℃，防止柱狀晶過快生長，以增加鑄坯中的等軸晶，減輕中心疏松和偏析。在結晶器和凝固末端采用電磁攪拌；注意過熱度和二冷配水量，保證鑄坯冷卻均勻。保證進入拉矯機的鑄坯表面溫度＞950℃［2］。

3.2.3緩冷

緩冷可以消除鑄坯的熱應力和組織應力，同時使鋼中的氫得到充分擴散，700～500℃是最有效的去氫溫度范圍，防止白點的產生，防止內部裂紋的產生。緩冷對探傷合格率的改善主要是氣體氫的影響，在凝固過程中，氫容易在枝狀晶之間聚集，連鑄過程中產生的組織應力，加劇了氫的聚合。緩冷過程中析出的過飽和氫有充分的時間排除，緩冷相變促進了C、Mn元素的擴散，減輕了中心偏析。

4　產品實物質量分析

4.1化學成分及鋼中氣體

統計50爐化學成分數據，P22鋼熔煉化學成分標準、內控要求及成品實測結果見表1、表2。從表1、表2可以看出，P22鋼化學成分控制在內控要求范圍內而且波動范圍較窄，有害元素含量低，J系數最大值65.38，CEF最大值0.066%；鋼中氧含量≤15× 10-6，氮含量≤74×10-6，氫含量≤1.5×10-6，鋼質純凈度高。

表1　P22管坯鋼熔煉化學成分（質量分數）%

表2　P22管坯鋼有害元素熔煉成分（質量分數）%

4.2低倍組織

統計50爐P22鋼低倍組織檢測結果，鋼材橫截面酸浸低倍組織試片上未發現肉眼可見的縮孔、裂紋、氣泡、夾雜、折疊、白點及有害夾雜物，低倍組織檢驗結果良好。P22鋼低倍組織標準要求及實測結果見表3。圖1為Φ650 mm規格圓坯低倍組織形貌。

表3　P22管坯鋼低倍組織要求及實測結果級

圖1　Φ650 mm P22鋼圓坯低倍組織（中心疏松1.0級）

4.3非金屬夾雜物

統計50爐P22鋼非金屬夾雜物檢驗結果，鋼中無大顆粒夾雜物，未發現C類夾雜物。鋼中非金屬夾雜物符合標準要求。非金屬夾雜物企業內控要求及實測結果見表4。

5　結語

萊鋼采用EAF-LF-VD-CC流程生產P22高壓鍋爐管用連鑄圓坯工藝及各項參數合理，圓坯低倍組織及表面質量控制良好，現已進入大批量生產階段，累計生產6 000余t合格產品。圓坯成分、氣體含量控制良好，潔凈度高，P≤0.007%，S≤0.004%，［O］≤15×10-6，［N］≤74×10-6；有害元素As+Sn+ Pb+Sb+Bi≤0.015%；回火脆性敏感系數J≤65.38，CEF≤0.066%；A類、B類非金屬夾雜物控制在0～0.5級，均很好地滿足了標準要求。萊鋼生產的P22高壓鍋爐管用連鑄圓坯已通過東鍋、哈鍋等供方認可，制得的鋼管滿足了用戶標準和裝機使用要求。

表4　P22鋼管非金屬夾雜物要求及實測結果級

［1］陽燕，劉建華，包燕平，等.高壓鍋爐管用鋼P12的潔凈度分析［J］.鋼鐵釩鈦，2010，31（4）：62-63.

［2］張志宏，劉偉平，李國光，等.Φ500 mm大圓坯連鑄機的生產實踐［J］.特殊鋼，2011，32（5）：53-55.

Abstrraacctt：Based on the technology of steel requirements，the chemical composition and internal control requirements of the steel were designed.Using clean steel technology to control S，P and inclusion，selecting high-quality scrap and molten iron to control As，Sn，Pb，Sb，Bi and other harmful elements，and the Ca treatment can reduce the harm of the inclusion.P22 tube blank steel was produced by the process“EAF-LF-VD-CC”in Laiwu Steel，physical quality inspection shows that the steel is pure，the trace harmful elements are low，the temper brittleness sensitivity coefficientJand theCEFvalue were controlled ideal，the macrostructure and surface quality of the round billet are better.

Key worrddss：P22 tube blank steel；large size round billet；temper brittleness sensitivity coefficient；inclusion

Development of P22 Tube Blank Steel for High Pressure Boiler Tube

YUAN Shujun，LI Yecai
（The Special Steel Division of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271105，China）

TF762+.3

A

1004-4620（2016）03-0015-03

2016-04-18

袁淑君，女，1987年生，2008年畢業于西安建筑科技大學金屬材料專業。現為山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業部工程師，從事優特鋼新產品開發及工藝研究工作。