F91高耐热钢及其冶炼方法
【专利摘要】本发明公开了F91高耐热钢及其冶炼方法。F91高耐热钢其化学成分(Wt/％)：C0.08～0.12、Mn0.30～0.50、P≤0.008、S≤0.008、Si0.20～0.50、Ni≤0.40、Cr8.00～9.50、Mo0.85～1.05、Nb0.08～0.10、V0.18～0.25、N0.03～0.07，Al≤0.04，其余为Fe。冶炼方法：EAF(电弧炉)冶炼、VODC真空精炼。该钢材含P量特别低，具有冲击韧性好、偏析小、性能稳定，耐热性能好、强度高、抗耐疲劳性能好的一种新型超低磷的耐热钢材，可满足制造大功率气轮发电机等的用材，为燃气轮发电机制造技术和性能的提升起到了关键性的作用。
【专利说明】F91高耐热钢及其冶炼方法
【技术领域】:
[0001]本发明系冶金【技术领域】，具体的说是涉及F91高耐热钢及其冶炼方法。
【背景技术】:
[0002]当前我国大力发展高效、节能、大功率发电行业,其大型汽轮机、燃汽轮机等重要关键件:转轴、齿盘、连杆及高能锅炉用管道、弯头、接管等，原来采用lCrl2Mo，lC12MoV等材料仅适用于临界，亚临界状态 ，而国家100万级、130万级超临界、超超临界电机及锅炉用材料迫切需要开发。而对于这类钢的冶炼，控制P (磷)的超低P含量是最关键。磷是钢中有害杂质元素。它能使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性。因此一般控制其含量不大于
0.06%，而优质钢中磷要求0.03-0.04%以下。磷能和铁形成固溶体，当磷含量较大时，将以磷化铁夹杂物形式存在，易于偏析，从而使钢的冷脆敏感性、回火脆性及焊接裂纹敏感性增加.降低了钢的韧性。因此，冶炼出高品质超低P含量的耐热钢，可以成功解决当今大功率发电行业急需用耐热钢的用材问题。
【发明内容】
:
[0003]本发明的目的在于通过对原来lCrl2Mo、lCrl2MoV等材料的成分优化，冶炼方法的改进，研制出超低含P( < 0.008% )量的F91高耐热钢，用于大功率发电行业的大型汽轮机、燃汽轮机等重要关键零部件的制造。
[0004]F91 高耐热钢其化学成分(fft/% ):C0.08 ~0.12、Mn0.30 ~0.50、P ≤ 0.008、
S≤ 0.008、Si0.20 ~0.50、Ni ( 0.40、Cr8.00 ~9.50、Mo0.85 ~1.05、Nb0.08 ~0.10、V0.18 ~0.25、N0.03 ~0.07，Al ≤ 0.04，其余为 Fe。
[0005]冶炼工艺:
[0006]一、EAF (电弧炉)冶炼:
[0007]1.配料:选择S、P均≤0.030%的优质废钢和纯净的Cr、Mo、Nb、V合金料；
[0008]2.熔化期:
[0009]开始首先加入I~2% FeO(铁矿石)，2%石灰作炉底铺底料；
[0010]熔化末期、氧化初期:当钢液温度1540~1560°C时，加入2.0~2.5 % FeO和
1.8%~2.5%的石灰，使钢液碱度在2~2.5时，加强吹O脱C，使脱C量≥0.40%，并不断让炉渣流淌，使P脱至0.002~0.003% ；
[0011]3.在倒入VODC中间包之后，将炉渣扒净，以防在VODC精炼炉中冶炼时回P。
[0012]二、VODC 真空精炼:
[0013]VOD阶段:真空度80~120mbr，吹氧速度550mVh，抽真空时间I~1.5h，Ar流量5m3/h ；C 脱至 0.10% 以下；
[0014]V⑶阶段:真空度≤lmbar,抽真空时间10~15分钟，Ar流量5m3/h ;调整各成分至规定要求(除N外)；
[0015]VOH阶段:按钢水重量加入1 %铝提高250°C计算，升温至1650~1670°C，吹氧速度 500 ~600m3/h,真空度 350 ~450mbar, Ar 流量 5m3/h ；
[0016]VD阶段:真空度≤lmbar，抽真空时间12~15分钟，Ar流量5m3/h ;真空精炼结束:钢水注入钢包内调整N至0.03~0.07%。
[0017]据研究在炼钢时，磷以氧化物P2O5的状态下存在，并且磷的氧化是在钢渣界面上进行，其反应式 4/5 [P] +2 [O] = 2/5 (P2O5)或 4/5 [P] +2 (FeO) = 2/5 (P2O5) +2Fe (液)，这种氧化物不很稳定，只有进入炉渣中才能除掉。F91高耐热钢的冶炼中，除了选用含P量低的优质废钢外，还采用了在开始时，在炉底铺入I~2% Fe0(铁矿石)作底料，并且在冶炼中，增加吹氧量，脱磷是氧化反应，提高钢中O和渣中FeO有利于脱磷，使得钢水中的磷充分氧化成为P2O5进入炉渣。为了使生成的P205稳定存在于渣中利于去除，采用提高炼钢炉渣的碱度，在炉底铺入2%石灰作底料，石灰的主要成分为氧化钙，使P2O5和CaO结合生成稳定的化合物 3Ca0.P2O5 或 4Ca0.P2O5，其反应式:2 [P]+5 [O]+3 (CaO) = (3Ca0.P2O5)或
2[P]+5 [O]+4 (CaO) = (4Ca0.Ρ205)，更有利于在去除炉渣时，将氧化物P2O5去除。在熔化期需不断让炉渣流淌，去净含有P2O5和其他杂质的炉渣，在钢水倒入VODC中间包之后，也应扒净含有P2O5的炉渣，以防在VODC精炼炉中冶炼时回P。
[0018]根据上述方案制造的F91高耐热钢，其含P量特别低，它具有冲击韧性好、偏析小、性能稳定，耐热性能 好、强度高、抗耐疲劳性能好的一种新型超低磷的耐热钢材，可满足制造大功率气轮发电机等的用 材，为燃气轮发电机制造技术和性能的提升起到了关键性的作用。
【具体实施方式】
[0019]下面通过实施例，对本发明作进一步的描述。
[0020](一 )化学成分优化[0021]与原来的lCrl2Mo材料比较，C从原来的0.10~0.15%优化为C0.08~0.12% ;Si从原来的≤0.50%优化至0.20~0.50% ；Mo从原来的0.30~0.60%优化为0.85~1.05% ；P从原来的≤0.035%优化为≤0.008% ；S从原来的≤0.030%优化为≤0.008% ；Cr从原来的11.0~13.0 %优化为8.00~9.50 % ；Ni从原来的0.30~0.60%优化为(0.40%;新增添 Nb0.08 ~0.10%；V0.18 ~0.25%；N0.03 ~0.07%;控制 Al ( 0.04%。
[0022]( 二 )冶炼
[0023]一、EAF (电弧炉)冶炼:
[0024]1、配料:选择S、P均≤0.030%的优质废钢和纯净的Cr、Mo、Nb、V合金料；
[0025]2、在EAF电弧炉冶炼:
[0026]开始首先加入I~2% FeO(铁矿石)，2%石灰作炉底铺底料；
[0027]熔化末期、氧化初期:当钢液温度1540~1560°C时，加入2.0~2.5 % FeO和
1.8%~2.5%的石灰，使钢液碱度在2~2.5时，加强吹O脱C，使脱C量≥0.40%，并不断让炉渣流淌，使P脱至0.002~0.003% ；
[0028]3、在倒入VODC中间包之后，将炉渣扒净，以防在VODC精炼炉中冶炼时回P。
[0029]三、VODC真空精炼
[0030]VOD阶段:真空度80~120mbr，吹氧速度550mVh，抽真空时间I~1.5h，Ar流量5m3/h，C 至 0.12 ~0.15% ;[0031]V⑶阶段:真空度≤lmbr，抽真空时间10~15分钟，Ar流量5m3/h ;调整各成分至规定(除N外)；
[0032]VOH阶段:按钢水重量加入I %铝提高250°C计算，升温至1650~1670°C，吹氧速度 500 ~600m3/h,真空度 350 ~450mbr, Ar 流量 5m3/h ；
[0033]VD阶段:真空度≤Imbr，抽真空时间12~15分钟，Ar流量5m3/h。
[0034]4、出钢:当钢水温度1600°C转入钢包，并在钢包内加入1.5~2.5kg/t硅钙脱氧剂进行终脱氧.钢水入包后调整N至0.03~0.07%。
[0035]5、浇注:浇注前钢包镇静大于4分钟，浇注时氩气保护，浇注温度1580°C，浇注速度 6 ~7mm/s。
[0036]6、模冷:模冷时间T (h) = 35R2 (米)X 1.2，再脱模。
[0037]7、退火:脱模后及时退火，退火工艺为730°C X 2.5~3.00分钟/毫米，保温后炉冷至< 300°C空冷。
[0038]测试结果化学成分比较(Wt/% )
[0039]
【权利要求】
1.F91高耐热钢，其特征在于化学成分按重量百分比:C0.08~0.12、Mn0.30~0.50、P ≤ 0.008、S ≤ 0.008,Si0.20 ~0.50,Ni ^ 0.40、Cr8.00 ~9.50,Mo0.85 ~1.05,Nb0.08 ~0.10、V0.18 ~0.25、N0.03 ~0.07、Al≤ 0.04，其余为 Fe。
2.如权利要求1所述F91高耐热钢的生产工艺，其特征在于冶炼方法: 在EAF电弧炉冶炼: 冶炼前先用I~2% FeO， 2%石灰放入炉内铺底； 熔化末期、氧化初期:当钢液温度1540~1560°C时，加入2.0~2.5% FeO和1.8%~2.5%的石灰，使钢液碱度在2~2.5时，加强吹O脱C，使脱C量≥0.40%，并不断让炉渣流淌，使P脱至0.002~0.003 % ； 在倒入VODC中间包之后，将炉渣扒净，以防在VODC精炼炉中冶炼时回P ； 在VODC真空精炼: VOD阶段:真空度80~120mbar，吹氧速度550m3/h，抽真空时间I~1.5h，Ar流量5m3/h，C至0.10%以下； V⑶阶段:真空度≤lmbar，抽真空时间10~15分钟，Ar流量5m3/h，调整各成分除N外至规定要求； VD阶段:真空度≤lmbar.抽真空时间12~15分钟，Ar流量5mVh钢水入包后调整N至 0.03 ~0.07%。
【文档编号】C21C5/52GK103938107SQ201410169350
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】俞荣新, 张庭超, 祖宇伟 申请人:浙江大隆合金钢有限公司