本发明涉及发电和材料
技术领域：
，具体的，涉及钢材及其制备方法和应用，更具体的，涉及钢材、管道、超超临界机组和制备上述钢材的方法。
背景技术：
：目前国内大型火电设备普遍存在大幅度调峰运行的要求，对机组管道系统造成频繁交变应力，对管道材料要求较严格。另外，对于火电厂超超临界机组，提高锅炉内蒸汽温度可以显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。然而，由于管道用材制约，目前超超临界机组的主汽和再热器温控制在610～620℃。对于宽负荷运行的机组，管道要求能够承受更大的热应力。因此，目前的用于超超临界机组管道系统的材料仍有待改进。技术实现要素：本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以在630℃条件下可以保证超超临界机组稳定工作的钢材。在本发明的一个方面，本发明提供了一种钢材。根据本发明的实施例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.10～0.14％；硅：≤0.10％；锰：0.30～0.60％；磷：≤0.010％；硫：≤0.005％；铬：8.5～9.5％；钨：2.50～3.10％；钴：2.80～3.30％；铌或钽：0.03～0.07％；钒：0.15～0.25％；氮：0.004～0.010％；硼：0.010～0.016％；镍：≤0.20％；铝：≤0.010％；和余量的铁。发明人发现，含有上述成分的钢材，具有优异的耐热性能，高温条件下长时间工作不会产生热疲劳损伤。特别是，将该钢材应用于火电超超临界机组管道系统，不仅能够有效保持良好的强度，且线膨胀系数较小，可以使得火电超超临界机组在630℃工况长时间稳定工作，显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。根据本发明的实施例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.12％；硅：0.07％；锰：0.35％；磷：0.005％；硫：0.001％；铬：8.9％；钨：2.70％；钴：3.00％；铌：0.05％；钒：0.20％；氮：0.008％；硼：0.013％；镍：0.08％；铝：0.001％；和余量的铁。根据本发明的实施例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.13％；硅：0.08％；锰：0.33％；磷：0.006％；硫：0.001％；铬：9.0％；钨：2.80％；钴：3.10％；铌：0.04％；钒：0.21％；氮：0.007％；硼：0.014％；镍：0.07％；铝：0.001％；和余量的铁。根据本发明的实施例，在工作温度630℃，所述钢材的持久强度大于100mpa。根据本发明的实施例，在工作温度630℃，所述钢材的平均线膨胀系数在12.0×10-6～12.5×10-6/℃之间。在本发明的另一方面，本发明提供了一种管道。根据本发明的实施例，所述管道是由前面所述的钢材制成的。由上述钢材制成的管道，具有优异的耐热性能，可以广泛用于630℃超超临界汽轮机管道系统，可以满足国内大型火电设备普遍存在大幅度调峰运行的要求，可在630℃工作温度长时间稳定运行不会产生热疲劳损伤，并且具有更高的耐温度变化能力，同时提高蒸汽温度可以显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。在本发明的再一方面，本发明提供了一种超超临界机组。根据本发明的实施例，该超超临界机组包括前面所述的管道。发明人发现，包括前面所述管道的超超临界机组，可以在630℃工作温度下长时间稳定工作，汽轮发电机组的效率显著提高，温室气体排放明显降低。在本发明的又一方面，本发明提供了一种制备前面所述的钢材的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将制备钢材的原料进行冶炼，得到冶炼产物；将所述冶炼产物进行精炼，得到精炼产物；将所述精炼产物进行真空碳脱氧，得到真空碳脱氧产物；将所述真空碳脱氧产物进行电渣重熔，得到所述钢材。通过该方法，可以快速有效的制备获得前面所述的钢材，步骤简单，操作方便，且对操作人员和设备无特殊要求，易于实现工业化生产。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在本发明的一个方面，本发明提供了一种钢材。根据本发明的实施例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.10～0.14％；硅：≤0.10％；锰：0.30～0.60％；磷：≤0.010％；硫：≤0.005％；铬：8.5～9.5％；钨：2.50～3.10％；钴：2.80～3.30％；铌或钽：0.03～0.07％；钒：0.15～0.25％；氮：0.004～0.010％；硼：0.010～0.016％；镍：≤0.20％；铝：≤0.010％；和余量的铁。发明人发现，含有上述成分的钢材，具有优异的耐热性能，高温条件下长时间工作不会产生热疲劳损伤。特别是，将该钢材应用于火电超超临界机组管道系统，不仅能够有效保持良好的强度，且线膨胀系数较小，可以使得火电超超临界机组在630℃工况长时间稳定工作，显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。根据本发明的一个具体示例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.12％；硅：0.07％；锰：0.35％；磷：0.005％；硫：0.001％；铬：8.9％；钨：2.70％；钴：3.00％；铌：0.05％；钒：0.20％；氮：0.008％；硼：0.013％；镍：0.08％；铝：0.001％；和余量的铁。根据本发明的另一个具体示例，按照质量分数计，制备所述钢材的原料含有：碳：0.13％；硅：0.08％；锰：0.33％；磷：0.006％；硫：0.001％；铬：9.0％；钨：2.80％；钴：3.10％；铌：0.04％；钒：0.21％；氮：0.007％；硼：0.014％；镍：0.07％；铝：0.001％；和余量的铁。具有上述组分的钢材，与现有630℃等级管道材料相比，w、co等合金元素含量提高至约3％，并含有约130ppm的b元素，使钢在630℃的高温条件下仍具有良好的强度，在工作温度630℃、运行时间105h条件下，持久强度大于100mpa；在工作温度630℃条件下，平均线膨胀系数在12.0×10-6～12.5×10-6/℃之间。应用于火电超超临界机组管道系统，不仅能够有效保持良好的强度，且线膨胀系数较小，可以使得火电超超临界机组在630℃条件下长时间稳定工作，显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。根据本发明的实施例，在工作温度630℃条件下，所述钢材的持久强度大于100mpa。由此，可以保证超超临界机组在630℃时稳定运行，显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。根据本发明的实施例，在工作温度630℃条件下，所述钢材的平均线膨胀系数在12.0×10-6～12.5×10-6/℃之间。由此，能够保证超超临界机组在630℃条件下稳定运行，不会产生热疲劳损伤，进而显著提高汽轮发电机组的效率。在本发明的另一方面，本发明提供了一种管道。根据本发明的实施例，所述管道是由前面所述的钢材制成的。有上述钢材制成的管道，具有优异的耐热性能，可以广泛用于630℃超超临界汽轮机管道系统，可以满足国内大型火电设备普遍存在大幅度调峰运行的要求，在630℃工作温度时不会产生热疲劳损伤，并且具有更高的耐温度变化能力。在本发明的再一方面，本发明提供了一种超超临界机组。根据本发明的实施例，该超超临界机组包括前面所述的管道。发明人发现，包括前面所述管道的超超临界机组，可以在630℃工作温度长时间稳定工作。在本发明的又一方面，本发明提供了一种制备前面所述的钢材的方法。根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤：s100：将制备钢材的原料进行冶炼，得到冶炼产物。根据本发明的实施例，该步骤中，按照前面所述的成分即配比称取原料，即按照质量分数计，称取碳：0.10～0.14％；硅：≤0.10％；锰：0.30～0.60％；磷：≤0.010％；硫：≤0.005％；铬：8.5～9.5％；钨：2.50～3.10％；钴：2.80～3.30％；铌或钽：0.03～0.07％；钒：0.15～0.25％；氮：0.004～0.010％；硼：0.010～0.016％；镍：≤0.20％；铝：≤0.010％；和余量的铁。然后将上述原料进行冶炼。根据本发明的实施例，进行冶炼的具体设备不受特别限制，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。在本发明的一些实施例中，可以利用电炉进行冶炼。由此，设备易得，操作简单，对技术人员没有特殊要求，且成本较低。s200：将所述冶炼产物进行精炼，得到精炼产物。根据本发明的实施例，在该步骤中，将上述经过初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。这样可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。根据本发明的实施例，进行精炼的具体方式不受特别限制，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。在本发明的一些实施例中，可以采用钢包精炼炉进行钢包精炼。在钢包精炼过程中，钢液通过电弧加热获得新的热能，这不但能使钢包精炼时可以补加合金和调整成分，也可以补加渣料，便于钢液深脱硫和脱氧。同时，通过装在钢包底部的透气砖向钢液中吹氩，钢液获得一定的搅拌功能。采用钢包精炼炉进行钢包精炼，可以加快生产节奏，提高生产效率。s300：将所述精炼产物进行真空碳脱氧，得到真空碳脱氧产物。根据本发明的实施例，在该步骤中，利用碳对钢进行脱氧，脱氧产物为co，不会玷污钢液，而且在气体逸出的过程中，可以有效去除钢液中的气体和夹杂物。s400：将所述真空碳脱氧产物进行电渣重熔，得到所述钢材。根据本发明的实施例，该步骤中，电渣重熔过程中，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收，且钢中有害元素通过钢-渣反应和高温气化可以比较有效地去除。通过上述方法，可以快速有效的制备获得前面所述的钢材，步骤简单，操作方便，且对操作人员和设备无特殊要求，易于实现工业化生产，且获得的钢材具有优异的机械性能和耐热性能，在630℃条件下长时间工作，持久强度大于100mpa，平均线膨胀系数在12.0×10-6～12.5×10-6/℃之间，应用于超超临界机组管道系统，可以使得超超临界机组在630℃条件下稳定运行，不会产生热疲劳损伤，并且具有更高的耐温度变化能力。同时提高蒸汽温度可以显著提高汽轮发电机组的效率，降低温室气体排放。下面详细描述本发明的实施例。实施例1：钢材的制备配方：碳：0.12％；硅：0.07％；锰：0.35％；磷：0.005％；硫：0.001％；铬：8.9％；钨：2.70％；钴：3.00％；铌：0.05％；钒：0.20％；氮：0.008％；硼：0.013％；镍：0.08％；铝：0.001％；和余量的铁。制备方法：按照上述配方称取原料，并利用电炉进行冶炼，将所得到的冶炼产物加入钢包精炼炉进行钢包精炼，然后将精炼产物进行真空碳脱氧，接着将得到的真空碳脱氧产物进行电渣重熔，得到钢材。实施例2：钢材的制备配方：碳：0.13％；硅：0.08％；锰：0.33％；磷：0.006％；硫：0.001％；铬：9.0％；钨：2.80％；钴：3.10％；铌：0.04％；钒：0.21％；氮：0.007％；硼：0.014％；镍：0.07％；铝：0.001％；和余量的铁。制备方法：按照上述配方称取原料，并利用电炉进行冶炼，将所得到的冶炼产物加入钢包精炼炉进行钢包精炼，然后将精炼产物进行真空碳脱氧，接着将得到的真空碳脱氧产物进行电渣重熔，得到钢材。实施例3：性能测试该实施例中，对前面实施例1和2中制备获得的钢材分别于室温和650℃条件下进行拉伸性能测试。(1)测试步骤：室温拉伸试验按照《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》(gb/t228.1-2010)执行，高温拉伸试验按照《金属材料拉伸试验第2部分：高温试验方法》(gb/t228.2-2015)执行。(2)测试结果：实施例1测试结果：1)室温拉伸性能：屈服强度rp0.2，610mpa；拉伸强度rm，720mpa；延伸率a，25％；断面收缩率z，60％。2)650℃拉伸性能：屈服强度rp0.2，320mpa；拉伸强度rm，375mpa；延伸率a，21％；断面收缩率z，81％。实施例2测试结果：1)室温拉伸性能：屈服强度rp0.2，615mpa；拉伸强度rm，715mpa；延伸率a，24％；断面收缩率z，55％。2)650℃拉伸性能：屈服强度rp0.2，325mpa；拉伸强度rm，370mpa；延伸率a，20％；断面收缩率z，79％。实施例4：线膨胀系数测试实施例测试步骤：按照《金属材料热膨胀特征参数的测定》(gbt4339-2008)要求，对实施例1制备获得的钢材进行测定。测试结果如下：序号温度范围，℃平均线膨胀系数120～10010.3220～20010.5320～30010.9420～40011.3520～50011.6620～60012.0720～70012.5在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页12