SA-106C高压锅炉管工艺研究.doc

SA-106C高压锅炉管工艺研究胡建成、赵颖、高全德、王怡群、李玉明（中原特钢股份有限公司，济源454685）摘要：SA-106C高压锅炉管在生产时普遍存在强度低、塑韧性差及冷弯裂纹的问题，通过精确控制管坯用钢的化学成分、大幅度提高钢液的纯净度和采用两次正火+风冷的热处理方式，使SA-106C高压锅炉管的合格率从50%提高至95%，获得了良好的综合力学性能关键词：SA-106C；高压锅炉管；纯净度；两次正火+风冷；冷弯裂纹Technical Study on SA-106C High Pressure Pipe for BoilersHu Jiancheng, ZhaoYing, Gaoquande, Wang Yiqun,Li Yuming(Zhongyuan Special Steel Co., Ltd, Jiyuan 454685)Abstract: Low strength, poor plasticity and ductility, and cold bending cracks are common problems in production of SA-106C high press pipe for boilers. Favorable comprehensive mechanical properties have been obtained by accuracy control of chemical composition of steel for pipe billets together with greatly improving the cleanness of the molten steel, and by the adoption of heat treatment of double normalizing and air cooling, which enables conformity rate of the pipes increases from 50% to 95%.Key words: SA-106C, High Pressure Pipe for Boilers, Cleanness, Double Normalizing and Air Cooling, Cold Bending Crack1 前言SA-106C高压锅炉管是我公司新开发的主要产品之一，主要用于锅炉中的水冷壁、过热器、预热器、热交换器、管道等部位，使用压力为6.0～13.9MPa，蒸汽温度为450～580℃，属于高压容器。

管坯由钢锭锻造并经粗加工而成，尺寸较大且力学性能要求较高我公司于2005年7月开始生产该产品，合格率仅为50%，极大地影响了公司的供货能力在公司提出以“名牌精品占领市场”的战略方针下，我们对该产品进行了一系列的研究与工艺试验，最终使我公司SA-106C高压管合格率从50%提高到至95%，给公司带来巨大的经济效益2 技术要求高压锅炉管生产以GB5310-1995标准及我公司企业标准Q/HZTG04-2005《高压锅炉用无缝钢管管坯》为生产技术条件2.1 化学成份见表1 表1 SA-106C钢的化学成分（Wt%）Table 1 Chemical composition of SA-106 steel元素CSiMnCrMｏPSVNiCu标准成分≤0.27≥0.100.29～1.06≤0.40≤0.15≤0.025≤0.025≤0.08≤0.40≤0.202.2 低倍组织：不应有肉眼可见的白点、夹杂、裂纹、皮下气泡、翻皮和分层等缺陷2.3 非金属夹杂物：按GB/T10561中的JK评级图评定级，A、B、C、D各类夹杂物应分别不大于2级2.4 显微组织为铁素体+珠光体2.5 钢管热处理前每支磁探；热处理后按GB/T5777附录A探伤，并按C5级验收。

2.6 实际晶粒度：应不小于4级，同炉2支钢管试片上最大与最小差应不大于3级2.7 水压试验按GB5310的要求逐根进行2.8 钢管按GB/T232进行弯曲试验试验应在室温下弯至180º，而受弯部位在外侧不发生裂纹试样应在钢管的一端横向截取一个靠外，另一个应靠近内表面2.9 常温力学性能指标见表2表2 常温力学性能指标Table 2 Mechanical properties at room temperature牌号纵向横向ＲmMPａRｅHMPａA%AｋｖJＲm MPａRｅHMPａA%AｋｖJSA-106C485-655≥275≥20≥27≥485≥275≥20≥273 高压管生产主要工艺流程40t高功率EBT电弧炉冶炼、LF/VD精炼、铸锭→加热、锻造、锻坯正火+扩氢退火→粗车外圆、磁探→热处理→理化检测、超声波探伤→精加工→超声波探伤、水压试验→验收→入库4 影响高压管合格率低的主要因素我们对2005年7-12月份生产的SA-106C高压锅炉管不合格品的生产情况进行了认真的统计分析，具体不合格的项目见表3表3 2005年7-12月份生产的高压管不合格项目统计Table 3 The nonconformity items of high pressure pipes produced in July~Dec., 2005项目数量/t频率（%）冷弯裂纹2255强度低1230冲击低410其它25合 计40100由表3的统计结果可知，冷弯裂纹和强度低是造成SA-106C高压锅炉管交验合格率低的主要原因。

5 原因分析5.1 冷弯裂纹的形成原因经过我们进一步的统计分析发现，所有出现冷弯裂纹的管坯，基本上都伴随有冲击不均匀、塑韧性差、夹杂物超标、晶粒粗大和混晶等其中一种或几种现象，有部分产品还出现魏氏组织这表明钢中化学成分和夹杂物分布极不均匀，钢的纯净度差，工件正火效果差，未能有效的细化晶粒和改善组织同时，我们还发现出现冷弯裂纹的大部分管坯中其化学成分C和Mn分别在0.22%和0.90%之上，同时这些炉号的硫含量较高，平均在0.015%,而[O]平均达40PPm，而低于此数值的多数未出现冷弯裂纹现象，这说明冷弯裂纹的出现应是钢液脱氧不良形成过多MnS夹杂造成的冷弯裂纹不合格项见表4表4 冷弯裂纹不合格项Table 4 Nonconformities in cold bending tests炉号C%Mn%S%[O] PPm冷弯裂纹357900.240.950.01742裂纹357970.230.930.01443微裂358150.240.970.01635微裂360950.200.850.00830完好361880.190.890.00629完好5.2 强度低的形成原因经统计，强度低的管坯都同时存在有夹杂物超标、晶粒粗大和混晶等现象，且化学成分中C和Mn都分别低于0.22%和0.85%，说明强度低和化学成分与正火效果差有着直接的关系。

强度不合格项见表5表5 强度不合格项Table 5 Nonconformities in tensile tests炉号C(%)Mn(%)正火温度(℃)保持时间(min/mm)Ｒm ( MPａ)358110.200.83910按壁厚每1min/mm计465361010.190.80910//458361590.180.78920//4506 改进措施6.1 对化学成分进行内控从以上分析中我们可以看出，化学成分中C、Mn、S和[O]含量与冷弯裂纹和强度低有着直接关系，当S和[O]含量过高，C和Mn的含量也过高时，冷弯出现裂纹，当C和Mn的含量过低时，又将直接导致强度不合因此，为了保证管坯热处理后力学性能满足标准要求，且有较大储备量，就不仅需要将材料化学成分控制在规定的范围内，还需对每一种化学元素在更窄的范围内进行精确调整，以提高材料的综合力学性能和抗回火稳定性经过分析和研究，我们对化学成分进行了调整，调整后的化学成分（Wt%）见表6：表6调整后的SA-106C钢的化学成分（Wt%）Table 6 Chemical contents of SA-106 steel after composition adjustment（Wt%）元素CSiMnCrMｏPSVNiCu[O]ppm标准成分≤0.27≥0.100.29～1.06≤0.40≤0.15≤0.025≤0.025≤0.08≤0.40≤0.20调整前0.20～0.260.20～0.370.75～0.95≤0.015≤0.10≤0.020≤0.020≤0.08≤0.20≤0.15调整后0.19～0.230.30～0.500.95～1.040.15～0.30≤0.10≤0.012≤0.008≤0.080.15～0.30≤0.15≤306.2 提高钢液纯净度6.2.1 优化配料：由调整前的全废钢+生铁冶炼改为调整后的优质废钢、返回钢、优质生铁及部分海绵铁,对配料用的废钢进行严格的分选,不使用轻薄料，不配加含As、Sn、Sb、Bi、Pb、Cu较高的废钢。

生产中除严格控制P、S等有害元素含量外，还需严格控制As、Sn、Sb、Bi、Pb等几种元素的含量，因该几种元素易在晶界附近偏析，导致晶界弱化从而降低钢的蠕变塑性，并尽力控制合金元素的波动，为后期的热处理创造良好条件要求Al≤0.020%，脱气后气体含量控制[H]≤2.0ppm、[O]≤30ppm6.2.2 采用留钢留渣操作，将氧化末期[P]控制在≤0.005%以内出钢过程中做到不卷渣、不下渣，从而确保成品中[P]控制在≤0.010%以内6.2.3 精炼过程结束后，采用喂0.5～0.8Kg/tCa-Si丝进行终脱氧,以进一步脱硫脱氧并改变夹杂物形态6.2.4 经还原及VD除气后，钢中氧脱至30 ppm以下，[S]控制在0.005%以内6.2.5 选用优质镁碳砖耐火材料，提高耐火材料使用寿命，保证其较低的蚀损率，以减少耐火材料中的氧化物对钢液的污染6.2.6 氩气保护：开浇前经由中注管往锭模内通入氩气, 全程氩气保护,以减少二次夹杂物6.3 采用两次正火+风冷的热处理方式针对管坯正火后晶粒粗大和混晶的现象，我们对热处理工艺进行了改进，决定采用两次正火+风冷的热处理方式即先在930℃进行第一次正火，再在910℃进行第二次正火，考虑到管坯尺寸较大，又恰值生产期间天气较暖，若正火后采用空冷，实际冷却速度将会非常缓慢，接近于退火时的冷却速度，对细化晶粒、改善组织和提高综合力学性能将产生不利的影响，因此两次正火后均采用风冷的冷却方式，以提高冷却速度，使管坯达到最佳强韧配比，满足技术条件要求。

此外，为减少管坯热处理后的变形量，在工艺设计时采用井式电阻炉加热。