钢研102（12Cr2MoVWTiB）是什么材质？有哪些性能特点？
钢研102（12Cr2MoWVTiB） 是一种低合金贝氏体型耐热钢。主要采用钨钼复合固溶强。钒钛复合弥散强化和微量硼的硬化,在小于600 °C的工况下该钢具有优良的综合力学性能。
钢研102（12Cr2MoVWTiB）高压锅炉管的生产工艺钢研102（12Cr2MoVWTiB）是我国自行研制开发的高压锅炉管用钢。由于其具有较高的使用温度(≤620℃) 、良好的焊接性能及在高温下表现出的优良的力学性能、耐磨性及抗高温蠕变性能等, 现已成为我国20万、30万kW火力发电机组的主力钢种, 被广泛的用在过热器和再热器上。衡钢采用水平连铸的方式, 成功地开发出12Cr2MoVWTiB钢圆管坯, 并冷拔出成品, 实物完全达到GB5310高压锅炉用无缝钢管标准的要求。
本文简要介绍了“钢研102合金-12Cr2MoVWTiB”高压锅炉管的水平连铸和冷拔生产工艺。
钢研102合金钢管 是一种低合金贝氏体型耐热钢,主要采用钨钼复合固溶强化,钒钛复合弥散强化和微量硼的硬化,在小600°C的工况下该钢具有优良的综合力学性能,抗氧化性能及组织稳定性。该钢种在620°C时热强性较好,甚至达到某些铬镍奥氏体钢的水平,但抗氧化性能急剧下降,其3000h 的单位面积增重为242g/ m2 ,腐蚀率为0.15mm/ 年,故近年来有关资料中已将其最高推荐使用温度由620°C降为600°C。
在使用状态下以铁素体组织为主的合金钢管。具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类合金钢管存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术（AOD或VOD）的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。
是奥氏体和铁素体组织各约占一半的合金钢管。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体合金钢管的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体合金钢管的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体合金钢管相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相合金钢管具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍合金钢管。
一、钢研102炼钢生产工艺
1.1 钢坯冶炼工艺：电炉冶炼 → 炉外精炼(EF+LF+VD) →水平连铸 (HCC)→管坯入库。
1.2 连铸工艺参数：吊包温度1640±5℃；拉坯速度≤3.5m/min, 起铸速度0.45m/min,正常 2.3～2.5m/min；铸坯规格φ140 mm
1.3 管坯质量:管坯表面没有明显的裂纹、缩孔等, 组织均匀, 中心疏松<2级, 非金属夹杂物为0.5级,低倍组织和非金属夹杂物分别符合GB226和GB10156标准规定。
二、钢研102高压锅炉管生产工艺
2.1 工艺流程管坯 → 检验修磨 → 加热 → 穿孔 → 轧管→ 中 间 库 → 表 面 检 查 → 投 料 → 打 头 →退火 → 酸洗 → 水洗 → 润滑 → 冷拔 → 成品热处理 → 矫直 → 切头尾 → 探伤 → 人工复检 → 包装→ 入库。
2.2 钢研102高压锅炉管尺寸技术要求：尺寸φ38 mm×4.5mm×8m上, φ38mm×4mm×8m上；
标准GB5310高压锅炉用无缝钢管；性能φb=545~735MPa,σS≥345MPa,δ5≥18%-
2.3 工艺参数
2.3.1 热轧参数由φ89连轧管机轧管提供毛管, 热轧工艺参数如下:
管坯φ140 mm；加热温度1230～1260℃；毛管φ132×12mm；顶头φ96 mm；荒管φ109×5.5mm；芯棒φ95 mm；再加热温度950～1000℃；热轧成品φ63.5×5.5mm
2.3.2 冷拔工艺参数表1列出了φ38×4.5的冷拔工艺参数(拔φ38×4时将φ44×4.4改拔φ45×3.9)。
表1、钢研102高压锅炉管 冷拔工艺参数
道次 | 钢管尺寸 /mm | 拔制方式 | 延伸系数 | 中间工序 |
0 1 2 3 4 | φ63.5×5.5 φ58×4.8 φ51×4.3 φ44×4.4 φ38×4.5 | — 带芯拔 带芯拔 空拔 空拔 | — 1.250 1.272 1.153 1.156 | 打头、退火、酸洗、润滑 ( 烘干) 退火、酸洗、润滑 ( 烘干) 退火、酸洗、润滑 ( 烘干) 改头、退火、酸洗、润滑 ( 烘干) 成品热处理 |
2.3.3 成品热处理工艺(按GB5310高压锅炉用无缝钢管)，
正火:1030±10℃,保温30min；回火:780±10℃ ,保温3h。为使钢管获得均匀、稳定的性能和光洁表面, 采用电加热氮气保护热处理。
三、钢研102高压锅炉管关键技术
(1) 该钢种热导率较低, 加热时热应力影响大, 适宜缓慢均匀加热。
(2) 该钢种合金含量较高, 表面的氧化物难溶于一般酸洗溶液 ( 即稀硫酸) 中, 在酸洗时添加适当的 NaCl , 可取得良好的效果。磷化时生成的磷化膜层薄, 对润滑剂的吸附能力差。采用二次润滑法 ( 即第一次润滑干燥后重新润滑) 可获得良好的润滑效果。
(3) 在冷加工过程塑性差, 变形应力较高,应及时消除, 避免应力集中引起裂纹或开裂,在过程热处理时要堆冷, 对成品正火前还应先低温预热处理。
(4)中间热处理的温度适宜, 不能太高,加热时间要充分, 使钢研102高压锅炉管完全软化, HB≤200时可继续冷加工。
4 检测结果
4.1 化学成分：如表2所示,钢研102高压锅炉管的熔炼成分符合GB5310高压锅炉用无缝钢管标准规定, 主要元素如C等含量处于中间值,微量元素控制较好,尤其残余元素S、P含量低。
4.2 钢管尺寸精度：全部尺寸均符合规定要求, 外径D38 ±0.10mm , 壁厚偏差 ΔS≤ 0.5 mm 。
4.3 钢管机械性能和工艺性能：钢管机械性能和工艺性能见表3 。
4.4 钢管显微组织与晶粒度及脱碳层检验钢管显微组织与晶粒度及脱碳层检验见表4 。
表 2 钢研102高压锅炉管化学成分 (%)
项目 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Cr | Mo | Ti | V | B | W | Ni |
炉号 规定值 | 0.09 0.08 ~ 0.15 | 0.61 0.45 ~ 0.75 | 0.55 0.45 ~ 0.65 | 0.010 ≤0.030 | 0.006 ≤0.030 | 0.10 ≤0.20 | 1.73 1.60 / 2.10 | 0.52 0.50 / 0.65 | 0.09 0.08 / 0.18 | 0.29 0.28 / 0.42 | 0.007 0.002 / 0.008 | 0.33 0.30 / 0.55 | 0.1 ≤0.30 |
表 3 钢研102高压锅炉管的机械性能和工艺性能
项 目 | 钢管尺寸 /mm | σ b /MPa | σs /MPa | δ5 /% | 压扁试验 | 扩口试验 |
炉号 9911480 GB5310规定值 | 38×4.5 38×4 | 653 /679 663 /664 540～735 | 499 /526 431 /432 ≥345 | 21.4/22.4 25.2/28.8 ≥18 | 合格 合格 合格 | 合格 合格 合格 |
表 4 钢研102高压锅炉管显微组织与晶粒度及脱碳层检验
项目 | 钢管尺寸 /mm | 显微组织 | 晶粒度 / 级 | 脱碳层 /mm |
炉号 9911480 GB5310规定值 | 38×4.5 38×4.0 | B /B B /B S 或 S+ 回火 B | 10 10 ≥4 | 内外 0.2 内外 0.2 ≤0.6 |
用连铸坯生产钢研102钢冷拔高压锅炉管各项技术指标和性能检测结果都符合GB5310标准规定。经用户使用运行良好。
