高压锅炉管用P22管坯钢的开发生产

袁淑君，李业才

（山钢股份莱芜分公司特钢事业部，山东莱芜271105）

生产技术

高压锅炉管用P22管坯钢的开发生产

袁淑君，李业才

（山钢股份莱芜分公司特钢事业部，山东莱芜271105）

依据钢的技术要求，设计了钢的化学成分及内控要求，采用纯净钢技术控制S、P及夹杂物，选用优质废钢和铁水控制As、Sn、Pb、Sb、Bi等有害元素，并通过Ca处理降低夹杂物的危害，莱钢采用EAF-LF-VD-CC工艺流程开发了P22管坯钢。实物质量检测表明，钢质纯净，微量有害元素低，回火脆性敏感系数J、CEF控制理想，圆坯低倍组织和表面质量良好。

P22管坯钢；大圆坯；回火脆性敏感系数；夹杂物

1　前言

P22牌号是ASME锅炉及压力容器等规范SA-355/SA-355M《高温用无缝铁素体合金钢公称管》标准中的通用牌号，采用穿管工艺加工成无缝高压锅炉管，安装于超临界及超超临界火电机组中。由于无缝高压锅炉管常处于高温、高压的工作环境，对管坯质量要求极高，钢中成分偏析、有害元素和夹杂物、表面缺陷都会对锅炉管的高温持久强度和疲劳破坏产生不利影响。莱钢结合100 t电炉生产线先进的工艺、技术装备，开发了Φ500～Φ800 mm规格P22高压锅炉管用连铸圆坯，使莱钢产品进入锅炉加工行业更加高端的市场，很好地优化莱钢现有品种结构的同时，创造了较好的经济效益。

2　主要技术要求

管坯钢在制管过程中经热态穿孔、轧制、冷态冷拔等多道工序，经受各种复杂的应力，管坯表面和内部的缺陷会延伸、扩展、暴露，而且钢管出厂要进行超声波和涡流联合探伤检验。因此，管坯钢必须有良好的表面和内在质量。

2.1化学成分

钢的化学成分应符合标准及内控成分要求，钢材的成品化学成分不允许存在偏差。熔炼及成品分析应满足如下要求：

J=（Si+Mn）×（P+Sn）×104≤100；

CEF=P+2.4As+3.6Sn+8.2Sb≤0.1%。

式中J、CEF为回火脆性敏感系数；Si、Mn、P、Sn、Sb为各元素的质量分数。

要求钢材氧含量≤20×10-6，氮含量≤80×10-6，氢含量≤2×10-6。

2.2低倍组织

按GB/T 226标准检验P22钢圆坯低倍组织，按YB/T 4149附录A评级图评定。圆坯横截面酸浸低倍试片上不允许有肉眼可见的气泡、夹杂、翻皮。低倍组织应符合标准要求。

2.3非金属夹杂物

制得的钢管按GB/T 10561—2005中A法检验非金属夹杂物，合格级别应符合标准要求。

3　P22管坯钢的试制开发

3.1成分设计

As、Sn、Pb、Sb、Bi是低熔点有害元素，易在晶界偏聚，对于高压管的高温强度十分有害；Cu、N元素对高压管的热脆性不利，必须尽可能降低。P22钢在高温下长时间使用会产生回火倾向，在材料生产时需要控制回火脆性敏感系数（即J、CEF）。由此设计了钢的化学成分及内控目标。冶炼采用纯净钢技术控制S、P及夹杂物，选用优质废钢和铁水控制As、Sn、Pb、Sb、Bi等有害元素，通过Ca处理降低夹杂物的危害［1］。

3.2工艺控制要点

工艺流程：配料（热装铁水）→电炉冶炼→LF炉精炼+VD真空脱气处理→连铸（电磁搅拌）→入坑缓冷。

3.2.1冶炼工艺

选用优质废钢和铁水，确保热装铁水比50%～60%。要求原辅材料全部烘烤，以减少钢中气体含量。

电炉冶炼：加入炉料后，先采用中低氧吹氧造渣，冶炼前期杜绝高氧，控制炉渣的流动性，保证合适的脱磷条件，并充分利用熔化期温度较低的有利条件，提高初渣的氧化性，提高炉渣脱磷的能力，温度高于1 450℃时，保证炉门口自动流渣，及时放掉磷含量高的初渣。全过程造泡沫渣操作，保证良好的氧化沸腾，促进钢中夹杂物和气体的上浮，脱碳量＞0.30%；合理控制脱碳及升温速度，控制碳氧反应搅拌熔池，确保碳氧反应增加钢渣界面的脱磷效果，有利于进一步脱磷；严格控制终点［C］≥0.10%，［P］≤0.006%；控制出钢温度在1 620～1 640℃之间，避免出现高温回磷现象。出钢时留钢、留渣操作，严禁下氧化渣，为精炼创造好的钢水条件。

LF精炼：完成脱氧、脱硫、去除夹杂物、成分和温度调整等多项精炼任务。电炉出钢时做好钢包预脱氧，降低溶解氧含量至20×10-6以下，确保精炼位深脱硫条件；钢包到位后，在包中碳允许的条件下尽量使用增碳剂调渣，禁止加入大量碳化硅调渣降低炉渣碱度；保持炉渣合适流动性，白渣保持时间＞15 min；精炼炉确保一次样Al≥0.03%，降低溶解氧含量，增强脱硫效果；LF精炼严格控制S含量＜0.005%；钢中喂入Ca线进行夹杂物变性处理，对降低大颗粒夹杂物会产生积极影响。

钢水VD真空脱气：控制好精炼渣的流动性和真空温度，真空处理时间27 min。VD处理过程中合理控制氩气，破除真空后软吹氩时间≮25 min，以提高钢水纯净度。

3.2.2连铸工艺

连铸工艺重点是防止钢液二次污染，保证钢的洁净度；提高铸坯均匀性、低倍组织和表面质量；减轻凝固过程中成分和组织偏析。

稳定中间包浇注条件，稳定控制中间包液面不低于800 mm。连铸采用全程保护浇注，大包保护采用长水口，中间包采用整体浸入式水口，使用覆盖剂，选用性能优良的专用结晶器保护渣，以防止钢水二次氧化。做好连铸工艺操作的“恒液面、恒温、恒拉速”的稳定控制；采用低过热度浇注，中包钢水过热度控制在20～30℃，防止柱状晶过快生长，以增加铸坯中的等轴晶，减轻中心疏松和偏析。在结晶器和凝固末端采用电磁搅拌；注意过热度和二冷配水量，保证铸坯冷却均匀。保证进入拉矫机的铸坯表面温度＞950℃［2］。

3.2.3缓冷

缓冷可以消除铸坯的热应力和组织应力，同时使钢中的氢得到充分扩散，700～500℃是最有效的去氢温度范围，防止白点的产生，防止内部裂纹的产生。缓冷对探伤合格率的改善主要是气体氢的影响，在凝固过程中，氢容易在枝状晶之间聚集，连铸过程中产生的组织应力，加剧了氢的聚合。缓冷过程中析出的过饱和氢有充分的时间排除，缓冷相变促进了C、Mn元素的扩散，减轻了中心偏析。

4　产品实物质量分析

4.1化学成分及钢中气体

统计50炉化学成分数据，P22钢熔炼化学成分标准、内控要求及成品实测结果见表1、表2。从表1、表2可以看出，P22钢化学成分控制在内控要求范围内而且波动范围较窄，有害元素含量低，J系数最大值65.38，CEF最大值0.066%；钢中氧含量≤15× 10-6，氮含量≤74×10-6，氢含量≤1.5×10-6，钢质纯净度高。

表1　P22管坯钢熔炼化学成分（质量分数）%

表2　P22管坯钢有害元素熔炼成分（质量分数）%

4.2低倍组织

统计50炉P22钢低倍组织检测结果，钢材横截面酸浸低倍组织试片上未发现肉眼可见的缩孔、裂纹、气泡、夹杂、折叠、白点及有害夹杂物，低倍组织检验结果良好。P22钢低倍组织标准要求及实测结果见表3。图1为Φ650 mm规格圆坯低倍组织形貌。

表3　P22管坯钢低倍组织要求及实测结果级

图1　Φ650 mm P22钢圆坯低倍组织（中心疏松1.0级）

4.3非金属夹杂物

统计50炉P22钢非金属夹杂物检验结果，钢中无大颗粒夹杂物，未发现C类夹杂物。钢中非金属夹杂物符合标准要求。非金属夹杂物企业内控要求及实测结果见表4。

5　结语

莱钢采用EAF-LF-VD-CC流程生产P22高压锅炉管用连铸圆坯工艺及各项参数合理，圆坯低倍组织及表面质量控制良好，现已进入大批量生产阶段，累计生产6 000余t合格产品。圆坯成分、气体含量控制良好，洁净度高，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%；回火脆性敏感系数J≤65.38，CEF≤0.066%；A类、B类非金属夹杂物控制在0～0.5级，均很好地满足了标准要求。莱钢生产的P22高压锅炉管用连铸圆坯已通过东锅、哈锅等供方认可，制得的钢管满足了用户标准和装机使用要求。

表4　P22钢管非金属夹杂物要求及实测结果级

［1］阳燕，刘建华，包燕平，等.高压锅炉管用钢P12的洁净度分析［J］.钢铁钒钛，2010，31（4）：62-63.

［2］张志宏，刘伟平，李国光，等.Φ500 mm大圆坯连铸机的生产实践［J］.特殊钢，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年毕业于西安建筑科技大学金属材料专业。现为山钢股份莱芜分公司特钢事业部工程师，从事优特钢新产品开发及工艺研究工作。