《石化装置用P9无缝钢管的研发.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石化装置用P9无缝钢管的研发.pdf（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、石化装置用 P9 无缝钢管的研发 何彪;肖功业;王国亮;赵庆权;王庆国;许磊磊;张俊萍【摘 要】介绍了石化装置用 P9 热轧无缝钢管的国产化研发过程.通过合理的炼钢、轧制以及热处理工艺控制,研制出的 P9 热轧无缝钢管化学成分以及各项性能均满足ASME SA 335/SA 335M 标准要求,显微组织为回火马氏体,脆性转变温度在-48 左右,短时高温性能达到 ASME 相关规范要求,在 600时,屈服强度仍能够达到270 MPa,可以替代进口,实现 P9 无缝钢管的国产化.【期刊名称】钢管【年(卷),期】2014(043)004【总页数】3 页(P38-40)【关键词】P9 无缝钢管;耐热钢;
2、生产工艺;脆性转变温度;短时高温性能【作 者】何彪;肖功业;王国亮;赵庆权;王庆国;许磊磊;张俊萍【作者单位】天津钢管集团股份有限公司,天津 300301;天津钢管集团股份有限公司,天津 300301;天津钢管集团股份有限公司,天津 300301;天津钢管集团股份有限公司,天津 300301;天津钢管集团股份有限公司,天津 300301;天津钢管集团股份有限公司,天津 300301;天津钢管集团股份有限公司,天津 300301【正文语种】中 文【中图分类】TG335.71 P9 钢是马氏体耐热钢，通过添加 9%的 Cr 和 1%左右的 Mo，使钢具有较强的抗氧化性能和高温强度；可应用于温度65
3、0的过热器管、再热器管以及蒸汽管道等，同时还可以应用于温度550的侵蚀性强的石油化工装备1。目前国内石化行业所用的 P9 无缝钢管基本从国外采购，但是交货期长，且价格昂贵，从而严重制约了我国石化行业的快速发展2。为此，天津钢管集团股份有限公司（简称天津钢管）对 P9 无缝钢管进行了国产化研制。1 P9 无缝钢管的生产流程 根据天津钢管的设备现状，结合 P9 钢的特点，设计出 P9 无缝钢管的试制工艺流程：电弧炉炼钢钢包精炼真空脱气模铸管坯锻造管坯退火管坯加热斜轧穿孔PQF 连轧管机轧管三辊定径冷床冷却管端锯切钢管矫直漏磁探伤热处理矫直超声波探伤水压试验尺寸及外观检查钢管入库。1.1 炼钢及合金
4、成分控制 由于 P9 钢中添加了 9%的 Cr，为保证冶炼后期钢水温度不至于下降太多，同时缩短炼钢周期，采用感应炉提前熔化合金母液的工艺，从而避免了传统工艺因加入大量合金对钢水温度、处理周期以及钢水增碳方面的不利影响。C 含量太低会导致 P9 无缝钢管的高温强度降低，同时可能生成 铁素体；但过高的 C 含量既会降低可焊性，也使其室温硬度过高。通过采用优质低碳废钢，同时增加铁水比例，严格控制 C 含量，最终设计出 C 含量为 0.08%0.12%。S 和硫化物容易在晶界偏聚，从而削弱晶界强度，形成孔洞，导致晶界脆化和蠕变脆化，因此要严格控制3，一般将 S 含量控制在 0.005%以下。Al 虽是
5、良好的脱氧剂，但也会显著降低 P9 钢的高温持久性能，因此将其控制在0.015%以下。另外 P9 钢由于含有高 Cr、Mo、Si 等铁素体形成元素，有缩小奥氏体区的作用。由于铁素体相区的扩大和奥氏体相区的缩小，使得原本存在于1 400以上高温区的 铁素体在常温下有可能被保留下来，而 铁素体对钢的室温塑性影响相当明显，同时对钢的持久强度影响也相当显著4；因此需要抑制 铁素体在炼钢冷却过程中的形成，即严格控制 Cr、Mo、Si 等铁素体形成元素含量。表 1 为天津钢管首次试制生产的 P9 无缝钢管（规格为 219.1 mm10.31 mm）化学成分实测值。表 1 P9 无缝钢管的化学成分（质量分数
6、）%实测 1 标准要求5项目实测 2 Mo Cu Al 1.01 0.06 0.014 1.01 0.06 0.014 0.901.10-0.110.15 C 0.11 Si Mn P S Ni Cr 0.40 0.41 0.013 0.002 0.07 9.07 0.41 0.42 0.013 0.002 0.07 8.99 0.251.00 0.300.60 0.025 0.025-8.0010.00 1.2 轧管 P9 无缝钢管具有 Cr、Mo 合金元素含量高的特点，高温下变形抗力大，轧制困难。天津钢管通过设置合理的环形炉加热温度和轧制工艺参数，保证了该钢种在最佳的塑性变形区域进行轧制。
7、1.3 热处理 P9 无缝钢管可采用退火或正火+回火工艺进行热处理。退火工艺冷却速度慢，影响生产节奏，生产过程中较难控制，并且成本高；因此，实际生产中很少采用退火的热处理工艺，常采用正火+回火的热处理方式代替退火工艺，实现工业化生产。P9 钢由于不含 V、Nb 等微合金元素，因此正火温度比 P91 钢的低一些，为9501 050，保温 1 h，该工艺正火时大部分碳化物溶解但不发生明显的晶粒长大，但正火温度过高则容易出现奥氏体晶粒粗大6；回火温度为 740790，为获得较低的硬度，回火保温时间要适当延长。2 成品钢管的组织及性能 2.1 常温力学性能及工艺性能 对 P9 无缝钢管进行拉伸、硬度以
8、及冲击功的试验结果统计（图 1），各项力学性能均满足标准要求，且数据集中性较好（由于产品处于生产初期，样本数少，无法做到理想的正态分布）。图 1 P9 无缝钢管力学性能统计 2.2 金相组织、晶粒度、非金属夹杂物 非金属夹杂物对钢的断裂韧性、热脆性、塑性、抗疲劳强度、耐腐蚀性，尤其是高温性能有很大影响7。对生产的 P9 无缝钢管进行了夹杂物、组织及晶粒度分析。结果是：A 类细系和 D 类细系非金属夹杂物级别均为 0.5 级，其他夹杂物级别为 0 级；组织均为回火马氏体，晶粒度为 8.5 级，并且无 铁素体。P9 无缝钢管金相组织如图 2 所示。图 2 P9 无缝钢管金相组织 2.3 脆性转变温
9、度 脆性转变温度（FATT50）是评价 P9 钢性能的重要指标之一。P9 无缝钢管脆性转变温度曲线如图 3 所示，脆性转变温度约为-48（冲击试样尺寸 10 mm7.5 mm，纵向）。图 3 P9 无缝钢管脆性转变温度曲线 2.4 短时高温性能 短时高温性能反映钢在一定温度下的抗变形能力，同时也反映钢的高温塑性。P9无缝钢管的高温拉伸曲线如图 4 所示，试验方法按 GB/T 433820068执行，高温性能参考 ASME 相关规范9。从图 4 可看出：天津钢管生产的 P9 无缝钢管在各个温度下的屈服强度完全符合标准要求，即使在 600时，钢的屈服强度仍能够达到 270 MPa 左右。图 4 P
10、9 无缝钢管高温拉伸曲线 3 结 论（1）采用合理的炼钢、轧制以及热处理工艺，天津钢管生产的P9 热轧无缝钢管各项性能完全符合 ASME SA 335/SA 335M2010 标准要求。（2）天津钢管生产的 P9 无缝钢管的显微组织为回火马氏体，组织均匀，且无 铁素体；脆性转变温度在-48左右；短时高温性能满足 ASME 锅炉及压力容器规范要求，在 600时，屈服强度仍能够达到 270 MPa。（3）研发的 P9 无缝钢管可以替代进口，实现 P9 无缝钢管的国产化。4 参考文献 1火力发电厂金属材料手册编委会.火力发电厂金属材料手册M.北京：中国电力出版社，2001：247.2张友鹏.攀钢集团
11、成都钢钒有限公司实现石化炼油装置用 P9 无缝钢管的批量供货J.钢管，2012，41（1）：28.3刘立民，朱洪，刘志国.法国 T91、P91 钢管性能评定J.电站系统工程，2002，18（1）：63-64.4陈亚宁.叶片钢 2Cr11Mo1VNbN 轧制大型材 铁素体含量的控制J.特钢技术，2010，16（1）：18-20.5美国机械工程师学会.ASME SA 335/SA 335M2010 高温用无缝铁素体合金钢公称管S.2010.6孙智，董小文，张绪平，等.奥氏体化温度对 9Cr1MoVNb 钢组织与性能的影响J.金属热处理，2001，26（8）：12-14.7胡文豪，金进文，叶俊辉.浅谈夹杂物对钢质量的影响及其控制J.浙江冶金，2003（4）：9-13.8中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 43382006 金属材料高温拉伸试验方法S.北京：中国标准出版社，2006.9ASME 锅炉及压力容器委员会材料分委员会.ASME 锅炉及压力容器规范国际性规范 材料 D 篇性能（公制）M.北京：中国石化出版社，2007.