NH 259
超（超）临界锅炉用Super304H 钢管试制的研究 王剑志 罗仕清 黄晓斌
（攀钢集团四川长城特殊钢有限责任公司技术中心，四川江油621701）
摘 要: 对Super304H 的冶炼、冷加工、固溶热处理工艺进行了研究；观察了钢坯和钢管的显微组织。通过在EF 和LF 炉中深度脱硫，钢中硫含量可达0.005%以下；钢坯中具有极少量的δ铁素体，钢管具有单相奥氏体组织；钢的冷加工硬化与其它18Cr-8Ni 型不锈钢相当，冷加工性能优异，可采用类似的冷加工工艺；固溶热处理对钢管晶粒度有明显影响。试制钢管的化学成分及各项室温性能完全符合技术条件要求。 关键词： 超（超）临界锅炉管 δ铁素体 冷加工 固溶处理
Investigation on Trial Production of Super 304H Tube for
Supercritical （Ultra-super Critical ）Boiler
WANG Jianzhi LUO Shiqing HUANG Xiaobin
Technology Center, Sichuan Changcheng Special Steel Co., Ltd., Pangang Group
Abstract : The melting process was investigated. S content in steel could be lower than
0.005% by desulphurization intensely in EF and LF. The micro-structure of the billets and tubes was examined, it showed that the micro-structure of tubes is single-phase austenite. Test for cold working showed that the cold working properties of Super 304H was excellent and similar to that of common 18Cr-8Ni stainless steel, thus it is possible to adopt the similar cold working process. The test showed that solid solution treatment has an obvious effect on grain size of the tubes. The chemical composition and room temperature properties of trial produced tubes meet the specification’s requirements.
Key Words : Tubing in Supercritical （Ultra-super Critical ） Boiler, δFerrite, Cold working, Solid solution treatment
1. 前言
Super304H是日本住友金属株式会社和三菱重工开发的用于超（超）临界锅炉过热器管用钢，它在304H的基础上通过降低Mn含量上限，加入约3%的Cu和约0.45%的Nb及一定量的N，使该钢在服役时 产生弥散沉淀于奥氏体基体内，并与其共格的富铜相；该富铜相与NbC（N）、NbCrN和M 23C 6一起产生极好的沉淀强化效果，大大地提高了服役温度
１
下的许用应力，而且使一般不含Nb的高铜18-8型钢持久塑性降低的问题得到解决[1]。
该钢经在超（超）临界锅炉上使用，已取得了减薄钢管壁厚、降低锅炉重量并相
对降低锅炉制造成本的良好效果，成为超（超）临界锅炉过热器和再热器的首选材料。
攀钢集团四川长城特殊钢有限责任公司（简称长钢公司，下同）目前正在开展Super304H钢管的试制研究工作，并已试制出样品钢管。本文主要叙述对有关工艺进行
抗弯强度
ANTIGLOBALIZATION的研究及试验结果。
2. Super304H的技术条件
2.1 化学成分规范如表1：
表1 Super304H的化学成分（%）
Table 1 Chemical Composition of Super304H，wt %
C Si Mn P S Ni Cr Cu Nb N Al B
0.07/ 0.13
≤
0.30
≤
1.00
≤
0.030
≤
0.010
7.50/
10.50
17.00/
19.00
2.50/
3.50
0.30/
0.60
0.05/
0.12
0.003/
0.030
0.001/
0.010
2.2 Super304H的室温抗拉性能规范如表2：
表2 Super304H的室温抗拉性能
Table 2 Tensile properties at room temperature
Rm（MPa） Rr0.2（MPa）A（%）
≥588 ≥235 ≥35
2.3 Super304H钢管的平均晶粒度应为ASTM №7～10。
3. 试制工艺研究及分析
3.1 Super304H钢管的试制工艺流程
根据技术条件要求，拟定的工艺流程为：冶炼→轧制开坯→热挤压→冷轧→固溶处理→成品。
3.2 Super304H钢的冶炼工艺研究
如前所述，Super304H钢的技术条件要求：S≤0.010%（试制中内控要求≤0.005%）、Si≤0.30%、Al=0.003～0.030%，这对于18Cr-8Ni型奥氏体钢来说，按照一般的冶炼工艺显然是难以达到的。为此，我公司在试制中对常规的18Cr-8Ni型钢的冶炼工艺，进行了研究和试验。廉洁修身论文
２
试验工艺的基本原则是，在EF和LF炉冶炼初钢液时，将钢中的[S]含量尽可能降低（至0.005%以下），且不允许初炼时的高[S]渣进入VOD炉中，并严格控制初钢液的[Si]含量；在VOD冶炼过程中，尽可能少用Si脱氧，以保证成品钢液的[Si]≤0.30%。其次，根据脱氧剂及脱氧工艺对TP347H钢纯净度的影响的研究结果，控制脱氧剂中[Al]/[Si]值在1.80～2.80之间，并含Ca4.8～8.5%左右，以起到良好的降低钢中氧含量的作用[2]，并对炉渣成分进行调整，既保证了VOD炉冶炼过程脱氧脱S良好，又保证了最终钢中Al 量在要求范围内，收到了良好的效果，得到了较为理想的如表6所示钢的熔炼成分和钢管的化学成分。
3.3 Super304H的显微组织
信息披露按照技术条件中所规定的化学成分，Super304H不会有δ-Fe相出现，但事实并非如此。下表（见表3和图1）为我公司试制过程中，在相当于钢锭中部的Φ220㎜挤压管坯（热轧状态）取样并进行试验，得出的管坯δ铁素体检测结果。
表3 管坯δ铁素体含量
Table 3 Content of δ ferrite in the billet
试样Φ220㎜挤压管坯（热轧状态）
编号取样部位
1100℃×30min
水冷
1150℃×30min
水冷
1200℃×30min
水冷
1250℃×30min
水冷
1280℃×30min
水冷
1 截面中心＜2% ＜2% 0 2% 0
2 截面半径1/2处＜2% 0 0 0 0
3 截面靠表面0 0 0 0 0
图1 Super304HΦ220㎜管坯中的δ铁素体
Photo 1 δ ferrite in the Φ220㎜ Super304H tube billet
３
上述结果表明，在Super304H钢管坯中是有可能出现δ铁素体的（如图1所示），只不过数量极为稀少。在显微观察时，仅仅在个别试样的为数不多的视场中能见到不多的孤立、颗粒状的δ铁素体。在经1100～1280℃加热后，其数量随加热温度变化也不明显，而且在管坯经加工后的钢管上检查，再没有发现δ铁素体。之所以出现这一现象，可以认为：由于钢在凝固过程中存在成分偏析，而由钢锭轧制成钢坯的过程中（压缩比约为5.6），这一偏析现象并未完全消除，特别是在相当于钢锭高度的中部、靠近截面的中心部位会更重一些，但是随着以后在热挤压时，由于其压缩比很大（大约10甚至更大），偏析进一步得到减轻甚至消除。所以，在Super304H的热挤压半成品钢管，以及再经冷轧后的成品钢管中，已不再出现δ铁素体了。
3.4 Super304H钢的冷加工性能
为了制订Super304H钢的冷加工工艺，试制中对冷加工性能进行了研究，结果如图2所示。下面将TP347的冷加工硬化曲线[3] 同时列出（见图3），以便于进行对比分析：
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图2 Super304H钢的冷加工硬化曲线图3 TP347钢的冷加工硬化曲线[3]
商业银行法Fig. 2 Cold work hardening curve of super 304H Fig. 3 Cold work hardening curve of TP347[3]从图2和图3的对比中可以看出，Super304H钢的冷加工硬化倾向较常用的TP347钢稍低，这与K.G.Brickner等人“在稳定的奥氏体不锈钢中，镍和铜倾向于降低其冷加工硬化率”的论述[3]是一致的。因此，Super304H钢完全可以按照通常的奥氏体不锈钢的冷加工工艺进行冷轧或冷拔。试制结果完全证实了这一点。
3.5 Super304H钢的固溶处理对室温力学性能及晶粒度的影响
４
作为Super304H钢性能特点之一是由于它具有№7级或更细的晶粒尺寸，因而能具有较SUS321H或SUS316H为好、且与细晶SUS347H相当的优良抗蒸汽氧化性能[1]。我公司在试制中，就Super304H钢的固溶处理制度对钢管晶粒度和室温力学性能影响进行了研究，其结果如表4～表5所示：
表4 固溶处理与热挤压半成品钢管的室温力学性能及晶粒度
Table 4 Room-temperature mechanical properties and grain sizes of hot-extruded tubes after solution treatment
力 学 性 能
试 样 状 态
R r0.2(MPa)R m(MPa)A5（%）Z5（%）A kv(J)
晶粒度
ASTM №
平均硬
度HRB
340 620 45.0 69.5 ＞147 8.5 85.3
热挤压（Φ108×15），水冷
335 595 47.5 71.0 ＞147 8 80.3
335 630 41.0 68.0 ＞147 8.5 84.5
热挤压，水冷+1080℃×10min 水冷
330 635 42.5 69.0 ＞147 7.5 87.3
335 635 44.5 68.5 ＞147 8.5+6 83.8
热挤压，水冷+1100℃×10min 水冷
330 635 44.0 71.5 ＞147 8 84.3
340 635 40.5 69.0 ＞147 5+6+8 76.7
热挤压，水冷+1120℃×10min 水冷
345 625 44.5 69.0 ＞147 6+7.5 82.2
325 625 43.0 69.5 ＞147 4.5+6 79.6
热挤压，水冷+1150℃×10min 水冷
330 615 47.5 70.0 ＞147 7+6 80.2 表5 冷轧并经固溶处理后的成品钢管的室温力学性能及晶粒度
Table 5 Room-temperature mechanical properties and grain sizes of tubes after cold rolling and solution treatment
力 学 性 能
试 样 状 态
R r0.2(MPa) R m(MPa) A5（%） Z5（%）
晶粒度 ASTM №
925 970 17.0 47.5 10
冷轧（Φ76×8→Φ44.5×6.7）
895 955 16.0 43.0 10
295 630 47.0 65.0 10
冷轧+1080℃×10min 水冷
270 635 46.0 69.0 10
300 645 47.0 62.0 9.5
冷轧+1100℃×10min 水冷
290 645 40.5 67.5 9
280 645 46.0 63.0 8.5
冷轧+1120℃×10min 水冷
300 640 41.5 60.0 9 结果表明，随着固溶处理温度升高，Super304H钢管的晶粒尺寸有变粗的趋势，但是对钢管室温力学性能的影响并不明显。此外，对于不同加工状态的钢管，其晶粒度随处理温度的变化也不尽相同。显然，热挤压状态的钢管，固溶处理之前的晶粒尺寸不算太细小，随着固溶处理温度升高，晶粒更易长大，当超过1100℃以后，晶粒明显长大，到1120℃时已长大至ASTM №5～6，到1150℃已出现ASTM №4的晶粒。可是，对于经过冷轧的钢管，固溶处理后晶粒比较细小，长大速度显著减慢。试验表明，在1120℃固溶处理后的晶粒度仍能达到ASTM №8或更细，而在1100℃以下则更细；若在
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