[發明專利]化工設備緊固件用鋼及其生產方法

有效

• 申請號: 201310633996.5
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103589955A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 歐陽崢容;翟正龍;戈文英;梁娜;朱京軍;張偉;鄭桂云;袁淑君;竇圣朋
• 申請（專利權）人: 萊蕪鋼鐵集團有限公司
• 主分類號: C22C38/22
• 分類號: C22C38/22;C22C33/04
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;張向琨

技術領域

本發明涉及化工設備用鋼領域，特別涉及一種化工設備緊固件用鋼及其生產方法，該緊固件用鋼為美標中碳CrMo合金化化工設備上具有良好綜合機械性能和高溫穩定性、并具有一定的耐高溫蒸汽腐蝕的緊固件用鋼。

背景技術

化工生產過程都是以高溫高壓的化學反應為主，因此，化工設備用鋼必須具備高溫化學穩定性，優良的高溫機械性能（抗蠕變性能）、高溫運行中組織的穩定性。此外，還要求具有良好的耐蝕性，亦即要求在熱的敏化作用后仍具有良好的抗晶間腐蝕性能，在殘余應力作用下仍具有良好的抗應力腐蝕性能。

作為化工設備上的緊固件，和主體設備一起受各種材料機械性能要求的同時還承受著高溫高壓腐蝕等惡劣環境的考驗。因此，作為緊固件的材料在滿足其強度指標的同時，還要能夠適應其服役的環境。

目前，以CrMo合金化的低、中合金耐熱鋼是化工行業應用于高溫條件下的重要結構材料之一，它具有良好的熱穩定性和抗蝕性能，合金含量較低，價格較便宜，有具有較好的加工性能和物理性能，應用廣泛。目前，以35CrMo為代表的CrMo系鋼，已在緊固件中得到廣泛使用。但是，隨著用戶對鋼材料的強度及高溫機械性能要求越來越高，而且要求材料在高溫、高壓、高溫蒸汽腐蝕的服役環境中具有更加優良的化學穩定性，從這兩點上來說，國標的35CrMo很難滿足用戶的需求。因此，需要開發出一種具有更加優良的高溫機械性能和化學穩定性的緊固件用鋼。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種化工設備緊固件用鋼及其生產方法。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種化工設備緊固件用鋼，按重量百分比由以下成分組成：C：0.49-0.52%，Si：0.20-0.25%，Mn：0.85-1.00%，Cr：0.95-1.10%，Mo：0.15-0.20%，P≤0.015%，S≤0.005%，Al_t：0.020-0.060%，其余為鐵和不可避免的雜質。

優選地，上述化工設備緊固件用鋼，按重量百分比由以下成分組成：C：0.49-0.51%，Si：0.22-0.24%，Mn：0.85-0.90%，Cr：0.95-1.00%，Mo：0.17-0.19%，P≤0.015%，S≤0.005%，Al_t：0.040-0.055%，其余為鐵和不可避免的雜質。

針對用戶對材料應具有良好的高溫機械性能的要求及其材料所承受的高溫、高壓、高溫蒸汽腐蝕的服役環境，本發明提供的上述美標中碳CrMo合金化化工設備上緊固件用鋼，較現有中碳CrMo鋼有更良好的綜合機械性能和高溫穩定性，同時具有一定的抗腐蝕性能。其采用多元合金化成分設計，其Cr、Mo含量與42CrMo相當，碳含量較42CrMo提高了0.1%，Mn含量較42CrMo提高了0.2-0.3%，并添加適量的Al來細化晶粒、優化材料的組織和改善性能。

本發明成分設計是根據其服役條件及各個元素在鋼中的作用原理進行優化的，各主要成分的設計原理如下：

Cr：考慮到材料應具有良好的高溫機械性能，添加微合金元素Cr，Cr常以碳化物的形式存在，形成是穩定而硬的碳化物，增進鋼的硬化和滲碳作用，使鋼在高溫時仍具有強度，增加耐磨耗性，提高鋼的淬火溫度，增高鋼的抗腐蝕性能。經大量的試驗確定，當Cr小于0.95%，鋼材的強度不能達到使用要求（大于1000MPa），從性能要求及成本控制考慮Cr最終確定含量為0.95-1.10wt%，優選Cr的含量為0.95-1.00wt%。

Mo：鋼中Mo常以固溶態和碳化物形式存在，Mo在鋼中能提高淬透性和熱強性，防止回火脆性，增加在某些介質中的抗蝕性。在調質鋼中，Mo能使較大斷面的零件淬深、淬透，提高鋼的抗回火性和回火穩定性，使零件可以在較高溫度下回火，從而更有效地消除或降低殘余應力，提高塑性。經大量試驗確定，當Mo小于0.15%，鋼材回火后不能很好消除殘余應力，以致塑性不盡理想。而鉬鐵合金價格比較高，多加無疑增加了成本，滿足使用要求下確定Mo含量為0.15-0.20%，優選Mo的含量為0.17-0.19wt%。

C：考慮到Cr和Mo對碳的消耗，C含量比國標中碳最高的CrMo系鋼增加了0.1wt%，設計為0.49-0.52wt%，從而保證鋼的強度，優選C含量為0.49-0.51%。

Si：是作為脫氧劑和還原劑，一般鎮靜鋼均控制在0.10-0.30%，根據本發明的實物質量及本發明所用冶煉裝備及其生產情況，設定了Si含量0.20-0.25%，優選含量為0.22-0.24%。