CN102260835A - 核电用钢18MnNiMo及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种核电用钢，其按重量百分比的化学成分如下：C： 0.16～0.20％，Si： 0.10～0.30％，Mn： 1.35～1.50％，Cr ≤0.15％，P≤0.006，S≤0.005％，Ni：0.65～0.80％，Mo：0.45～0.55％，V≤0.02％，Cu≤0.08％，Co≤0.03％，Al≤0.04％，As≤0.015％，Sn≤0.010％，Sb≤0.002％，B≤0.0003％，N≤130PPm，H≤1.5PPm，其余为Fe及不可避免的杂质。该核电用钢通过电弧炉熔炼EF、炉外钢包精炼LF、真空脱气VD、真空浇注VC等工艺制备而得，其综合力学性能、冷弯性能良好。
Description
技术领域
本发明属于优质碳钢技术领域，具体为一种18MnNiMo核电用钢及其制备方法。
背景技术
随着今后传统不可再生能源的逐步减少，世界各国对核能的利用给予高度重视。适应于第三代核电技术的核电用钢的开发变的越来越重要。鉴于我国当前对能源战略储备的迫切需要，研发拥有自主知识产权的性能优良的核电用厚钢板，对于完善我国能源体系、独立开发核能资源，保证国家能源安全具有重要意义。
核电用钢用于核电站压力容器的筒体、给水机管、人孔座、人孔盖等部件等重要部位。由于在核电用钢在运行内部的特殊环境，在具有较好的强度、韧性匹配、具有良好的抗腐蚀性的同时，更为主要的是还要承受长期的中子辐射作用和扩散等高要求，因此在设计过程中正确地选择材料是一件极为复杂而又特别重要的工作。如果核电用钢选材不当造成事故的后果非常严重。因此对钢材料提出了非常高的要求。熔炼难度非常大，要达到法国RCC-M核电体系和技术规范《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》要求非常困难。普通的电弧炉炼钢工艺已不能满足这些要求。
CN101845593A提供了一种20控Cr核电用钢及其生产，该核电用钢化学成分为：C 0.17～0.25％，Mn 0.4～1.0％，Si 0.18～0.25％，Cr 0.18～0.30％，S≤0.005％，Alt 0.020～0.040％，P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。该20控Cr核电用钢的生产方法为TMCP工艺，采用板坯连铸、加热、粗轧、精轧、正火工艺。所得产品微观组织为铁素体+珠光体，产品具备以下综合力学性能：屈服强度300～350MPa，抗拉强度达450～500MPa，延伸率达25％，高温拉伸屈服强度210～250MPa，-30℃下比冲击吸收功纵向平均在100J以上、冷弯性能良好。
CN101358320A提供控轧控冷海洋平台用钢及其生产方法，这种用钢经炼钢、精炼后采用板坯连铸工艺生产，板坯成分为：C 0.05～0.09％，Mn 1.20～1.60％，Si 0.20～0.50％，Nb 0.03~0.05%，Ti 0.010~0.020%，V 0.03~0.06%，S≤0.005％，Als 0.020～0.040％，P≤0.015％，余量为Fe及杂质。
然而CN101845593A和CN101358320A采用的是普通的TMCP生产工艺，其不能像本发明那样更好地控制钢中微量杂质元素的含量，例如将合金元素含量控制为Cr≤0.15wt％、Mn为1.35～1.55 wt％、Mo为0.45~0.55 wt％、V≤0.02wt％、P≤0.006wt％等，从而保证核电产品的良好的耐高温氧化，良好的焊接和冷、热加工性能；产品横向、纵向拉伸性能优良等。
而本发明采用了电弧炉熔炼（EF）＋炉外钢包精炼除杂（LF）+真空脱气精炼(VD)+真空浇注（VC）等创新的高温处理工艺技术冶炼得到核电用钢，解决了现有技术存在的上述缺陷。
发明内容
本发明请求保护一种核电用钢，其按重量百分比的化学成分如下：C： 0.16～0.20％，Si： 0.10～0.30％，Mn： 1.35～1.50％，Cr ≤0.15％，P≤0.006％，S≤0.005％，Ni：0.65～0.80％，Mo：0.45～0.55％， V≤0.02％，Cu≤0.08％，Co≤0.03％，Al≤0.04％，As≤0.015％，Sn≤0.010％，Sb≤0.002％，B≤0.0003％，N≤130 ppm，H≤1.5 ppm，其余为Fe及不可避免的杂质。该核电用钢用18MnNiMo表示，其中数值18表示平均碳含量，Mn表示Mn合金元素，Ni表示Ni合金元素，Mo表示Mo合金元素。该核电用钢的⊿G=3.3（Mo%）+Cr%+8.1（V%）-2≤-0.1， Ceq=C+ Si/24+ Mn/6+ Ni/40+ Cr/5+ Mo/4+V/14=0.55～0.65。
该核电用钢，其特征在于力学性能如下：
抗拉强度Rm 为600-700MPa，屈服强度Rp0.2≥450MPa，断后伸长率A5d≥20%，断面收缩率Z≥35％,冲击吸收功KV的值分别为0℃时横向≥56J，纵向≥56J；－20℃时横向≥40J，纵向≥40J；20℃时横向≥72J，纵向≥72J。该核电用钢在350℃时所述抗拉强度Rm≥540MPa。该核电用钢的奥氏体晶粒度大于5级。
本发明请求保护核电用钢18MnNiMo的制备方法，其顺次包括以下高温处理工艺技术的冶炼步骤：电弧炉熔炼EF、炉外钢包精炼除杂LF、真空脱气精炼VD、真空浇注VC。具体步骤为：
(1) 补炉，进料，进料前炉底可加石灰300-500kg/炉，通电后吹氧助熔，全熔分析后进行吹氧脱碳，做到高温均匀沸腾自动流渣，脱碳量大于0.30%（每炉钢水首次脱碳，大于规定值的0.30%）；
(2) 接着进行中途分析和出渣分析，所述两种分析均搅拌分析C、P及所需元素；当分析C浓度为成品所需浓度标准下限的－0.03%，P浓度≤成品所需浓度的一半，且温度≥出钢温度下限时，快而静地进行出渣；
(3) 按照2kg/t向渣料中加入硅铝铁造快白渣，喂铝线，出钢；
(4) 钢水进入炉外钢包精炼除杂LF炉座包，加热至1580～1650 ℃；
(5) 对钢水成分进行分析，然后加入合金微调成分，从加入合金到加毕的时间≥6分钟，测温；
(6) 然后喂铝线进行终脱氧，吊包，接着在VD真空炉中真空脱气，再回上述LF炉脱硫精炼，接着再进入VD炉真空脱气；
(7) 最后进行第二次吊包，真空浇注、退火、精磨后得到核电用钢。
本发明的有益效果如下：
① 精选炉料，控制钢中微量杂质元素的含量，保证核电产品的良好的耐高温氧化，良好的焊接和冷、热加工性能；产品横向、纵向拉伸性能优良等。
②正确控制适合核电产品机械性能的内控化学成份最佳点。确保产品高韧性、高强度性能。
③采用自主研发的炉渣，充分脱除钢中的P、S，钢中夹杂物、气体含量达到核电产品的需求。
附图说明
图1是18MnNiMo冶炼工艺的生产工艺流程图。
具体实施方式
本发明请求保护核电用钢18MnNiMo的制备方法，其特征在于顺次包括以下高温处理工艺技术的冶炼步骤：电弧炉熔炼EF、炉外钢包精炼除杂LF、真空脱气精炼VD、真空浇注。具体包括以下步骤：
(1) 补炉（主要成分镁砂、200kg/炉 ），进料，通电后吹氧助熔，全熔分析后进行吹氧脱碳，做到高温均匀沸腾自动流渣，脱碳量大于0.30%；
(2) 接着进行中途分析和出渣分析，所述两种分析均搅拌分析C、P及所需元素；当分析C浓度为成品所需浓度标准下限的－0.03%，P浓度≤成品所需浓度的一半，且温度为1600～1630℃时，快而静地进行出渣；
(3) 按照2kg/t向渣料中加入硅铝铁造快白渣，喂铝线，出钢；
(4) 钢水进入炉外钢包精炼除杂LF炉座包，加热至1580～1650℃；
(5) 对钢水成分进行分析，然后加入合金微调成分，从加入合金到加毕的时间≥6分钟，测温，大于1600℃ 。按重量百分比计的钢水的成分为：
C：018％，Si： 0.22％，Mn： 1.50％，Cr ：0.13％，P：0.005％，
S：0.002％，Ni：0.76％，Mo：0.46％， V：0.002％，Cu：0.04％，Co：0.001％，Al：0.20％，As：0.003％，Sn：0.002％，Sb：0.001％，B：0.0001％，N：112ppm，H：1.0PPm，其余为Fe及不可避免的杂质。
(6) 然后喂铝线（1kg/吨钢）进行终脱氧，吊包，接着在VD真空炉中小于67Pa真空脱气，再回上述LF炉脱硫精炼，接着再进入VD炉小于67Pa真空脱气；
(7) 最后进行第二次吊包，真空浇注、在800℃下退火、精磨后得到核电用钢。
对制备得到的核电用钢进行力学性能测试，具体数值如下：
抗拉强度Rm 为695MPa，
屈服强度Rp0.2＝550MPa，
断后伸长率A5d＝24%，
断面收缩率Z≥74％
冲击吸收功KV的值分别为
0℃时横向＝255J，纵向＝256J；
－20℃时横向＝264J，纵向＝189J；
20℃时横向＝256J，纵向＝269J。
在350℃时所述抗拉强度Rm＝700MPa。
该核电用钢的奥氏体晶粒度为6级。
Claims (9)
1.一种核电用钢，其特征在于：按重量百分比的化学成分如下：
C： 0.16～0.20％，Si： 0.10～0.30％，Mn： 1.35～1.50％，Cr ≤0.15％，P≤0.006，S≤0.005％，Ni：0.65～0.80％，Mo：0.45～0.55％， V≤0.02％，Cu≤0.08％，Co≤0.03％，Al≤0.04％，As≤0.015％，Sn≤0.010％，Sb≤0.002，B≤0.0003％，N≤130 PPm，H≤1.5PPm，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的核电用钢，其用18MnNiMo表示，其中数值18表示平均碳含量，Mn表示Mn合金元素，Ni表示Ni合金元素，Mo表示Mo合金元素。
3.如权利要求1所述的核电用钢，其特征在于：⊿G=3.3（Mo%）+Cr%+8.1（V%）-2≤-0.1。
4.如权利要求1所述的核电用钢，其特征在于：Ceq=C+ Si/24+ Mn/6+ Ni/40+ Cr/5+ Mo/4+V/14=0.55～0.65。
5.如权利要求1－4任一项所述的核电用钢，其特征在于力学性能如下：
抗拉强度Rm 为600-700MPa，屈服强度Rp0.2≥450MPa， 断后伸长率A5d≥20%，断面收缩率Z≥35％,
冲击吸收功KV的值分别为0℃时横向≥56J，纵向≥56J；
－20℃时横向≥40J，纵向≥40J；
20℃时横向≥72J，纵向≥72J。
6.如权利要求5所述的核电用钢，其特征在于350℃时所述抗拉强度Rm≥540MPa。
7.如权利要求5所述的核电用钢，其特征在于其奥氏体晶粒度大于5级。
8.一种制备如权利要求1所述核电用钢的方法，其特征在于顺次包括以下高温处理工艺技术的冶炼步骤：电弧炉熔炼EF、炉外钢包精炼LF、真空脱气VD、真空浇注VC。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 补炉，进料，通电后吹氧助熔，全熔分析后进行吹氧脱碳，做到高温均匀沸腾自动流渣，脱碳量大于0.30%；
(2) 接着进行中途分析和出渣分析，所述两种分析均搅拌分析C、P及所需元素；当分析C浓度为成品所需浓度标准下限的－0.03%，P浓度≤成品所需浓度的一半，且温度≥出钢温度下限时，快而静地进行出渣；
(3) 按照2kg/t向渣料中加入硅铝铁造快白渣，喂铝线，出钢；
(4) 钢水进入炉外钢包精炼除杂LF炉座包，加热到1580～1650℃；
(5) 对钢水成分进行分析，然后加入合金微调成分，从加入合金到加毕的时间≥6分钟，测温；
(6) 然后喂铝线进行终脱氧，吊包，接着在VD真空炉中真空脱气，再回上述LF炉脱硫精炼，接着再进入VD炉真空脱气；
(7) 最后进行第二次吊包，真空浇注、退火、精磨后得到核电用钢。
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