CN102586684B

CN102586684B - 一种用于核电结构的h型钢及其生产方法

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Publication number: CN102586684B
Application number: CN2012100471636A
Authority: CN
Inventors: 刘春伟; 袁鹏举; 宋玉卿; 张思勋; 魏光兵; 方金林; 孔令坤; 武玉利; 赵新华; 郭跃华
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: CN102586684A

Abstract

本发明公开了一种用于核电结构的H型钢及其制造方法。用于核电结构的H型钢的化学成分按重量百分比计为：C 0.10～0.20，Si 0.15～0.45，Mn 0.40～0.70，P≤0.025，S≤0.015，Cu 0.20～0.50，Ni 0.10～0.30，其余为Fe及不可避免的杂质。根据本发明的用于核电结构的H型钢的力学性能、超声波探伤及耐候性能够完全满足核电站核岛内支架用H型钢的技术要求。

Description

一种用于核电结构的H型钢及其生产方法

技术领域

本发明属于H型钢技术领域，具体地讲，本发明涉及一种用于核电站核岛内部支架的H型钢及其生产方法。

背景技术

在电力紧张、能源紧缺且风能、太阳能(光伏电池)在短期内难以大规模推广的情况下，核电几乎是我国解决电力短缺问题的最好出路，而且核能发电因其清洁、经济、高效的优点已被世界很多国家采用。核安全规划的出台将会增强核电发展的安全性，促使行业健康发展，核电未来必将在我国电力供应结构中占据重要地位。目前我国核电用钢的国产化程度不高，相当一部分依赖进口，这也严重制约了我国核电工业的发展，因此，大力开发核电用钢具有重要的战略意义。

含铜低碳钢具有较高的强度和韧性、良好的焊接性、耐腐蚀性等优良的综合性能，在普碳钢中加入适量的铜能显著提高钢的耐腐蚀性能。

公开号为CN101067162A的中国专利申请公开了一种含铜钢的加热方法及其生产的含铜钢，在该专利申请中，采用两次升温的加热方法，第一步，将含铜钢的钢坯或铸坯加热到1000℃～1050℃；第二步，用30-90分钟进行第二次加热升温，第二次加热升温的最高温度为1250℃～1290℃。采用该方法生产的含铜钢，经轧制后没有发现任何裂纹和开裂缺陷，产品合格，尤其是大型型材类含铜钢的生产。然而，这种方法会影响H型钢工业化生产的节奏，增加生产成本。

另外，Cu钢在加热和轧制过程中易产生铜脆现象，使钢材表面形成龟裂。核电结构用H型钢主要用于核岛内部支架的制作，其主要作用是方便钢筋的绑扎，起固定钢筋和钢制安全壳(CV)下封头的作用。随着核电安全性能要求的提高，普碳钢已无法满足核电用户的要求，因此需要对目前的H型钢的化学成分进行优化设计，优化冶炼轧制工艺，提高其耐候性及其对超声探伤的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种用于核电结构的H型钢及其生产方法。

根据本发明的一方面，提供了一种用于核电结构的H型钢。所述用于核电结构的H型钢的化学成分按重量百分比计为：C 0.10～0.20，Si 0.15～0.45，Mn 0.40～0.70，P≤0.025，S≤0.015，Cu 0.20～0.50，Ni 0.10～0.30，其余为Fe及不可避免的杂质。

根据本发明的一方面，碳当量满足公式：CEQ＝C+Mn/6+(Ni+Cu)/15＜0.29。

根据本发明的另一方面，提供了一种生产用于核电结构的H型钢的方法。所述方法包括的步骤为：采用转炉冶炼，然后进行LF精炼和连铸，控制钢水的化学成分按重量百分比为：C 0.10～0.20，Si 0.15～0.45，Mn 0.40～0.70，P≤0.025，S≤0.015，Cu 0.20～0.50，Ni 0.10～0.30，其余为Fe及不可避免的杂质；将坯料装入加热炉中加热，加热温度控制在1200℃～1220℃，加热时间为2～4小时，然后出炉进行轧制；坯料经高压水除磷后，进行轧制，粗轧开轧温度控制在1050℃～1150℃，粗轧后开启水冷装置进行冷却，精轧开轧温度控制在910℃～1000℃，精轧后开启水冷装置进行冷却，终轧温度控制在830℃～900℃；然后，对轧制完毕的轧件产品进行喷水冷却，将产品温度降至100℃以下后，送入矫直机进行矫直，最后将轧件切定尺寸。

根据本发明的另一方面，在冶炼步骤中，可以随废钢一起加入Cu粒和Ni板。

根据本发明的另一方面，在冶炼步骤中，可以将钢水浇铸成断面为150mm×150mm或165mm×200mm的方坯。当将钢水浇铸成断面为150mm×150mm的方坯时，拉速可以控制为1.6～2.0m/min。当将钢水浇铸成断面为165mm×200mm的方坯时，拉速可以控制为1.0～1.5m/min。

根据本发明，核电结构用H型钢的力学性能、超声波探伤及耐候性能够完全满足核电站核岛内支架用H型钢的技术要求。因此，本发明为核电站核岛内支架用H型钢提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例1和对比例的周期侵润腐蚀速率的曲线图。

图2示出了根据本发明的实施例2和对比例的周期侵润腐蚀速率的曲线图。

具体实施方式

核电结构用H型钢是一种加入微量合金元素Cu和Ni的低碳低合金钢，含铜低碳钢具有较高的强度和韧性、良好的焊接性、耐腐蚀性等优良的综合性能，在普碳钢中加入适量的铜能够显著地提高钢的耐腐蚀性能。然而，Cu钢在加热和轧制过程中易产生铜脆现象，使钢材表面形成龟裂。铜脆现象长期困扰着含Cu低合金钢的进一步发展，而通过添加Cu含量一半左右的Ni，可防止铜脆的产生。

本发明提供了一种用于核电结构的H型钢，其化学成分按重量百分比计为：C 0.10～0.20，Si 0.15～0.45，Mn 0.40～0.70，P≤0.025，S≤0.015，Cu 0.20～0.50，Ni 0.10～0.30，其余为Fe及不可避免的杂质。

根据本发明的用于核电结构的H型钢，满足如下的碳当量CEQ(％)计算公式：

CEQ＝C+Mn/6+(Ni+Cu)/15＜0.29。

根据本发明，用于核电结构的H型钢的成分设计是基于以下原理：添加铜元素能提高钢铁材料的耐蚀性能，这是因为钢材在腐蚀过程中，铜起到活化阴极的作用，促使钢阳极发生钝化，从而减缓腐蚀。对于含铜0.2wt％的钢，其耐候性比不含铜的钢提高20％以上，并且铜与其它元素(如P、Ni等)复合使用时，提高耐大气腐蚀性能的效果会更好；另外，如果Cu含量过高(大于0.5wt％)，则减缓腐蚀的效果变得不明显并且还会增加成本。因此，为了达到较好的耐大气腐蚀性能，根据本发明的用于核电结构的H型钢选择Cu的重量百分含量为0.2～0.5。

此外，向本发明的用于核电结构的H型钢中加入Ni(w(Ni)∶w(Cu)＝1∶3～1∶2)，可以使钢表面的铜富集层变为熔点超过1200℃的铜镍富集层，产生熔点较高的铜镍化合物，这种化合物分布在晶间区域，在高温下不会熔化，可避免产生铜脆缺陷，因而在本发明中，将Ni的重量百分含量控制在0.1～0.3。

下面将详细地描述根据本发明的生产上述用于核电结构的H型钢的方法。

根据本发明，生产上述用于核电结构的H型钢的方法包括冶炼(包括转炉冶炼、LF精炼和方坯连铸)、加热、控制轧制、控制冷却，具体地讲，包括如下步骤：

(1)初炼：采用转炉冶炼，控制钢水的化学成分按重量百分比为：C0.10～0.20，Si 0.15～0.45，Mn 0.40～0.70，P≤0.025，S≤0.015，Cu 0.20～0.50，Ni 0.10～0.30，其余为Fe及不可避免的杂质。根据本发明，将铜粒、镍板与废钢一起加入，铜粒的加入量为2.06-5.15kg/吨_钢，镍板的加入量为1.02-3.06kg/吨_钢。将终渣碱度控制在2.8～3.2的范围内。采用双挡渣出钢工艺，放钢时间不少于2min，控制转炉的下渣量＜70mm。采用硅锰和硅铁进行脱氧合金化，采用硅钙钡脱氧，钡系合金的加入量为2.0-3.0kg/吨钢。

(2)LF精炼：全程底吹氩搅拌，前期可根据情况适当调高氩气压力，出站前采用小压力软吹，氩气流量为：40-100NL/min，保证夹杂物上浮，保证精炼软吹氩8-15分钟。

(3)连铸：为保证铸坯质量，结晶器采用电磁搅拌技术，连铸采用全保护浇注工艺，并使用专用保护渣，保护渣的成分按重量百分比为：CaO 28～38，SiO₂ 25～35，Al₂O₃ 5～10，MgO 3～10，C_固10～15，保护渣的粘度为0.30～0.35Pa·s，熔点为1120～1125□，1350℃时熔化速度为40～45s，碱度为1.1～1.3。

根据本发明的实施例，可以将按化学成分设计冶炼好的钢水浇铸成断面为150mm×150mm或165mm×200mm的方坯；然而，本发明不限于此。对于断面为150mm×150mm的方坯，控制拉速为1.6～2.0m/min；对于断面为165mm×200mm的方坯，控制拉速为1.0～1.5m/min。

(4)加热：将坯料装入加热炉中加热，加热温度控制在1200℃～1220℃，加热时间为2～4小时，然后出炉进行轧制。

(5)轧制与冷却：坯料经高压水除磷后，用辊道送至粗轧机和精轧机组，粗轧开轧温度控制在1050℃～1150℃，粗轧机后开启水冷装置，精轧开轧温度控制在910℃～1000℃，精轧机后开启水冷装置，终轧温度控制在830℃～900℃。根据本发明，产品的尺寸精度可以按照EN10034进行控制。轧制完毕的轧件产品上冷床进行喷水冷却，将产品温度降至100℃以下后，送入矫直机进行矫直，最后将轧件切定尺寸。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

1、冶炼：转炉冶炼然后LF精炼，冶炼钢坯的化学成分按重量百分比为：C 0.13，Si 0.23，Mn 0.54，P 0.011，S 0.007，Cu 0.258，Ni 0.115，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，CEQ＝0.25。Cu粒和Ni板随废钢一起加入，控制终渣碱度为3.0，LF精炼软吹氩11分钟。然后，采用六机六流小方坯连铸机，将钢水浇铸成断面为150mm×150mm的方坯。中间包的测温在开浇5min、20min、35min时测三组温度。拉速和中间包温度见下面的表1。

表1实施例1的拉速和中间包温度

2、加热：加热炉的温度为1215℃，加热时间为3小时，然后出炉进行轧制。

3、轧制与冷却：粗轧开轧温度控制在1085℃，粗轧机后开启水冷装置，精轧开轧温度控制在950℃，精轧机后开启水冷装置，终轧温度控制在860℃。轧制完毕的轧件产品上冷床进行喷水冷却，产品温度降至100℃以下后，进矫直机进行矫直，最后将轧件切定尺寸。

4、性能检验：对所得产品进行力学性能检验，结果见下面的表2，其中，超声波检验按EN10306的规定，每炉抽检一支，扫描方式：Plan C和Plan D，质量级别为2.3级。

表2实施例1制得的H型钢的力学性能

图1示出了根据实施例1和对比例的周期侵润腐蚀速率的对比图。在图1中，上面的曲线为对比例的周期侵润腐蚀速率，下面的曲线为根据本发明的实施例1的周期侵润腐蚀速率，其中，对比例为Q235B普碳H型钢。通过图1可以看出，与对比例相比，根据本发明的实施例1的H型钢的耐腐蚀速率平均提高50.1％。

实施例2

1、冶炼：冶炼钢坯的化学成分按重量百分比为：C 0.14，Si 0.23，Mn 0.51，P 0.022，S 0.013，Cu 0.246，Ni 0.113，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，CEQ＝0.25。Cu粒、Ni板随废钢一起加入，终渣碱度3.1，LF精炼吹氩10分钟。然后，采用六机六流小方坯连铸机，将钢水浇铸成断面为165mm×200mm的方坯，中间包的测温在开浇5min、20min、35min时测三组温度。拉速和中间包温度见下面的表3。

表3实施例2的拉速和中间包温度

2、加热：加热炉的温度为1220□，加热时间为3小时，然后出炉进行轧制。

3、轧制与冷却：粗轧开轧温度控制在1092□，粗轧机后开启水冷装置，精轧开轧温度控制在950□，精轧机后开启水冷装置，终轧温度控制在855□。轧制完毕的轧件产品上冷床进行喷水冷却，产品温度降至100□以下后，进矫直机进行矫直，最后将轧件切定尺寸。

4、性能检验：对所得产品进行力学性能检验，结果见下面的表4，其中，超声波检验按EN10306的规定，每炉抽检一支，扫描方式：Plan C和Plan D，质量级别为2.3级。

表4实施例2制得的H型钢的力学性能

图2示出了根据实施例2和对比例的周期侵润腐蚀速率的对比图。在图2中，上面的曲线为对比例的周期侵润腐蚀速率，下面的曲线为根据本发明的实施例2的周期侵润腐蚀速率，其中，对比例为Q235B普碳H型钢。通过图2可以看出，与对比例相比，根据本发明的实施例2的H型钢的耐腐蚀速率平均提高47.3％。

根据本发明的方法制造的核电结构用H型钢的力学性能、超声波探伤及耐候性能够完全满足核电站核岛内支架用H型钢的技术要求。因此，本发明为核电站核岛内支架用H型钢提供了一种新的选择，可替代进口的H型钢，具有广阔的应用前景。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施例进行各种变型和修改。

Claims

1.一种用于核电结构的H型钢，其特征在于所述用于核电结构的H型钢的化学成分按重量百分比计为：C0.10～0.20，Si0.15～0.45，Mn0.40～0.70，P≤0.025，S≤0.015，Cu0.20～0.50，Ni0.10～0.30，其余为Fe及不可避免的杂质，

其中，所述用于核电结构的H型钢中的Ni与Cu的含量比在1:3～1:2的范围内。

2.根据权利要求1所述的用于核电结构的H型钢，其特征在于碳当量满足下面的公式：

CEQ=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15<0.29。

3.一种生产用于核电结构的H型钢的方法，其特征在于所述方法包括的步骤为：

冶炼：采用转炉冶炼，然后进行LF精炼和连铸，控制钢水的化学成分按重量百分比为：C0.10～0.20，Si0.15～0.45，Mn0.40～0.70，P≤0.025，S≤0.015，Cu0.20～0.50，Ni0.10～0.30，其余为Fe及不可避免的杂质，其中，所述用于核电结构的H型钢中的Ni与Cu的含量比在1:3～1:2的范围内；

加热：将坯料装入加热炉中加热，加热温度控制在1200℃～1220℃，加热时间为2～4小时，然后出炉进行轧制；

轧制与冷却：坯料经高压水除磷后，进行轧制，粗轧开轧温度控制在1050℃～1150℃，粗轧后开启水冷装置进行冷却，精轧开轧温度控制在910℃～1000℃，精轧后开启水冷装置进行冷却，终轧温度控制在830℃～900℃；然后，对轧制完毕的轧件产品进行喷水冷却，将产品温度降至100℃以下后，送入矫直机进行矫直，最后将轧件切定尺寸。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在冶炼步骤中，随废钢一起加入Cu粒和Ni板。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在冶炼步骤中，将钢水浇铸成断面为150mm×150mm或165mm×200mm的方坯。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于当将钢水浇铸成断面为150mm×150mm的方坯时，控制拉速为1.6～2.0m/min。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于当将钢水浇铸成断面为165mm×200mm的方坯时，控制拉速为1.0～1.5m/min。