CN103114254A

CN103114254A - 一种核电站机械模块支撑件用高强韧钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN103114254A
Application number: CN2013100832747A
Authority: CN
Inventors: 蒋善玉; 孙卫华; 韩启彪; 王金华; 孙风晓; 夏茂森; 周波
Original assignee: Jinan Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Jinan Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-05-22

Abstract

本发明提供了一种核电站机械模块支撑件用高强韧钢板及其制造方法的技术方案，通过本制造方法所生产的钢板其包含的组分及其重量百分比为：碳0.08～0.22%，硅0.15～0.45%，锰0.60～1.10%，磷≤0.020%、硫≤0.015%，镍0.60～1.00%，铬0.40～0.70%，钼0.40～0.60%，铜0.15～0.55%，钒0.020～0.080%，钛0.008～0.030%，硼0.0005～0.005%，铝0.020～0.050%，余量为铁及杂质。该方案通过采用低碳含量设计基础上适当添加合金元素，严格控制钢中的磷、硫、氮、砷等杂质元素和残余元素，使钢的抗拉强度达到800MPa以上。

Description

一种核电站机械模块支撑件用高强韧钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高强韧钢板及其制造方法，尤其涉及一种核电站机械模块支撑件用高强韧钢板及其制造方法。

背景技术

核电是应对气候变化的首选。核电基本上没有碳排放，是安全、稳定、可靠的大电源，是实现电力可持续供应的不可替代的战略选择，加快规模发展核电已经成为我们国家的国策，核电建设将成为国家关键基础设施建设的一个重要组成部分。国家将安全高效发展核电，到2015年，总装机容量将超过1600万千瓦；全面参与第三代核电引进、消化、吸收、再创新工作。

核电站机械模块支撑件用钢服役条件苛刻复杂，必须有优良的综合性能。但是，钢质纯净度、内部质量、低温和高温下的高强韧性能、抗变形能力、焊接性能等指标都比较低。钢板在轧制后需要进行不同的热处理工艺实验以寻求最佳热处理工艺参数，因此生产过程具有较高的难度。

本发明采用合理的化学成分设计和相匹配的淬火+回火的热处理工艺的是保证钢板具有合理的微观组织和各项力学性能满足标准的必要条件。合理的热处理工艺能够保证钢板具有均匀的微观组织，从而保证钢板具有良好的常温拉伸性能、低温韧性等指标，保证钢板在使用的安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种核电站机械模块支撑件用高强韧钢板的技术方案，该方案通过采用低碳含量设计基础上适当添加合金元素，严格控制钢中的磷、硫、氮、砷等杂质元素和残余元素，以合理的工艺手段使钢的抗拉强度达到800MPa以上，并适用于厚度较小的钢板；同时本发明还提供了一种核电站机械模块支撑件用高强韧钢板的技术方案的制造方法。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

本发明的核电站机械模块支撑件用高强韧钢板，其包含的组分及其重量百分比为：碳（C）0.08～0.22%，硅（Si）0.15～0.45%，锰（Mn）0.60～1.10%，磷（P）≤0.020%、硫（S）≤0.015%，镍（Ni）0.60～1.00%，铬（Cr）0.40～0.70%，钼（Mo）0.40～0.60%，铜(Cu)0.15～0.55%，钒（V）0.020～0.080%，钛（Ti）0.008～0.030%，硼(B)0.0005～0.005%，铝(Alt)0.020～0.050%，余量为铁（Fe）及不可避免的杂质。

本发明的进一步改进是，其包含的组分及其重量百分比为：碳（C）0.10～0.20%，硅（Si）0.15～0.40%，锰（Mn）0.70～1.00%，磷（P）≤0.015%、硫（S）≤0.010%，镍（Ni）0.60～0.95%，铬（Cr）0.45～0.65%，钼（Mo）0.45～0.55%，铜(Cu)0.20～0.50%，钒（V）0.030～0.060%，钛（Ti）0.010～0.025%，硼(B)0.0008～0.003%，铝(Alt)0.020～0.045%，余量为铁（Fe）及不可避免的杂质。

本发明的进一步改进是，其包含组分及其重量百分比为：碳（C）0.16%，硅（Si）0.25%，锰（Mn）0.90%，磷（P）0.010%、硫（S）≤0.004%，镍（Ni）0.75%，铬（Cr）0.55%，钼（Mo）0.50%，铜(Cu)0.25 %，钒（V）0.050%，钛（Ti）0.015%，硼(B)0.002%，铝(Alt)0.025%，余量为铁（Fe）及不可避免的杂质。

本发明的核电站机械模块支撑件用高强韧钢板厚度为6mm—65mm。

本发明核电站机械模块支撑件用高强韧钢板的制造方法如下：

按照以下步骤进行操作：a.KR铁水预处理脱硫；b.转炉冶炼、脱磷脱碳、脱氧合金化、温度调整；c.LF+RH/VD精炼；d.板坯连铸；e.板坯堆垛缓冷；f.板坯再加热；g.高压水除鳞；h.在奥氏体区轧制实现高温大压下量；i.钢板堆垛缓冷工艺；j.淬火+回火热处理。

其中上述字母的含义分别为：KR：KR法铁水预处理；LF：钢包精炼炉；RH：真空循环脱气法；VD：真空脱气。

制造方法的优选方案为：

1）铁水需要经过铁水预处理，使硫脱至0.002-0.005%，经过KR深脱硫预处理且扒渣后铁水亮面大于90％，铁水温度1250～1350℃，铁水中砷（As）≤0.006%；

2）转炉冶炼及脱氧合金化：吹氧冶炼时间15min，多倒渣。矿石加入方式：矿石的三分之二在脱磷加入，后三分之一根据过程温度加入，保证过程温度不过高。终点碳含量目标为0.06-0.10％，P≤0.008％，S≤0.012％，出钢温度目标为1600-1630℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢，严格控制下渣；钼铁、阴极铜和电解镍随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰和萤石造顶渣；依次加入硅锰合金、铝锰铁、铬铁、钒铁进行合金化，出钢过程吹氩时间10-15分钟；

3）精炼：LF采用早期造白渣方式，根据成分加入微调合金，加热结束加钛铁；VD/RH真空处理：真空度不大于1.5mbar，保真空时间15～20分钟，后喂钙铁线，加硼铁，喂线后吹氩时间不小于15分钟；

4）板坯连铸：连铸拉速0.8-1.5m/min，全氩气保护浇铸；

5）板坯堆垛缓冷及再加热：对连铸坯堆垛缓冷48小时以上，之后进行加热，加热时间按照8-10min/cm，加热后出炉温度控制在1120-1170℃；

4）高压水除磷及板坯轧制：连铸坯加热后进行高压水除鳞，开轧温度1050～1090℃，高温阶段加大压下量提高变形渗透率，减少精轧道次，精轧阶段在完全再结晶区终止，终轧温度900℃以上；

5）钢板轧后采用堆垛缓冷工艺，保证钢中氢的析出和微观组织的均匀化；

6）钢板淬火温度850～1000℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，保温时间10～20min，钢板回火温度550～750℃，在炉时间1.0～3.0min/mm,回火保温时间10～20min，钢板出炉后空冷，钢板经淬火后形成粒状贝氏体和板条贝氏体，回火后最终组织为回火后得到均匀细小的回火贝氏体。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，

经过以上工艺得到回火贝氏体组织的核电机械模块支撑件用钢板，特点是采用适当添加Ni、Cu元素，起到固溶强化作用，同时进一步保证其韧性，采用Mo、Cr、B元素，以提高该钢板的淬透性，保证钢的强度，以获得良好的综合力学性能。其拉伸力学性能满足：屈服强度700～800MPa，抗拉强度800～930MPa，伸长率不小于16%，-20℃横向冲击功不小于34J，断面收缩率不小于45%，侧膨胀量不小于0.38mm，

本发明具有如下特点：

1）本钢种采用了Ni、Cr、Mo、Cu、B等元素设计，既保证了钢板较高强度，又具有良好的低温韧性。

2）本钢在冶炼过程中严格控制S、P、N、As等有害元素，以提高钢板的强度、低温韧性、探伤性能等，保证钢板在核电站恶劣环境下的力学性能稳定性。特别是在转炉冶炼过程中采用纯净钢冶炼工艺，使钢中磷含量达到0.015%以下、硫含量达到了0.010%以下。

3）钢中采用了Mo、Cr、Ni设计，形成大量弥散的纳米级碳化物，能够起到细化组织，抑制位错在高温下的滑移和钉扎位错的作用，而且通过调质工艺得到均匀的贝氏体组织，在高温下具有稳定的性能，从而保证该钢种优良的高温力学性能。

4）该钢种采用低碳设计使钢板在调质处理后形成细化的低碳回火贝氏体组织，使该钢具有良好的塑性和抗变形能力，钢板经过压制成安全壳变形最复杂的封头后具有良好的变形能力和变形后稳定的力学性能。钢板性能优良稳定，满足了世界上最新的第三代核电技术AP1000和第四代核电技术CAP1400核电站机械模块支撑件用高强韧钢板的各项要求。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明实施例1的钢板（厚度1/4处，500倍）金相组织照片。

图2为本发明实施例2的钢板（厚度1/4处，500倍）金相组织照片。

图3为本发明实施例3的钢板（厚度1/4处，500倍）金相组织照片。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。

通过附图可以看出，本方案的本发明的核电站机械模块支撑件用高强韧钢板，其包含的组分及其重量百分比为：碳（C）0.08～0.22%，硅（Si）0.15～0.45%，锰（Mn）0.60～1.10%，磷（P）≤0.020%、硫（S）≤0.015%，镍（Ni）0.60～1.00%，铬（Cr）0.40～0.70%，钼（Mo）0.40～0.60%，铜(Cu)0.15～0.55%，钒（V）0.020～0.080%，钛（Ti）0.008～0.030%，硼(B)0.0005～0.005%，铝(Alt)0.020～0.050%，余量为铁（Fe）及不可避免的杂质。

制造方法的优选方案为：

4）板坯连铸：连铸拉速0.8-1.5m/min，全氩气保护浇铸；

实施例1：本实施例所涉及的钢板厚度为38mm；

制造方法：采用KR铁水预处理脱硫，处理后硫含量0.003%，铁水温度1264℃，砷含量0.003%。转炉吹炼15min，倒渣时化渣状态较好，倒渣量大。终点碳含量目标为0.08％，P：0.007％，S：0.008%。出钢温度目标为1618℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；钼铁随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；依次加入硅锰合金、铝锰铁、铬铁、钒铁进行合金化，出钢过程吹氩时间15分钟；LF：到站温度1530℃，出站温度1654℃。加热时间30min，处理周期58min。加入钛铁调整钛元素含量。VD：保真空时间16min，真空度0.6mbr。RH后喂钙铁线后软吹氩20min，软吹过程钢液面无裸露。连铸：拉速为1.0m/min，全氩气保护浇铸。板坯下线冷却64小时。连铸坯再加热：加热时间254分钟，出炉温度1147℃。开轧温度：1062℃。终轧温度：920℃。钢板淬火温度920℃，在炉时间80min，保温时间16分钟后水冷；回火温度680℃，在炉时间80min，保温时间17min，钢板出炉后空冷。

通过上述方法所得钢板的组分为：C：0.17%，Si：0.24%，Mn：0.86%，P：0.013%，S：0.006%，Cu：0.18%，Cr：0.48%，Ni：0.78%，Mo：0.44%，V：0.050%，N:0.0040%，Ti：0.016%，B：0.0024%。

实施例2：本实施例所涉及的钢板厚度为52mm；

钢水冶炼与连铸坯生产工艺同实施例1，连铸坯再加热：加热时间248分钟，出炉温度1142℃。开轧温度：1058℃。终轧温度：935℃。钢板淬火温度920℃，在炉时间110min，保温时间16分钟后水冷；回火温度660℃，在炉时间110min/mm，保温时间16 min，钢板出炉后空冷。

通过上述方法所得钢板的组分同实施例1。

实施例3：本实施例所涉及的钢板厚度为12mm

钢水冶炼与连铸坯生产工艺同实施例1，连铸坯再加热：加热时间242分钟，出炉温度1154℃。开轧温度：1052℃。终轧温度：915℃。钢板淬火温度920℃，在炉时间110min，保温时间15分钟后水冷；回火温度690℃，在炉时间110min，保温时间15 min，钢板出炉后空冷。

通过上述方法所得钢板的组分同实施例1。

表1钢板常温拉伸性能

厚度，mm	Rp0.2, MPa	抗拉强度， MPa	延伸率A50，%	断面收缩率，%
					12	780	860	26	64
38	770	855	24	65
					52	745	835	24	64

低温冲击试验：在-20℃进行低温冲击试验，冲击试验采用V型缺口，冲击试样取自钢板头部，试样尺寸为10×10×55mm，一组试样为3个，冲击试验结果如表2所示。

表2钢板-20℃ V型冲击试验结果

Figure 2013100832747100002DEST_PATH_IMAGE002

按照GB/T10561-2005标准，分析了钢板的夹杂物级别，结果如表3所示。

表3 夹杂物评级结果

Figure 2013100832747100002DEST_PATH_IMAGE004

本发明未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种核电站机械模块支撑件用高强韧钢板，其特征在于：其包含的组分及其重量百分比为：碳（C）0.08～0.22%，硅（Si）0.15～0.45%，锰（Mn）0.60～1.10%，磷（P）≤0.020%、硫（S）≤0.015%，镍（Ni）0.60～1.00%，铬（Cr）0.40～0.70%，钼（Mo）0.40～0.60%，铜(Cu)0.15～0.55%，钒（V）0.020～0.080%，钛（Ti）0.008～0.030%，硼(B)0.0005～0.005%，铝(Alt)0.020～0.050%，余量为铁（Fe）及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的核电站机械模块支撑件用高强韧钢板，其特征在于：其包含的组分及其重量百分比为：碳（C）0.10～0.20%，硅（Si）0.15～0.40%，锰（Mn）0.70～1.00%，磷（P）≤0.015%、硫（S）≤0.010%，镍（Ni）0.60～0.95%，铬（Cr）0.45～0.65%，钼（Mo）0.45～0.55%，铜(Cu)0.20～0.50%，钒（V）0.030～0.060%，钛（Ti）0.010～0.025%，硼(B)0.0008～0.003%，铝(Alt)0.020～0.045%，余量为铁（Fe）及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所的所述的核电站机械模块支撑件用高强韧钢板，其特征在于：其包含组分及其重量百分比为：碳（C）0.16%，硅（Si）0.25%，锰（Mn）0.90%，磷（P）0.010%、硫（S）≤0.004%，镍（Ni）0.75%，铬（Cr）0.55%，钼（Mo）0.50%，铜(Cu)0.25 %，钒（V）0.050%，钛（Ti）0.015%，硼(B)0.002%，铝(Alt)0.025%，余量为铁（Fe）及不可避免的杂质。

4.根据权利要求1或2所述的核电站机械模块支撑件用高强韧钢板，其特征在于：该钢板厚度为6mm—65mm。

5.根据权利要求3所述的核电站机械模块支撑件用高强韧钢板，其特征在于：该钢板厚度为6mm—65mm。

6.根据权利要求1所述的核电站机械模块支撑件用高强韧钢板的制造方法，其特征在于：按照以下步骤进行操作：a.KR铁水预处理脱硫；b.转炉冶炼、脱磷脱碳、脱氧合金化、温度调整；c.LF+RH/VD精炼；d.板坯连铸；e.板坯堆垛缓冷；f.板坯再加热；g.高压水除鳞；h.在奥氏体区轧制实现高温大压下量；i.钢板堆垛缓冷工艺；j.淬火+回火热处理。

7.根据权利要求6所述的核电站机械模块支撑件用高强韧钢板的制造方法，其特征在于：

2）转炉冶炼及脱氧合金化：吹氧冶炼时间15min，多倒渣。

8.矿石加入方式：矿石的三分之二在脱磷加入，后三分之一根据过程温度加入，保证过程温度不过高。

9.终点碳含量目标为0.06-0.10％，P≤0.008％，S≤0.012％，出钢温度目标为1600-1630℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢，严格控制下渣；钼铁、阴极铜和电解镍随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰和萤石造顶渣；依次加入硅锰合金、铝锰铁、铬铁、钒铁进行合金化，出钢过程吹氩时间10-15分钟；

4）板坯连铸：连铸拉速0.8-1.5m/min，全氩气保护浇铸；

6）钢板淬火温度850～1000℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，保温时间10～20min，钢板回火温度550～750℃，在炉时间1.0～3.0min/mm,回火保温时间10～20min，钢板出炉后空冷。