CN103160733A - 一种核电站压力容器及设备闸门用钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种核电站压力容器及设备闸门用钢板，钢板包括：碳0.10～0.20%，硅0.15～0.35%，锰1.00～1.65%，磷≤0.015%、硫≤0.005%，镍0.50～0.85%，铜≤0.06%，铬≤0.15%，钼≤0.05%，钒≤0.020%，铌≤0.040%，钛≤0.020%，铝0.020～0.050%，氮≤0.015%，砷≤0.015%，锡≤0.010%，余量为铁和不可避免的杂质，以上百分比为重量百分比。本钢板具有良好的常温拉伸性能、高温拉伸性能、厚度方向拉伸、低温韧性等指标，从而保证了钢板在特殊环境中使用的安全性；本工艺在现有设备条件下采用转炉冶炼，冶炼过程严格控制非金属夹杂物，实现了洁净钢的生产；采用本方法制造的钢板，其成本低，具有稳定的组织性能，低温韧性和高温性能，焊接性能、冷热加工性能优良，其韧脆转变温度TNDT≤-28℃。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料制造技术领域，尤其是涉及一种核电站压力容器及设备闸门用钢板及其制造方法。
背景技术
截止到2012年12月，在国内有13台核电机组运行、24台核电机组在建，核电用钢需求量持续增加，随着而来的核电站压力容器及设备闸门用钢板需求量增加。
作为核电站压力容器及设备闸门用钢，其服役条件苛刻复杂，要求所用钢板必须有优良的综合性能，对钢质的纯净度、内部质量、低温和高温下的高强韧性能、抗变形能力等指标具有严格的要求。生产过程中要求降低磷、硫含量，A类、C类、D类非金属夹杂物级别不大于1.0级、B类非金属夹杂物级别不大于1.5级，合理的化学成分设计和严格的热处理工艺，因此生产过程具有较高的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度核电站压力容器及设备闸门用中厚钢板，它具有良好的常温拉伸性能、高温拉伸性能和低温韧性等指标，本发明还提供了生产上述钢板的制造方法，该法采用转炉冶炼、正火或者淬火+回火热处理，使钢具有良好稳定的组织性能，焊接性能、冷热加工性能。采用的技术方案是：一种核电站压力容器及其设备闸门用钢板，其特征在于：所述钢板包括：碳0.10～0.20%，硅0.15～0.35%，锰1.00～1.65%，磷≤0.015%、硫≤0.005%，镍0.50～0.85%，铜≤0.06%，铬≤0.15%，钼≤0.05%，钒≤0.020%，铌≤0.040%，钛≤0.020%，铝0.020～0.050%，氮≤0.015%，砷≤0.015%，锡≤0.010%， 余量为铁和不可避免的杂质，以上百分比为重量百分比。
优选地：所述钢板中包括碳0.12～0.18%，硅0.15～0.35%，锰1.20～1.60%，磷≤0.013%、硫≤0.005%，镍0.50～0.85%，铜≤0.06%，铬≤0.15%，钼≤0.05%，钒≤0.020%，铌≤0.040%，钛≤0.020%，铝0.020～0.050%，氮≤0.015%，砷≤0.015%，锡≤0.010%，余量为铁和不可避免的杂质。
优选地：所述钢板中包括碳0.15%，硅0.25%，锰1.45%，磷0.010%、硫0.003%，镍0.70%，铜0.02%，铬0.02%，钼0.02%，钒0.002%，铌0.002%，钛0.002%，铝0.030%，氮0.004%，砷0.00001%，锡0.00001%，余量为铁和不可避免的杂质。
一种用于制造权利要求1所述的核电站压力容器及设备闸门用钢板的制造方法，包括1）铁水预处理、2）转炉冶炼及脱氧合金化、3）精炼、4）板坯连铸、5）板坯堆垛缓冷及再加热、6）高压水除磷及板坯轧制、7）钢板堆垛缓冷、8）热处理工艺，其特征在于：所述钢板厚度为6-150mm，所述2）转炉冶炼及脱氧合金化中，冶炼终点碳含量目标为0.06～0.10％，P≤0.008％，双挡渣出钢；出钢温度目标为1600-1630℃；脱氧合金化，出钢后在CAS吹氩时间≥10分钟；在所述3）精炼中，于LF精炼炉中进行深脱硫，并对各合金元素进行微调至目标，在VD/RH炉进行真空脱气处理，保真空15～20min，处理结束后喂钙铁线，软吹氩时间≥15min。
优选地：所述8）热处理工艺为正火或淬火+回火，所述的正火的具体步骤为：正火温度850～950℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，任何情况下不能少于30min，保温时间10～20min；所述的淬火+回火的 具体步骤为：钢板淬火温度800～1000℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，保温时间10～20min，钢板回火温度500～750℃，在炉时间1.0～3.0min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间10～20min，钢板出炉后空冷。
优选地：正火的具体步骤为：正火温度870～930℃，在炉时间1.5～2.5min/mm。任何情况下不能少于30min，保温时间12～18min；淬火+回火的具体步骤为：钢板淬火温度850～950℃，在炉时间1.5～2.5min/mm，保温时间12～18min，钢板回火温度550～700℃，在炉时间1.5～2.5min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间12～20min，钢板出炉后空冷。
优选地：所述6）高压水除磷及板坯轧制连铸坯包括加热后进行高压水除磷，开轧温度1050～1160℃，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850-930℃。
优选地：所述1）铁水预处理中包括使其中硫脱至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%。
优选地：所述4）板坯连铸中连铸拉速0.8-1.5m/min，全氩气保护浇铸，过程增氮不大于0.0015%。
本发明的有益效果在于：本发明公开了一种厚度为6-150mm的核电站压力容器及设备闸门用高强度中厚钢板配方及其对应的制造工艺，本钢板具有良好的常温拉伸性能、高温拉伸性能、厚度方向拉伸、 低温韧性等指标，从而保证了钢板在特殊环境中使用的安全性；本工艺在现有设备条件下采用转炉冶炼，冶炼过程严格控制非金属夹杂物，实现了洁净钢的生产；采用本发明所用的重量份数配比的元素组合的以及本发明所采用的方法制造钢板，其成本低，具有稳定的组织性能，低温韧性和高温性能，焊接性能、冷热加工性能优良，其韧脆转变温度TNDT≤-28℃。
附图说明
附图1是实施例中钢板金相组织图，该图表示的是试样厚度1/4处金相组织，放大倍率是500倍。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体说明。本发明公开了一种核电站压力容器及设备闸门用钢板，该钢板包括：碳0.10～0.20%，硅0.15～0.35%，锰1.00～1.65%，磷≤0.015%、硫≤0.005%，镍0.50～0.85%，铜≤0.06%，铬≤0.15%，钼≤0.05%，钒≤0.020%，铌≤0.040%，钛≤0.020%，铝0.020～0.050%，氮≤0.015%，砷≤0.015%，锡≤0.010%，余量为铁和不可避免的杂质，以上百分比为重量百分比。
本工艺步骤是：
1）铁水预处理：铁水预处理中包括使其中硫脱至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：冶炼终点碳含量目标为0.06～0.10％，P≤0.008％，电解镍随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；脱氧合金化，出钢后在 CAS吹氩时间≥10分钟，依次加入硅锰合金、铝锰铁进行合金化，出钢温度目标为1600-1630℃。
3）精炼：LF采用早期造白渣方式，根据成分加入微调合金；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，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，过程增氮不大于0.0015%；
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/mm，加热后出炉温度控制在1120-1180℃；
6）高压水除磷及板坯轧制：连铸坯加热后进行高压水除磷，开轧温度1050～1160℃，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850-930℃；
7）钢板堆垛缓冷：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。
8）热处理工艺：热处理工艺为正火或淬火+回火，正火的具体步骤为：正火温度850～950℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，任何情况下不能少于30min，保温时间10～20min；淬火+回火的具体步骤为：钢板淬火温度800～1000℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，保温时间10～20min，钢板回火温度500～750℃，在炉时间1.0～3.0min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间10～20min，钢板出炉后空冷。优选地，正火的具体步骤为：正火温度870～930℃，在炉时 间1.5～2.5min/mm。任何情况下不能少于30min，保温时间12～18min；淬火+回火的具体步骤为：钢板淬火温度850～950℃，在炉时间1.5～2.5min/mm，保温时间12～18min，钢板回火温度550～700℃，在炉时间1.5～2.5min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间12～20min，钢板出炉后空冷。
实施例：采用KR铁水预处理脱硫，处理后硫含量0.003%，铁水温度1267℃，砷含量0.003%；转炉冶炼：终点碳含量目标为0.08％，P：0.006％，S：0.008%。出钢温度目标为1620℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；镍铁随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；依次加入硅锰合金、铝锰铁进行合金化，出钢过程吹氩时间13分钟；LF精炼：到站温度1530℃，出站温度1650℃。加热时间30min，处理周期59min；VD精炼：保真空时间15min，真空度0.6mbr。VD/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62小时；连铸坯再加热：加热时间240分钟，出炉温度1130～1156℃；开轧温度：1048～1060℃，终轧温度：915～930℃；钢板正火工艺：加热温度910℃，在炉时间100min，保温时间17min，钢板出炉后空冷。对钢板取样做模拟消除应力热处理，加热温度650℃，温度在425℃以上时，加热速率135℃/h,冷却速率155℃/h,保温时间10小时，取样出炉后空冷。
熔炼分析得到钢板的化学成分为：碳（C）0.15%，硅（Si）0.25%，锰（Mn）1.45%，磷（P）0.010%、硫（S）0.003%，镍（Ni）0.70%， 铜(Cu)0.02%，铬（Cr）0.02%，钼（Mo）0.02%，钒（V）0.002%，铌（Nb）0.002%，钛（Ti）0.002%，铝（Alt）0.032%，氮（N）0.0035%，砷(As)0.00001%，锡(Sn)0.00001%，生产钢板的厚度为50mm。本实施例中具体性能见表1-5。
表1钢板常温拉伸性能
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，冲击试验结果如表2所示。
表2钢板-20℃V型冲击试验结果
表3厚度方向拉伸性能
表4布氏硬度
表5200℃高温拉伸性能
| 钢板批号 | Rp,N/mm2 | Rm，N/mm2 |
| 12TR034213-01 | 370 | 515 |
| 12TR034213-02 | 355 | 495 |
钢板b=2a,180°d=2a冷弯未裂，合格。
按照GB/T10561-2005标准，分析了钢板的夹杂物级别，结果如表6所示。
表6夹杂物评级结果
按照GB/T6803-2008标准，进行钢板无塑性转变落锤试验，结果TNDT≤-28℃。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例， 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，也属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种核电站压力容器及设备闸门用钢板，其特征在于：所述钢板包括：碳0.10～0.20%，硅0.15～0.35%，锰1.00～1.65%，磷≤0.015%、硫≤0.005%，镍0.50～0.85%，铜≤0.06%，铬≤0.15%，钼≤0.05%，钒≤0.020%，铌≤0.040%，钛≤0.020%，铝0.020～0.050%，氮≤0.015%，砷≤0.015%，锡≤0.010%，余量为铁和不可避免的杂质，以上百分比为重量百分比。
2.按照权利要求1所述的核电站压力容器及设备闸门用钢板，其特征在于：所述钢板中包括碳0.12～0.18%，硅0.15～0.35%，锰1.20～1.60%，磷≤0.013%、硫≤0.005%，镍0.50～0.85%，铜≤0.06%，铬≤0.15%，钼≤0.05%，钒≤0.020%，铌≤0.040%，钛≤0.020%，铝0.020～0.050%，氮≤0.015%，砷≤0.015%，锡≤0.010%，余量为铁和不可避免的杂质。
3.按照权利要求1所述的核电站压力容器及设备闸门用钢板，其特征在于：所述钢板中包括碳0.15%，硅0.25%，锰1.45%，磷0.010%、硫0.003%，镍0.70%，铜0.02%，铬0.02%，钼0.02%，钒0.002%，铌0.002%，钛0.002%，铝0.030%，氮0.004%，砷0.00001%，锡0.00001%，余量为铁和不可避免的杂质。
4.一种用于制造权利要求1所述的核电站压力容器及设备闸门用钢板的制造方法，包括1）铁水预处理、2）转炉冶炼及脱氧合金化、3）精炼、4）板坯连铸、5）板坯堆垛缓冷及再加热、6）高压水除磷及板坯轧制、7）钢板堆垛缓冷、8）热处理工艺，其特征在于：所述钢板厚度为6-150mm;所述2）转炉冶炼及脱氧合金化中，冶炼终点碳含量目标为0.06～0.10％，P≤0.008％，双挡渣出钢；出钢温度目标为1600-1630℃；脱氧合金化，出钢后在CAS吹氩时间≥10分钟；在所述3）精炼中，于LF精炼炉中进行深脱硫，并对各合金元素进行微调至目标，在VD/RH炉进行真空脱气处理，保真空15～20min，处理结束后喂钙铁线，软吹氩时间≥15min。
5.按照权利要求4所述的核电站压力容器及设备闸门用钢板的制造方法，其特征在于：所述8）热处理工艺为正火或淬火+回火，所述的正火的具体步骤为：正火温度850～950℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，任何情况下不能少于30min，保温时间10～20min；所述的淬火+回火的具体步骤为：钢板淬火温度800～1000℃，在炉时间1.0～3.0min/mm，保温时间10～20min，钢板回火温度500～750℃，在炉时间1.0～3.0min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间10～20min，钢板出炉后空冷。
6.按照权利要求5所述的核电站压力容器及设备闸门用钢板的制造方法，其特征在于：正火的具体步骤为：正火温度870～930℃，在炉时间1.5～2.5min/mm,任何情况下不能少于30min，保温时间12～18min；淬火+回火的具体步骤为：钢板淬火温度850～950℃，在炉时间1.5～2.5min/mm，保温时间12～18min，钢板回火温度550～700℃，在炉时间1.5～2.5min/mm,任何情况下不能少于30min，回火保温时间12～20min，钢板出炉后空冷。
7.按照权利要求4所述的核电站压力容器及设备闸门用钢板的制造方法，其特征在于：所述6）高压水除磷及板坯轧制连铸坯包括加热后进行高压水除磷，开轧温度1050～1160℃，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850-930℃。
8.按照权利要求4所述的核电站压力容器及设备闸门用钢板的制造方法，其特征在于：所述1）铁水预处理中包括使其中硫脱至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≤0.006%。
9.按照权利要求4所述的核电站压力容器及设备闸门用钢板的制造方法，其特征在于：所述4）板坯连铸中连铸拉速0.8-1.5m/min，全氩气保护浇铸，过程增氮不大于0.0015%。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |