CN103911559B - 一种核电站压力容器用钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶炼技术领域,具体涉及一种核电站压力容器用钢板,还涉及该钢板的制造方法。该钢板包括:碳(C)0.10~0.20%,硅(Si)0.15~0.40%,锰(Mn)0.60~1.40%,磷(P)≤0.020%、硫(S)≤0.010%,镍(Ni)≤0.30%,铜(Cu)≤0.18%,铬(Cr)≤0.30%,钼(Mo)≤0.08%,钒(V)≤0.020%,铌(Nb)≤0.020%,钛(Ti)0.008~0.030%,铝(Alt)0.020~0.050%,氮(N)≤0.012%,镍(Ni)+铜(Cu)+铬(Cr)+钼(Mo)≤0.70%,铜(Cu)+6锡(Sn)≤0.33%,铝(Alt):氮(N)≥2,余量为铁(Fe)和不可避免杂质。采用本发明的方法制造的钢板,具有良好的低温韧性和耐高温性能,焊接性能、冷热加工性能优良稳定,抗辐照脆化性能良好,成本低。
Description
技术领域
本发明属于冶炼技术领域,具体涉及一种核电站压力容器用钢板,还涉及该钢板的制造方法。
背景技术
截止2013年12月,国内有13台核电机组运行、在建27台机组,核电用钢需求量持续增加,核电站压力容器用钢板需求量增加。
核电站压力容器,服役条件苛刻复杂,要求所用钢板必须有优良的综合性能,对钢质纯净度、内部质量、低温和高温下的强韧性能、抗变形能力等指标具有严格的要求。作为核反应堆安全壳钢衬里用钢板还要求抗辐照性能,控制钢中Cu、Cr、Ni、Mo、Sn元素,可以降低成本,提高钢板的焊接性能和抗辐照脆化倾向性能。Cu是辐照敏感元素,钢中残余Cu含量较高时,镍有增强铜对钢辐照脆化倾向的有害作用,且镍含量较高的材料经过辐照后所生成的物质放射性比较强要,因此要严格控制Cu、Ni等。生产过程要求:控制低的磷、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轧制及热处理工艺,因此生产过程具有较高的难度。
钢板采用合理的化学成分设计和相匹配的轧制或正火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。合理轧制及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、高温拉伸性能、厚度方向拉伸、低温韧性、抗辐照脆化性能等指标,保证钢板在使用中的安全性。
核电用钢需具备较高的安全性,同时兼备较好的经济性实用性。
发明内容
为了解决上述的技术问题,本发明提供了一种核电站压力容器用钢板,该钢板合金成本低,不添加贵重合金元素,使钢板具有良好稳定的组织性能,焊接性能、冷热加工性能;
本发明还提供了以上一种核电站压力容器用钢板的制造方法,该方法采用转炉冶炼、控轧或正火热处理,使钢质纯净,组织均匀,各项性能稳定,焊接性能、冷热加工性能优良。
一种核电站压力容器用钢板,包括下述重量百分比的组分:碳(C)0.10~0.20%,硅(Si)0.15~0.40%,锰(Mn)0.60~1.40%,磷(P)≤0.020%、硫(S)≤0.010%,镍(Ni)≤0.30%,铜(Cu)≤0.18%,铬(Cr)≤0.30%,钼(Mo)≤0.08%,钒(V)≤0.020%,铌(Nb)≤0.020%,钛(Ti)0.008~0.030%,铝(Alt)0.020~0.050%,氮(N)0.012%,镍(Ni)+铜(Cu)+ 铬(Cr)+钼(Mo)≤0.70%,铜(Cu)+6锡(Sn)≤0.33%,铝(Alt):氮(N)≥2,余量为铁(Fe)和不可避免的杂质。
优选的,一种核电站压力容器用钢板,包括下述重量百分比的组分:碳(C)0.12~0.18%,硅(Si)0.15~0.35%,锰(Mn)0.80~1.20%,磷(P)≤0.015%、硫(S)≤0.005%,镍(Ni)≤0.30%,铜(Cu)≤0.10%,铬(Cr)≤0.30%,钼(Mo)≤0.08%,钒(V)≤0.020%,铌(Nb)≤0.020%,钛(Ti)0.008~0.030%,铝(Alt)0.020~0.050%,氮(N)≤0.012%,镍(Ni)+铜(Cu)+铬(Cr)+钼(Mo)≤0.70%,铜(Cu)+6锡(Sn)≤0.15%,铝(Alt):氮(N)≥2,余量为铁(Fe)和不可避免的杂质。
更优选的,一种核电站压力容器用钢板,包括下述重量百分比的组分:碳(C)0.15%,硅(Si)0.25%,锰(Mn)1.00%,磷(P)0.010%、硫(S)0.003%,镍(Ni)≤0.10%,铜(Cu)≤0.10%,铬(Cr)≤0.10%,钼(Mo)≤0.05%,钒(V)≤0.020%,铌(Nb)≤0.020%,钛(Ti)0.018%,铝(Alt)0.030%,氮(N)≤0.008%,镍(Ni)+铜(Cu)+ 铬(Cr)+钼(Mo)≤0.35%,铜(Cu)+6锡(Sn)≤0.15%,铝(Alt):氮(N)≥2,余量为铁(Fe)和不可避免的杂质。
一种核电站压力容器用钢板的制造方法,包括下述的步骤:铁水预处理、转炉冶炼、LF+VD/RH精炼、板坯连铸、板坯冷却、板坯加热、高压水除磷、板坯控轧、钢板堆垛缓冷或正火热处理;其特征在于,冶炼终点碳含量目标为0.06~0.10%,P≤0.008%,双挡渣出钢;脱氧合金化,出钢后在CAS吹氩时间≥10分钟,在LF精炼炉进行深脱硫,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10-15min。
优选的,上述的方法中,正火热处理的具体步骤为: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;钢板出炉后空冷。
更优选的,一种核电站压力容器用钢板的制造方法,包括下述的步骤:
a.铁水预处理: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%;
b.转炉冶炼及脱氧合金化,终点碳含量目标为0.06-0.10%,P≤0.008%,出钢温度目标为1600-1630℃;采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢;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10-15分钟;
c.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;
d.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%;
e.板坯再加热:加热时间按照8-10min/cm,加热后出炉温度控制在1120-1180℃;
f.高压水除磷及板坯控轧: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℃;
h.钢板正火温度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;钢板出炉后空冷。
优选的,步骤h中,钢板正火温度880~930℃,在炉时间1.5~2.5min/mm,任何情况下不能少于30min,保温时间10~20min;钢板出炉后空冷。
更优选的,所述的步骤h中,钢板的正火温度为900℃,在炉时间2min/mm,任何情况下不能少于30min,保温时间15min,钢板出炉后空冷。
钢板的厚度6-100mm。
本发明不添加贵重合金Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、V、Ti等元素,大大降低了钢的成本。
本发明的有益效果在于: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。
附图说明
图1 实施例1钢板金相组织照片(厚度1/4处,100倍);
图2实施例2钢板金相组织照片(厚度1/4处,100倍);
图3 实施例3钢板金相组织照片(厚度1/4处,100倍);
图4 实施例4钢板金相组织照片(厚度1/4处,100倍)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式来对本发明作更进一步的说明,以便本领域的技术人员更了解本发明,但并不以此限制本发明。
实施例1
本实施例所涉及的钢板厚度为6mm。
采用KR铁水预处理脱硫,处理后硫含量0.002%,铁水温度1270℃;
转炉冶炼:终点碳含量为0.07%,P:0.006%,S:0.005%。出钢温度为1625℃;采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢;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15分钟;LF精炼:到站温度1533℃,出站温度1654℃。VD精炼:保真空时间15min,真空度0.6mbr。VD后喂钙铁线后软吹氩20min,软吹过程钢液面无裸露;板坯连铸拉速为1.0m/min,全氩气保护浇铸;板坯下线冷却59小时。连铸坯再加热时间200分钟,出炉温度1168℃。开轧温度:1070℃,终轧温度:850℃。
熔炼分析得到钢板的化学成分为:碳(C)0.15%,硅(Si)0.26%,锰(Mn)0.70%,磷(P)0.011%、硫(S)0.002%,镍(Ni)0.01%,铜(Cu)0.02%,铬(Cr)0.02%,钼(Mo)0.01%,钒(V)0.002%,铌(Nb)0.001%,钛(Ti)0.002%,铝(Alt)0.035%,氮(N)0.0032%,锡(Sn)0.0000%,镍(Ni)+铜(Cu)+ 铬(Cr)+钼(Mo)=0.06%,铜(Cu)+6锡(Sn)=0.02%,铝(Alt):氮(N)=10.9。
实施例2
本实施例所涉及的钢板厚度为40mm;
采用KR铁水预处理脱硫,处理后硫含量0.005%,铁水温度1268℃;
转炉冶炼:终点碳含量为0.07%,P:0.005%,S:0.004%。出钢温度为1630℃;采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢;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15分钟;LF精炼:到站温度1535℃,出站温度1654℃。VD精炼:保真空时间15min,真空度0.6mbr。VD后喂钙铁线后软吹氩18min,软吹过程钢液面无裸露;板坯连铸拉速为1.0m/min,全氩气保护浇铸;板坯下线冷却80小时。连铸坯再加热时间200分钟,出炉温度1170℃。开轧温度:1068℃,终轧温度:890℃;
熔炼分析得到钢板的化学成分为:碳(C)0.16%,硅(Si)0.24%,锰(Mn)1.05%,磷(P)0.013%、硫(S)0.002%,镍(Ni)0.01%,铜(Cu)0.01%,铬(Cr)0.02%,钼(Mo)0.01%,钒(V)0.002%,铌(Nb)0.001%,钛(Ti)0.002%,铝(Alt)0.035%,氮(N)0.0028%,锡(Sn)0.0000%,镍(Ni)+铜(Cu)+ 铬(Cr)+钼(Mo)=0.05%,铜(Cu)+6锡(Sn)=0.01%,铝(Alt):氮(N)=12.5。
实施例3
本实施例所涉及的钢板厚度为64mm。
采用KR铁水预处理脱硫,处理后硫含量0.003%,铁水温度1267℃;
转炉冶炼:终点碳含量为0.08%,P:0.006%,S:0.005%。出钢温度为1622℃;采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢;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℃。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;板坯连铸拉速为1.0m/min,全氩气保护浇铸;板坯下线冷却62小时。连铸坯再加热时间200分钟,出炉温度1156℃。开轧温度:1060℃,终轧温度:900℃;钢板正火工艺:加热温度910℃,在炉时间100min,保温时间17min空冷;钢板模拟消除应力温度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,钢板出炉后空冷。
熔炼分析得到钢板的化学成分为:碳(C)0.17%,硅(Si)0.26%,锰(Mn)1.20%,磷(P)0.010%、硫(S)0.003%,镍(Ni)0.02%,铜(Cu)0.01%,铬(Cr)0.02%,钼(Mo)0.01%,钒(V)0.002%,铌(Nb)0.001%,钛(Ti)0.002%,铝(Alt)0.033%,氮(N)0.0030%,锡(Sn)0.0000%,砷(Sn)镍(Ni)+铜(Cu)+ 铬(Cr)+钼(Mo)=0.06%,铜(Cu)+6锡(Sn)=0.01%,铝(Alt):氮(N)=11。
实施例4
本实施例所涉及的钢板厚度为100mm;
采用KR铁水预处理脱硫,处理后硫含量0.004%,铁水温度1266℃;
转炉冶炼:终点碳含量为0.07%,P:0.004%,S:0.005%。出钢温度为1625℃;采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢;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1531℃,出站温度1657℃。VD精炼:保真空时间15min,真空度0.6mbr。VD后喂钙铁线后软吹氩18min,软吹过程钢液面无裸露;板坯连铸拉速为1.0m/min,全氩气保护浇铸;板坯下线冷却63小时。连铸坯再加热时间200分钟,出炉温度1162℃。开轧温度:1058℃,终轧温度:930℃;钢板正火工艺:加热温度910℃,在炉时间150min,保温时间15min空冷;
熔炼分析得到钢板的化学成分为:碳(C)0.18%,硅(Si)0.26%,锰(Mn)1.31%,磷(P)0.012%、硫(S)0.003%,镍(Ni)0.02%,铜(Cu)0.02%,铬(Cr)0.02%,钼(Mo)0.01%,钒(V)0.002%,铌(Nb)0.001%,钛(Ti)0.002%,铝(Alt)0.038%,氮(N)0.0031%,锡(Sn)0.0000%,镍(Ni)+铜(Cu)+ 铬(Cr)+钼(Mo)=0.07%,铜(Cu)+6锡(Sn)=0.02%,铝(Alt):氮(N)=12.2。
实施例4的方法生产的钢板具体性能如表1所示。
表1 钢板常温拉伸性能
低温冲击试验:在-20℃进行低温横向冲击试验,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型横向冲击试验结果
表3厚度方向拉伸性能
表4 300℃高温拉伸性能
钢板b=2a,180°d=1a冷弯未裂,合格。
按照ASTM E45-2002标准,分析了钢板的夹杂物级别,结果如表4所示。
表5夹杂物评级结果
实施例5
一种核电站压力容器用钢板的制造方法,包括下述的步骤:
a.铁水预处理:使其中硫脱至0.003%,经过KR深脱硫预处理且扒渣后铁水亮面大于90%,铁水温度1300℃,铁水中砷(As)≤0.006%;
b.转炉冶炼及脱氧合金化,终点碳含量目标为0.08%,P≤0.008%,出钢温度目标为1620℃;采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢;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12分钟;
c.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18分钟,后喂钙铁线,喂线后吹氩时间不小于15分钟;
d.板坯连铸:连铸拉速1.2m/min,全氩气保护浇铸,过程增氮不大于0.0015%;
e.板坯再加热:加热时间按照9min/cm,加热后出炉温度控制在1160℃;
f.高压水除磷及板坯控轧:连铸坯加热后进行高压水除磷,开轧温度1120℃,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℃;
h.钢板正火温度900℃,在炉时间2.0min/mm,时间≥30min,保温时间15min;钢板出炉后空冷。
实施例6
一种核电站压力容器用钢板的制造方法,包括下述的步骤:
a.铁水预处理:使其中硫脱至0.002%,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℃,铁水中砷(As)≤0.006%;
b.转炉冶炼及脱氧合金化,终点碳含量目标为0.06%,P≤0.008%,出钢温度目标为1600℃;采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢;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10分钟;
c.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分钟,后喂钙铁线,喂线后吹氩时间不小于15分钟;
d.板坯连铸:连铸拉速0.8m/min,全氩气保护浇铸,过程增氮不大于0.0015%;
e.板坯再加热:加热时间按照8min/cm,加热后出炉温度控制在1120℃;
f.高压水除磷及板坯控轧:连铸坯加热后进行高压水除磷,开轧温度1050℃,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℃;
h.钢板正火温度850℃,在炉时间1.0min/mm,时间≥30min,保温时间10min;钢板出炉后空冷。
实施例7
一种核电站压力容器用钢板的制造方法,包括下述的步骤:
a.铁水预处理:使其中硫脱至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1350℃,铁水中砷(As)≤0.006%;
b.转炉冶炼及脱氧合金化,终点碳含量目标为0.10%,P≤0.008%,出钢温度目标为1630℃;采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢;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10-15分钟;
c.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20分钟,后喂钙铁线,喂线后吹氩时间不小于15分钟;
d.板坯连铸:连铸拉速1.5m/min,全氩气保护浇铸,过程增氮不大于0.0015%;
e.板坯再加热:加热时间按照10min/cm,加热后出炉温度控制在1180℃;
f.高压水除磷及板坯控轧:连铸坯加热后进行高压水除磷,开轧温度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℃;
h.钢板正火温度950℃,在炉时间3.0min/mm,时间≥30min,保温时间20min;钢板出炉后空冷。
Claims (3)
1.一种核电站压力容器用钢板,包括重量百分比计的下述组分:碳(C)0.16%,硅(Si)0.24%,锰(Mn)1.05%,磷(P)0.013%、硫(S)0.002%,镍(Ni)0.01%,铜(Cu)0.01%,铬(Cr)0.02%,钼(Mo)0.01%,钒(V)0.002%,铌(Nb)0.001%,钛(Ti)0.002%,铝(Alt)0.035%,氮(N)0.0028%,锡(Sn)0.0000%,镍(Ni)+铜(Cu)+ 铬(Cr)+钼(Mo)=0.05%,铜(Cu)+6锡(Sn)=0.01%,铝(Alt):氮(N)=12.5;余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的核电站压力容器用钢板的制造方法,其特征在于:采用控轧工艺,开轧温度:1068℃,终轧温度:890℃。
3.根据权利要求1所述的核电站压力容器用钢板,其特征在于:所述钢板厚度为40mm。
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