CN104894491A - 大厚度核电用q345r钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大厚度核电用Q345R钢板及其生产方法，其由下述重量百分含量的化学成分组成：C≤0.20%，Si≤0.55%，Mn 1.20～1.60%，P≤0.025%，S≤0.015%，Ni≤0.30%，Cr≤0.30%，Cu≤0.30%，Mo≤0.080%，Alt≥0.020%，Nb 0.015～0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。本钢板的化学成分设计除符合要求外，添加一定量的微合金元素Nb，得到组织更为稳定、晶粒更细的珠光体；具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，模拟焊后热处理状态（保温29h）和交货状态的两套力学性能完全满足美国GB/T713的标准要求。本方法所得钢板应用于核反应堆压力容器换料密封环材料，具有良好的强韧性和良好的焊接性能等特点，满足压力容器关键受力处的要求；其生产制造工序简单、产品质量稳定、可实现批量生产。

Description

大厚度核电用Q345R钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种大厚度钢板，尤其是一种大厚度核电用Q345R钢板及其生产方法。

背景技术

进入21世纪，中国为解决能源瓶颈，核电站建设迅猛, 我国目前正在运行的核电机组有17台，在建的核电机组达24台。核电事业的发展，将需求大量的大厚度高性能核电用钢板。针对国内核电事业的发展，需要大量高强度和良好焊接性能的压力容器用和合金结构用宽厚钢板。由于市场的需求，特别是近期核电项目大量的启动，核反应堆压力容器用Q345R大厚度钢板需求量上升，一般核电用压力容器钢板都需要长时间模拟焊后和交货状态性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好的两套力学性能匹配的大厚度核电用Q345R钢板；本发明还提供了一种大厚度核电用Q345R钢板的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明由下述重量百分含量的化学成分组成：C≤0.20%，Si≤0.55%，Mn 1.20～1.60%，P≤0.025%，S≤0.015%，Ni≤0.30%，Cr≤0.30%，Cu≤0.30%，Mo≤0.080%，Alt≥0.020%，Nb 0.015～0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。

优选的，所述化学成分的重量百分含量为：C 0.16～0.20%，Si 0.40～0.50%，Mn 1.20～1.50%，P≤0.015%，S≤0.010%，Ni 0.10～0.30%，Cr 0.10～0.30%，Cu≤0.30%，Mo≤0.080%，Alt≥0.020%，Nb 0.015～0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述钢板厚度为110mm。

本发明钢板的化学成分设计除符合要求外，添加一定量的微合金元素Nb；其中，C含量为0.16～0.20%，C主要与其他元素形成碳化物，起组织强化和析出强化的作用，使钢板强度增加；Mn的含量在1.20～1.50%，Mn主要起固溶强化和降低相变温度，提高钢板强度的作用；主要作用是增大奥氏体的过冷度，从而细化组织，取得强化效果；提高低温冲击韧性和降低冷脆转变温度；Nb 0.015～0.030%，细化晶粒，提高各项性能指标；少量的Ni、Cr 0.10～0.30%主要作用是增大奥氏体的过冷度，从而细化组织，取得强化效果；杂质元素P、S等含量下限不做限制，在工艺设备能力下尽可能降低，以达到钢质纯净。

本发明方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制和热处理工序；所述冶炼工序出钢钢水中化学成分的重量百分含量如上所述；

所述轧制工艺：钢板轧制采用II型控轧工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度950～1150℃，单道次压下量为6～20%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度≤950℃，终轧温度≤860℃，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长,同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥55%；

所述热处理工序：对钢板进行正火后加速冷却处理；正火温度为910±10℃，保温时间为≥1.8min/mm，钢板出炉加速冷却至≤350℃。

本发明方法所述加热工序：采用低速加热，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1250℃。

本发明方法所述浇铸工序：采用钢锭模进行浇铸，钢锭脱帽后带模入坑缓冷，缓冷24小时后温送到轧钢进行温清，温清温度≥150℃。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明钢板的化学成分设计除符合要求外，添加一定量的微合金元素Nb，得到组织更为稳定、晶粒更细的珠光体，提高钢板的力学性能。本发明钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，模拟焊后热处理状态（保温29h）和交货状态的两套力学性能完全满足美国GB/T713的标准要求。

本发明方法通过添加微合金元素Nb的设计及控轧+正火（允许加速冷却）生产工艺，生产出符合大厚度高性能要求的110mm厚Q345R钢板；钢板经过充分晶粒细化，在设定冷却速度下得到更为细化的珠光体组织；钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点；保证模拟焊后热处理状态（保温29h）和交货状态的两套力学性能同时满足GB/T713的相关要求。本发明方法所得钢板应用于核反应堆压力容器换料密封环材料，具有良好的强韧性和良好的焊接性能等特点，满足压力容器关键受力处的要求；其生产制造工序简单、产品质量稳定、可实现批量生产。

本发明方法所得钢板模拟焊后热处理状态（模焊时间为29h）和交货状态的两套力学性能同时满足GB/T713标准中该厚度力学性能：Rel≥285MPa，Rm 480～610MPa；伸长率A≥20%；板厚1/4位置0℃横向夏比冲击功不小于41J；具有良好的焊接性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：本大厚度核电用Q345R钢板的成分配比以及生产工艺如下所述。

本Q345R钢板的厚度为110mm，实际成分（按重量百分比）为：C 0.17%、Si 0.43%、Mn 1.45%、 P 0.015%、S 0.002 %、Ni 0.22%、Cr 0.22%、Cu 0.01%、Mo 0.038%、Alt 0.063%、Nb 0.023%、V 0.006%，Ceq为0.480%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本Q345R钢板生产方法的具体工艺如下所述：

（1）冶炼工序：将含有上述各重量百分含量化学成份的钢水经电炉冶炼；粗炼控制时，P≤0.015%，大包钢水温度1550～1600℃，出钢温度1650℃；LF炉精炼时，精炼时间45～50分钟，白渣保持时间30～35分钟；VD真空处理时，真空度控制在66Pa以下，保持25～30分钟。

（2）浇铸工序：钢板采用模铸生产，过热度不超过35℃，钢锭脱帽后带模入坑缓冷，缓冷24小时后温送到轧钢进行温清，温清温度200℃。

（3）加热工艺：采用低速加热，1000℃以下升温速度110℃/h，最高加热温度1250℃。

（4）轧制工序：钢板轧制采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950～1000℃之间，此阶段单道次压下量为15%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度AC3～950℃，终轧温度AC1～860℃,在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长,同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率55～60％。

（5）热处理（正火）工序：对钢板进行正火后加速冷却处理，正火温度为910℃，保温时间为2min/mm，钢板出炉加速冷却至300℃。

本Q345R钢板经测试，其模拟焊后（保温29h）力学性能，交货态力学性能，以及d=3a、180°冷弯试验结果见表1。

表1：本Q345R钢板的力学性能

实施例2：本大厚度核电用Q345R钢板的成分配比以及生产工艺如下所述。

本Q345R钢板的厚度为110mm，实际成分（按重量百分比）为：C 0.20%、Si 0.45%、Mn 1.32%、 P 0.007%、S 0.007%、Ni 0.10%、Cr 0.18%、Cu 0.30%、Mo 0.052%、Alt 0.043%、Nb 0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本钢板生产方法发具体工艺如下所述：

（1）冶炼工序同实施例1。

（2）浇铸工序：钢板采用模铸生产，钢锭脱帽后带模入坑缓冷，缓冷24小时后温送到轧钢进行温清，温清温度150℃。

（3）加热工艺：采用低速加热，1000℃以下升温速度120℃/h，最高加热温度1250℃。

（4）轧制工序：钢板轧制采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在1000～1100℃之间，此阶段单道次压下量为6～10%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度AC3～950℃，终轧温度AC1～860℃,在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长,同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率58～62%。

（5）热处理（正火）工序：对钢板进行正火后加速冷却处理，正火温度为905℃，保温时间为2.2min/mm，钢板出炉加速冷却至350℃。

本Q345R钢板经测试，其模拟焊后（保温29h）力学性能，交货态力学性能，以及d=3a、180°冷弯试验结果见表2。

表2：本Q345R钢板的力学性能

实施例3：本大厚度核电用Q345R钢板的成分配比以及生产工艺如下所述。

本Q345R钢板的厚度为110mm，实际成分（按重量百分比）为：C 0.16%、Si 0.48%、Mn 1.20%、 P 0.010%、S 0.010 %、Ni 0.15%、Cr 0.10%、Cu 0.10%、Mo 0.080%、Alt 0.028%、Nb 0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本钢板生产方法发具体工艺如下所述：

（1）冶炼工序同实施例1。

（2）浇铸工序：钢板采用模铸生产，钢锭脱帽后带模入坑缓冷，缓冷24小时后温送到轧钢进行温清，温清温度180℃。

（3）加热工艺：采用低速加热，1000℃以下升温速度80℃/h，最高加热温度1250℃。

（4）轧制工序：钢板轧制采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在1100～1150℃之间，此阶段单道次压下量为17～20%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度AC3～950℃，终轧温度AC1～860℃,在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长,同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率60～65%。

（5）热处理（正火）工序：对钢板进行正火后加速冷却处理，正火温度为900℃，保温时间为1.8min/mm，钢板出炉加速冷却至320℃。

本Q345R钢板经测试，其模拟焊后（保温29h）力学性能，交货态力学性能，以及d=3a、180°冷弯试验结果见表3。

表3：本Q345R钢板的力学性能

实施例4：本大厚度核电用Q345R钢板的成分配比以及生产工艺如下所述。

本Q345R钢板的厚度为110mm，实际成分（按重量百分比）为：C 0.18%、Si 0.40%、Mn 1.50%、 P 0.009%、S 0.005%、Ni 0.30%、Cr 0.20%、Cu 0.22%、Mo 0.074%、Alt 0.020%、Nb 0.017%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本钢板生产方法发具体工艺如下所述：

（1）冶炼工序同实施例1。

（2）浇铸工序：钢板采用模铸生产，钢锭脱帽后带模入坑缓冷，缓冷24小时后温送到轧钢进行温清，温清温度250℃。

（3）加热工艺：采用低速加热，1000℃以下升温速度100℃/h，最高加热温度1250℃。

（4）轧制工序：钢板轧制采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在1000～1050℃之间，此阶段单道次压下量为10～15%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度AC3～950℃，终轧温度AC1～860℃,在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长,同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率55～60%。

（5）热处理（正火）工序：对钢板进行正火后加速冷却处理，正火温度为920℃，保温时间为1.9min/mm，钢板出炉加速冷却至260℃。

本Q345R钢板经测试，其模拟焊后（保温29h）力学性能，交货态力学性能，以及d=3a、180°冷弯试验结果见表4。

表4：本Q345R钢板的力学性能

实施例5：本大厚度核电用Q345R钢板的成分配比以及生产工艺如下所述。

本Q345R钢板的厚度为110mm，实际成分（按重量百分比）为：C 0.18%、Si 0.50%、Mn 1.39%、 P 0.012%、S 0.004%、Ni 0.20%、Cr 0.30%、Cu 0.0.06%、Mo 0.063%、Alt 0.056%、Nb 0.020%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本钢板生产方法发具体工艺如下所述：

（1）冶炼工序同实施例1。

（2）浇铸工序：钢板采用模铸生产，钢锭脱帽后带模入坑缓冷，缓冷24小时后温送到轧钢进行温清，温清温度220℃。

（3）加热工艺：采用低速加热，1000℃以下升温速度90℃/h，最高加热温度1250℃。

（4）轧制工序：钢板轧制采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在1050～1100℃之间，此阶段单道次压下量为13～17%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度AC3～950℃，终轧温度AC1～860℃,在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长,同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率57～60%。

（5）热处理（正火）工序：对钢板进行正火后加速冷却处理，正火温度为915℃，保温时间为2.5min/mm，钢板出炉加速冷却至300℃。

本Q345R钢板经测试，其模拟焊后（保温29h）力学性能，交货态力学性能，以及d=3a、180°冷弯试验结果见表5。

表5：本Q345R钢板的力学性能

Claims (6)

1.一种大厚度核电用Q345R钢板，其特征在于，其由下述重量百分含量的化学成分组成：C≤0.20%，Si≤0.55%，Mn 1.20～1.60%，P≤0.025%，S≤0.015%，Ni≤0.30%，Cr≤0.30%，Cu≤0.30%，Mo≤0.080%，Alt≥0.020%，Nb 0.015～0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的大厚度核电用Q345R钢板，其特征在于，所述化学成分的重量百分含量为：C 0.16～0.20%，Si 0.40～0.50%，Mn 1.20～1.50%，P≤0.015%，S≤0.010%，Ni 0.10～0.30%，Cr 0.10～0.30%，Cu≤0.30%，Mo≤0.080%，Alt≥0.020%，Nb 0.015～0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的大厚度核电用Q345R钢板，其特征在于：所述钢板厚度为110mm。

4.一种大厚度核电用Q345R钢板的生产方法，其特征在于：其包括冶炼、浇铸、加热、轧制和热处理工序；所述冶炼工序出钢钢水中化学成分的重量百分含量为：C≤0.20%，Si≤0.55%，Mn 1.20～1.60%，P≤0.025%，S≤0.015%，Ni≤0.30%，Cr≤0.30%，Cu≤0.30%，Mo≤0.080%，Alt≥0.020%，Nb 0.015～0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述轧制工艺：钢板轧制采用II型控轧工艺；第一阶段轧制温度950～1150℃，单道次压下量为6～20%；第二阶段的开轧温度≤950℃，终轧温度≤860℃，累计压下率≥55%；

所述热处理工序：对钢板进行正火后加速冷却处理；正火温度为910±10℃，保温时间为≥1.8min/mm，钢板出炉加速冷却至≤350℃。

5.根据权利要求4所述的大厚度核电用Q345R钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序：1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1250℃。

6.根据权利要求4或5所述的大厚度核电用Q345R钢板的生产方法，其特征在于，所述浇铸工序：采用钢锭模进行浇铸，钢锭脱帽后带模入坑缓冷，缓冷24小时后温送到轧钢进行温清，温清温度≥150℃。