CN105543679A - 反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种60～80mm厚反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板及其生产方法。该反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板包含如下质量百分比的化学成分：C：≤0.08%、Si：0.14～0.40%、Mn：1.20～1.60%、P≤0.015%、S≤0.005%、Als：0.015～0.040%、Ni0.3-0.6%、Cr：0.3%、Mo：0.10～0.30%、其它为Fe和残留元素。本发明采用铁水KR脱硫—100t转炉—LF精炼—VD真空脱气—浇铸—加热—除鳞—3800mm轧机轧制—缓冷—探伤—表面检查—热处理—探伤—性能检测—精整—入库。本发明的有益效果在于：与传统的国标厚度60mm厚07MnNiMoDR保证性能的情况下，通过TMCP轧制和钢板堆垛缓冷方式、热处理调质工艺，确保了超越国标极限厚度达到80mm厚度规格钢板性能达到国家标准要求，从而丰富了生产品种。

Description

反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板及其生产方法

技术领域

本发明属于中厚板生产领域，具体涉及到一种60～80mm厚反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板及其生产方法。

背景技术

压力容器用调质板07MnNiMoDR广泛应用于石油、化工、电站等行业，主要用于制作反应器、换热器、分离器、球罐、油气罐、核能反应堆压力壳、锅炉汽包等设备构建，汉冶特钢在通过大量理论研究分析，确定试验钢的成分，采用实验室和工业试制相结合，通过金相显微镜、扫描断口分析等研究手段，开展了成分—组织—性能之间关系的研究。以07MnNiMoDR为代表，通过理论分析、工艺模拟、试验研究、实际生产产品检测等手段进行关键使用性能的关键技术研究，生产工艺流程通过铁水（KR脱硫）-转炉-LF精炼-VD真空处理-浇铸-轧制-热处理成功开发了60-80mm厚07MnNiMoDR核能反应堆压力壳调质板，经进行各项性能检测完全满足GB19189-2011《压力容器用调质高强度钢板》性能要求。

发明内容

针对上述问题，本发明人经过反复试验摸索，获得了一种生产60-80mm厚反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板及其生产方法，从而完成了本发明。

因此，本发明的目的在于提供一种低成本反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板。

本发明的另一目的在于提供一种反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板的生产方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：该反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：≤0.08%、Si：0.14～0.40%、Mn：1.20～1.60%、P≤0.015%、S≤0.005%、Als：0.015～0.040%、Ni0.3-0.6%、Cr：0.3%、Mo：0.10～0.30%、其它为Fe和残留元素。

上述方法中，所生产的钢板厚度为60-80mm厚度规格。

为达到上述目的，在原有的07MnNiMoDR调质压力容器用钢的成分基础上，适当调整07MnNiMoDR中C、Mn、Nb、Mo、Cr等合金元素的含量和比例，并严格控制钢中P、S等影响钢板塑韧性的有害元素含量，同时严格控制轧钢的加热制度，轧制过程采用降低终轧温度、轧后提高冷却速度和轧后钢板堆垛缓冷的方式，热处理采用调质工艺从而保证了07MnNiMoDR钢种60-80mm厚度钢板的各项性能指标达到标准要求。

生产过程通过KR铁水、转炉、LF精炼、VD真空处理、浇铸，为获得较好的确保钢板探伤要求，须控确保钢水纯净度，一般包过S、P和各类氧化物在钢水中凝固产生的各类夹杂物导致偏析严重影响铸坯质量及钢板力学性能，冶炼出钢工艺过程保证出钢碳控制在0.04-0.06%之间，出钢P≤0.013%；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣，LF精炼采用大渣量造渣工艺，要求精炼一次加热结束炉渣必须变白或黄白，白渣保持时间≥40min，合金在精炼二次加热过程中加入。要求精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣，精炼总时间要求控制在50min以上，VD真空精炼：VD保压时间按照≥22min执行，要求在70Pa的真空度下，保压过程钢水翻腾效果良好，浇注温度按照1560-1565℃进行控制，钢水到站后必须执行软吹氩工艺，吹氩时间控制在15-20min，吹氩结束后镇静5min开浇，浇注坚持“高温慢注，低温快注”原则。

本发明的有益效果在于：与传统的国标厚度60mm厚07MnNiMoDR保证性能的情况下，通过TMCP轧制和钢板堆垛缓冷方式、热处理调质工艺，确保了超越国标极限厚度达到80mm厚度规格钢板性能达到国家标准要求，从而丰富了生产品种。

具体实施方式

本发明采用铁水KR脱硫—100t转炉—LF精炼—VD真空脱气—浇铸—加热—除鳞—3800mm轧机轧制—缓冷—探伤—表面检查—热处理—探伤—性能检测—精整—入库。

实施方式如下：

成分设计：为达到上述目的，在原有的07MnNiMoDR调质压力容器用钢的成分基础上，适当调整07MnNiMoDR中C、Mn、Nb、Mo、Cr等合金元素的含量和比例，并严格控制钢中P、S等影响钢板塑韧性的有害元素含量，同时严格控制轧钢的加热制度，轧制过程采用降低终轧温度、轧后提高冷却速度和轧后钢板堆垛缓冷的方式，热处理采用调质工艺从而保证了07MnNiMoDR钢种60-80mm厚度钢板的各项性能指标达到标准要求，具体成分设计为：C：0.06～0.08、Si：0.20～0.40、Mn：1.40～1.50、P≤0.015、S≤0.005、Cr：0.30%、Ni：0.04～0.06%，Mo：0.25～0.35%、Nb0.04-0.05%其它为Fe和残留元素；

KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤22mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期≤20min、脱硫温降≤20℃。

转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.080%，铁水温度≥1270℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.01.%、C≥0.05%、S≤0.008%，出钢过程中向钢包内加入硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石。出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩。

吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量250-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在400～500mm，离氩站温度不得低于1560℃。

LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节。加入精炼渣料，碱度按4.0-6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入。加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一次加热8-11min、二次加热7-11min，二次加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂。离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1600±15℃。

VD精炼工艺：VD真空度必须达到70Pa以下，保压时间必须≥22min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露。正常在线包抽真空时间：（抽真空前钢水温度—目标离站温度）/1.7min。覆盖剂保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1560±10℃。

连铸工艺：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±10℃，拉速：0.75m/min，比水量：0.80L/㎏，电搅：900A、5Hz、30s-3-30s，连铸浇钢要求全程保护浇铸，大包开浇后1min内必须套保护管，中包浇注过程中必须保证钢液面不见红。浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微。铸坯下线后要求堆冷≥12h。

加热工艺:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-1000℃，加热段温度1220-1260℃，保温段温度1200-1240℃，加热速度10-13min/cm；

控轧控冷

对于07MnNiMoDR为保证钢锭充分奥氏体化，同时确保原始铸坯晶粒不至于充分长大，便于提高后续板材低温冲击韧性，故在加热工艺方面加热温度≤1220℃，保温时间按照15min/cm控制，加热过程保证钢锭充分烧透，但是避免过烧、过热现象；轧制过程采用二阶段轧制法,Ⅰ阶段轧制即为奥氏体再结晶区轧制，轧制温度控制在1000-1100℃，通过多道次大压下率反复轧制使奥氏体不断再结晶充分细化晶粒，Ⅱ阶段轧制即为奥氏体未再结晶区轧制，在950℃以下奥氏体晶粒不在发生再结晶，通过反复轧制不断累积压下使奥氏体晶粒延长细化为转变成细小的铁素体提供条件。

控轧冷却主要为改善板材内部组织状态，对于低合金和微合金进行控制冷却可良好的机械强度从而提高板材机械性能，钢板轧制后进入ACC层流冷却，返红温度控制在600-620℃，冷却速率控轧在5℃/S，主要因为钢板轧制后冷却缓慢，将由奥氏体转变为粗大的珠光体，片层间距加大，导致强度较低，故需通过层流冷却可以得到微细的铁素体和小片层间距的珠光体组织，从而提高原始板材机械性能。

堆冷工艺:采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷。钢板堆垛缓冷工艺如下；堆垛缓冷温度不低于400℃，堆冷时间≥48小时。

状态	保温温度（℃）	保温系数（min/mm）	冷却工艺
				淬火	930±10	2.0	冷却至常温
回火	650±10	2.0	空冷

结果分析

机械力学性能分析

成份及机械力学性能按GB19189-2011执行，机械性能具体见下表。

本次试生产60～80mm厚07MnNiMoDR共计20批，其中：屈服强度控制在578-610MPa，平均达到了591MPa，比标准富裕101MPa；抗拉强度控制在650-697MPa，平均达到了655MPa，比标准富裕44MPa；伸长率控制在18%-22%，平均达到19%，比标准富裕2%；-50℃V型冲击功控制在190～277J，平均达到了255J，完全达到07MnNiMoDR的水平。

所研制的钢板外检，正品率100%，按JB/T2970-2004进行探伤，合一级率为80%，合三级率为100%，达到了预期效果。

Claims (2)

1.一种反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板，该反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板包含如下质量百分比的化学成分：C：≤0.08%、Si：0.14～0.40%、Mn：1.20～1.60%、P≤0.015%、S≤0.005%、Als：0.015～0.040%、Ni0.3-0.6%、Cr：0.3%、Mo：0.10～0.30%、其它为Fe和残留元素。

2.一种如权利要求1所述反应堆压力壳用调质板07MnNiMoDR厚板的生产方法，其生产方法包括以下步骤：用铁水KR脱硫—100t转炉—LF精炼—VD真空脱气—浇铸—加热—除鳞—3800mm轧机轧制—缓冷—探伤—表面检查—热处理—探伤—性能检测—精整—入库；其特征在于：在KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤22mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期≤20min、脱硫温降≤20℃；转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.080%，铁水温度≥1270℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.01.%、C≥0.05%、S≤0.008%，出钢过程中向钢包内加入硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石；出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩；吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量250-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在400～500mm，离氩站温度不得低于1560℃；LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节；加入精炼渣料，碱度按4.0-6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入；加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一次加热8-11min、二次加热7-11min，二次加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂；离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1600±15℃；VD精炼工艺：VD真空度必须达到70Pa以下，保压时间必须≥22min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露；正常在线包抽真空时间：覆盖剂保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1560±10℃；连铸工艺：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±10℃，拉速：0.75m/min，比水量：0.80L/㎏，电搅：900A、5Hz、30s-3-30s，连铸浇钢要求全程保护浇铸，大包开浇后1min内必须套保护管，中包浇注过程中必须保证钢液面不见红；浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微；铸坯下线后要求堆冷≥12h；加热工艺:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-1000℃，加热段温度1220-1260℃，保温段温度1200-1240℃，加热速度10-13min/cm；控轧控冷，在加热工艺方面加热温度≤1220℃，保温时间按照15min/cm控制，加热过程保证钢锭充分烧透，但是避免过烧、过热现象；轧制过程采用二阶段轧制法,Ⅰ阶段轧制即为奥氏体再结晶区轧制，轧制温度控制在1000-1100℃，通过多道次大压下率反复轧制使奥氏体不断再结晶充分细化晶粒，Ⅱ阶段轧制即为奥氏体未再结晶区轧制，在950℃以下奥氏体晶粒不在发生再结晶，通过反复轧制不断累积压下使奥氏体晶粒延长细化为转变成细小的铁素体提供条件；钢板轧制后进入ACC层流冷却，返红温度控制在600-620℃，冷却速率控轧在5℃/S，主要因为钢板轧制后冷却缓慢，将由奥氏体转变为粗大的珠光体，片层间距加大，导致强度较低，故需通过层流冷却可以得到微细的铁素体和小片层间距的珠光体组织，从而提高原始板材机械性能；堆冷工艺:钢板堆垛缓冷工艺如下；堆垛缓冷温度不低于400℃，堆冷时间≥48小时。