CN105624550A - 核岛设备用大厚度SA738GrB钢板及生产方法 - Google Patents

核岛设备用大厚度SA738GrB钢板及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核岛设备用大厚度SA738GrB钢板及生产方法，钢板成分的重量百分含量为：C：0.05～0.20%，Si：0.15～0.55%，Mn：0.90%～1.60%，P≤0.009%，S≤0.006%，Cr≤0.30%，Mo≤0.30%，Cu≤0.35%，Ni≤0.60%，V≤0.07%，Nb≤0.04%，Ti≤0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。生产方法包括冶炼浇注、钢锭加热、钢锭轧制和钢板热处理工序；所述热处理工序：采用调质热处理工艺。本钢板通过微合金元素形成复合强化，获得了良好的强韧性匹配；钢板晶粒均匀细小，交货状态和模焊状态的常温拉伸、高温拉伸和低温冲击性能满足技术要求；加入的贵金属含量相对较少，成本较低，具有市场竞争力；满足了核电项目用钢板的需求，可广泛用于国内外核电项目的核心设备制造。

Description

核岛设备用大厚度SA738GrB钢板及生产方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其是一种核岛设备用大厚度SA738GrB钢板及生产方法。
背景技术
由于近年来我国核电事业的快速发展，特别是经历了福岛核电站事故的教训，对核电相关设备的安全性提出了更高的要求。同时设备工况的环境越来越苛刻，主要表现为高温、高压、辐射等复杂的环境。SA738GrB钢板作为核电项目主要设备用钢，订货方将技术要求不断提高，主要表现为模焊温度的升高、模焊时间的延长、冲击温度的降低、冲击值的提高。随着钢板厚度的不断提高，模拟焊后保温温度和保温时间的不断提高和延长，同时要保证钢板交货状态和模拟焊后热处理状态两套性能，具有很大的难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种保证交货状态和模拟焊后热处理状态两套性能的核岛设备用大厚度SA738GrB钢板；本发明还提供了一种核岛设备用大厚度SA738GrB钢板的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种核岛设备用大厚度SA738GrB钢板，其成分的重量百分含量为：C：0.05～0.20%，Si：0.15～0.55%，Mn：0.90%～1.60%，P≤0.009%，S≤0.006%，Cr≤0.30%，Mo≤0.30%，Cu≤0.35%，Ni≤0.60%，V≤0.07%，Nb≤0.04%，Ti≤0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板其化学成分的重量百分含量为：C：0.16%，Si：0.31%，Mn：1.53%，P：0.006%，S：0.001%，Cr：0.22%，Mo：0.22%，Cu：0.03%，Ni：0.51%，V：0.032%，Nb：0.022%，Ti：0.011%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板化学成分的重量百分含量为：C：0.17%，Si：0.33%，Mn：1.55%，P：0.006%，S：0.001%，Cr：0.24%，Mo：0.22%，Cu：0.03%，Ni：0.52%，V：0.034%，Nb：0.022%，Ti：0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板的厚度最大规格为130mm。
本发明的另一目的在于提供一种上述核岛设备用大厚度SA738GrB钢板的生产方法，其包括冶炼浇注、钢锭加热、钢锭轧制和钢板热处理工序；所述热处理工序：采用调质热处理工艺；所述冶炼浇注工序所得钢坯或钢锭成分的重量百分含量为C：0.05～0.20%，Si：0.15～0.55%，Mn：0.90%～1.60%，P≤0.009%，S≤0.006%，Cr≤0.30%，Mo≤0.30%，Cu≤0.35%，Ni≤0.60%，V≤0.07%，Nb≤0.04%，Ti≤0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢锭加热工序：钢锭温清温装，装炉温度≥200℃，入炉焖钢3～5小时；在690～710℃保温4～6h，随后升温速度≤55℃/h，最高加热温度1270～1280℃。
本发明所述钢锭轧制工序：采用二阶段控轧工艺；第一阶段中，第一道次压下量≥9%，后续道次压下量逐级递增。
本发明所述钢锭轧制工序：采用二阶段控轧工艺；第二阶段中，保证累计压下率≥65%，终轧道次压下量≥12%。
本发明所述钢板热处理工序：正火温度为900～930℃，保温时间为3.5min/mm，出炉水冷至室温。
本发明所述钢板热处理工序：回火温度为650～690℃，保温时间为3.0min/mm
本发明产品采用精选炼钢原料，最大程度降低As、Sn、Sb、Bi、Pb等有害元素含量。本发明中以C、Mn、Cr、Mo、Nb、V为主要强化元素，以固溶、间隙强化、细晶强化和析出相沉淀强化等形式提高钢板的强度，考虑到C作为强化元素的同时，影响钢板的低温韧性及焊接性能，C含量需控制在合适的范围。铬和钼均提高钢的淬透性，促进贝氏体的组织转变。固溶的钼不仅提高钢的高温强度还能减少磷在晶界处的聚集，提高钢的抗回火脆化能力，同时由于钼是较强的碳化物形成元素，在长期时效中易形成钼的Mo2C或MoC型碳化物，因而回火脆化过程受钼在碳化物形成过程中的扩散过程所控制。为保证钢板模焊后具有良好的力学性能，铬含量和钼含量应控制在一定的范围才可能促进富铬碳化物的形成，从而阻止钼碳化物的形成，抑制回火脆化的发生。V的碳化物主要以相间沉淀的形势析出，相间析出物呈点带状分布，可使沉淀相体积分数增加，沉淀相的密度增加和间距减小，从而能提高钢的综合性能。Nb元素通过碳氮化物沉淀析出起到细晶强化和沉淀强化作用。
Mn含量选择在1.40～1.60%，Mn主要起固溶强化、降低相变温度和提高钢板强度的作用，Mn能显著提高钢板的淬透性；Ni作为提高基体韧性的元素，成分设计时加入适量的Ni提高钢板的韧性；为了保证钢板钢质纯净，P、As、Sn、Sb、Bi、Pb等对韧性有害的元素含量控制在较低的范围。
本发明设计思路为：本发明采用电炉冶炼、模铸的方式生产出钢锭，通过控制轧制，热处理环节采用调质热处理工艺生产；最大限度减少了钢板正火后晶界有害元素的偏聚，并通过组织细化来保证钢板的强韧性指标，从而保证钢板长时模焊的低温冲击韧性；生产的SA738GrB钢板组织细小，组织为回火贝氏体+少量铁素体，塑韧性好，-25℃低温冲击韧性有较大的富余量，完全满足设备制造要求。
本发明热处理工序中的加热环节采用动态有限元的方式对钢板进行加热，通过调质热处理的工艺最大限度细化钢板1/2处晶粒，减少钢板正火后晶界有害元素的偏聚，从而保证钢板长时模焊的低温冲击韧性。
本发明采用二阶段控轧工艺以及调质热处理工艺，解决了晶粒粗大不均、冲击韧性较低的问题；本发明方法的轧制工艺、热处理工艺简单，易于操作，适合于有淬火机的普通钢铁厂生产。本发明方法实现了较低的合金含量化学成分设计，同时得到了具有更细小的组织结构和更佳的长时模焊后的冲击性能，生产的钢板各项力学性能指标均符合技术条件要求，且生产成本显著降低。经检测，本发明方法所得钢板经检验交货状态和模拟焊后热处理状态的力学性能均达到下列要求：Rp0.2＞415MPa，Rm585～705MPa，A≥20%，-20℃AKV≥68J。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过Cr、Mo、Nb、V合金元素形成复合强化，获得了良好的强韧性匹配；钢板晶粒均匀细小，交货状态和模拟焊后热处理状态的常温拉伸、高温拉伸和低温冲击性能满足技术要求；加入的贵金属含量相对较少，成本较低，具有市场竞争力；满足了核电项目用钢板的需求，可广泛用于国内外核电项目的核心设备制造。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本SA738GrB钢板厚度为130mm，以质量百分比计，钢板化学成分组成为：C：0.16%，Si：0.31%，Mn：1.53%，P：0.006%，S：0.001%，Cr：0.22%，Mo：0.22%，Cu：0.03%，Ni：0.51%，V：0.032%，Nb：0.022%，Ti：0.011%，余量为Fe和不可避免的杂质。
加热轧制工序：模铸的钢锭加热前晾炉30分钟，装炉温度250℃，焖钢3.2小时；在700℃保温5h，随后升温，升温速度38℃/h，最高加热温度1280℃。采用二阶段控轧工艺；第一阶段中，第一道次压下量为9%，第二道次压下量为9.2%，后续道次压下量逐级递增；第二阶段中，保证累计压下率在70%，终轧道次压下量为14%。
热处理工序：正火温度为(920±5)℃，水冷至室温，保温时间为455min；回火工艺为(660±5)℃，保温时间为390min，保温后空冷；即可得到所述的SA738GrB钢板。
本SA738GrB钢板交货状态和模拟焊热处理状态的理化性能检验结果见表1，组织和夹杂物分析结果见表2。
表1钢板的力学性能（板厚1/4）
表2钢板的组织和夹杂物分析结果
实施例2
本SA738GrB钢板厚度为130mm，以质量百分比计，钢板化学成分组成为：C：0.17%，Si：0.33%，Mn：1.55%，P：0.006%，S：0.001%，Cr：0.24%，Mo：0.22%，Cu：0.03%，Ni：0.52%，V：0.034%，Nb：0.022%，Ti：0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质。
加热轧制工序：模铸的钢锭加热前晾炉30分钟，装炉温度280℃，焖钢3.5小时；在700℃保温5h，随后升温，升温速度40℃/h，最高加热温度1280℃。采用二阶段控轧工艺；第一阶段中，第一道次压下量为10%，第二道次压下量为10.3%，后续道次压下量逐级递增；第二阶段中，保证累计压下率在72%，终轧道次压下量为12%。
热处理工序：正火温度为(920±5)℃，水冷至室温，保温时间为455min；回火工艺为(660±5)℃，保温时间为390min，保温后空冷；即可得到所述的SA738GrB钢板。
本SA738GrB钢板交货状态和模拟焊热处理状态的理化性能检验结果见表3，组织和夹杂物分析结果见表4。
表3钢板的力学性能（板厚1/4）
表4钢板的组织和夹杂物分析结果
实施例3
本SA738GrB钢板厚度为130mm，以质量百分比计，钢板化学成分组成为：C：0.18%，Si：0.33%，Mn：1.50%，P：0.007%，S：0.002%，Cr：0.22%，Mo：0.20%，Cu：0.02%，Ni：0.51%，V：0.030%，Nb：0.020%，Ti：0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
C：0.05～0.20%，Si：0.15～0.55%，Mn：0.90%～1.60%，P≤0.009%，S≤0.006%，Cr≤0.30%，Mo≤0.30%，Cu≤0.35%，Ni≤0.60%，V≤0.07%，Nb≤0.04%，Ti≤0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。
加热轧制工序：模铸的钢锭加热前晾炉30分钟，装炉温度260℃，焖钢3小时；在710℃保温4h，随后升温，升温速度50℃/h，最高加热温度1270℃。采用二阶段控轧工艺；第一阶段中，第一道次压下量为11%，第二道次压下量为11.4%，后续道次压下量逐级递增；第二阶段中，保证累计压下率在65%，终轧道次压下量为13%。
热处理工序：正火温度为900℃，水冷至室温，保温时间为455min；回火工艺为650℃，保温时间为390min，保温后空冷；即可得到所述的SA738GrB钢板。
本SA738GrB钢板交货状态和模拟焊热处理状态的理化性能检验结果见表5，组织和夹杂物分析结果见表6。
表5钢板的力学性能（板厚1/4）
表6钢板的组织和夹杂物分析结果
实施例4
本SA738GrB钢板厚度为130mm，以质量百分比计，钢板化学成分组成为：C：0.18%，Si：0.35%，Mn：1.48%，P：0.005%，S：0.001%，Cr：0.20%，Mo：0.19%，Cu：0.02%，Ni：0.52%，V：0.032%，Nb：0.019%，Ti：0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
加热轧制工序：模铸的钢锭加热前晾炉30分钟，装炉温度200℃，焖钢5小时；在690℃保温6h，随后升温，升温速度55℃/h，最高加热温度1280℃。采用二阶段控轧工艺；第一阶段中，第一道次压下量为12%，第二道次压下量为12.5%，后续道次压下量逐级递增；第二阶段中，保证累计压下率在84%，终轧道次压下量为14%。
热处理工序：正火温度为930℃，水冷至室温，保温时间为420min；回火工艺为690℃，保温时间为360min，保温后空冷；即可得到所述的SA738GrB钢板。
本SA738GrB钢板交货状态和模拟焊热处理状态的理化性能检验结果见表7，组织和夹杂物分析结果见表8。
表7钢板的力学性能（板厚1/4）
表8钢板的组织和夹杂物分析结果
上述实施例中，模拟焊后热处理条件为：（595～605）℃，保温时间：15h，且规定装出炉温度为425℃，控制升降温速度为56℃/h。
实施例5
本实施例与实施例3的区别仅在于钢板化学成分不同，本实施例钢板化学成分组成为：C：0.05%，Si：0.15%，Mn：1.60%，P：0.009%，S：0.006%，Cr：0.30%，Mo：0.30%，Cu：0.05%，Ni：0.51%，V：0.044%，Nb：0.026%，Ti：0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。
实施例6
本实施例与实施例3的区别仅在于钢板化学成分不同，本实施例钢板化学成分组成为：C：0.20%，Si：0.55%，Mn：0.90%，P：0.004%，S：0.004%，Cr：0.22%，Mo：0.23%，Cu：0.35%，Ni：0.60%，V：0.07%，Nb：0.04%，Ti：0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质。
由上述实施例可以看出，本核电设备用大厚度高性能SA738GrB钢板的力学性能远远高于标准要求值，塑韧性好，-20℃低温冲击韧性有较大的富余量，完全满足设备制造要求；钢板的晶粒极细，组织为回火贝氏体+少量铁素体。本方法调质热处理工艺生产，与控轧工艺相结合，整张钢板力学性能均匀，质量稳定，适合大批量生产。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种核岛设备用大厚度SA738GrB钢板，其特征在于，其化学成分的重量百分含量为：C：0.05～0.20%，Si：0.15～0.55%，Mn：0.90%～1.60%，P≤0.009%，S≤0.006%，Cr≤0.30%，Mo≤0.30%，Cu≤0.35%，Ni≤0.60%，V≤0.07%，Nb≤0.04%，Ti≤0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.据权利要求1所述的核岛设备用大厚度SA738GrB钢板，其特征在于，所述钢板其化学成分的重量百分含量为：C：0.16%，Si：0.31%，Mn：1.53%，P：0.006%，S：0.001%，Cr：0.22%，Mo：0.22%，Cu：0.03%，Ni：0.51%，V：0.032%，Nb：0.022%，Ti：0.011%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.据权利要求1所述的核岛设备用大厚度SA738GrB钢板，其特征在于，所述钢板化学成分的重量百分含量为：C：0.17%，Si：0.33%，Mn：1.55%，P：0.006%，S：0.001%，Cr：0.24%，Mo：0.22%，Cu：0.03%，Ni：0.52%，V：0.034%，Nb：0.022%，Ti：0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.据权利要求1-3任意一项所述的核岛设备用大厚度SA738GrB钢板，其特征在于，所述钢板的厚度最大规格为130mm。
5.基于权利要求1-4任意一项所述的一种核岛设备用大厚度SA738GrB钢板的生产方法，其特征在于，其包括冶炼浇注、钢锭加热、钢锭轧制和钢板热处理工序；所述热处理工序：采用调质热处理工艺；所述冶炼浇注工序所得钢坯或钢锭成分的重量百分含量为C：0.05～0.20%，Si：0.15～0.55%，Mn：0.90%～1.60%，P≤0.009%，S≤0.006%，Cr≤0.30%，Mo≤0.30%，Cu≤0.35%，Ni≤0.60%，V≤0.07%，Nb≤0.04%，Ti≤0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求5所述的核岛设备用大厚度SA738GrB钢板的生产方法，其特征在于，所述钢锭加热工序：钢锭温清温装，装炉温度≥200℃，入炉焖钢3～5小时；在690～710℃保温4～6h，随后升温速度≤55℃/h，最高加热温度1270～1280℃。
7.根据权利要求5或6所述的核岛设备用大厚度SA738GrB钢板的生产方法，其特征在于，所述钢锭轧制工序：采用二阶段控轧工艺；第一阶段中，第一道次压下量≥9%，后续道次压下量逐级递增。
8.根据权利要求5或6所述的核岛设备用大厚度SA738GrB钢板的生产方法，其特征在于，所述钢锭轧制工序：采用二阶段控轧工艺；第二阶段中，保证累计压下率≥65%，终轧道次压下量≥12%。
9.根据权利要求5或6所述的核岛设备用大厚度SA738GrB钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板热处理工序：正火温度为900～930℃，保温时间为3.5min/mm，出炉水冷至室温。
10.根据权利要求5或6所述的核岛设备用大厚度SA738GrB钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板热处理工序：回火温度为650～690℃，保温时间为3.0min/mm。
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