CN110117705A - 一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法，包括正火热处理和冷却工序。本发明采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例低于1/20000；通过正火保温温度、总加热时间及冷却返红温度的优化调整，钢板强韧性匹配合理，综合性能优良，全厚度方向得到均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度8.5～9.5级，钢板屈服强度≥355MPa、抗拉强度510～680MPa、延伸率A50≥20%、抗层状撕裂性能值≥45%、0℃低温冲击韧性平均值≥220J、侧向膨胀量≥1.55mm，粗糙度≤6.3μm；具有生产工序简单、产品质量稳定、可实现批量生产的特点。

Description

一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法。
背景技术
为实现可持续发展，必须加快实施节能减排，大力发展清洁能源，保障国民经济快速、向好发展。世界核电技术发展和运行的实践证明，核能具有清洁、安全和可大规模提供稳定电力的优势，日益受到青睐。
压力容器支承钢板作为核电站中压力容器的支柱，对所采用钢板的性能和表面质量的要求也很高，需要采用特殊的热处理方法进行处理，以满足需求。
热处理炉经长时间工作后，其炉辊出现辊面结瘤现象，使得钢板下表面出现凹坑等质量缺陷，造成钢板大面积修磨，影响钢板最终的使用性能。在日常生产中为防止辐射管破裂等原因造成炉内氧化，采用进、出料区域的2个氧分析仪对炉内气氛进行在线监测。一旦发现炉内氧含量突破临界值时，立即组织检查并更换破损辐射管。定期组织对辐射管进行翻转，检查辐射管的燃烧质量，及时调整空煤比，保证辐射管均匀燃烧，避免烧裂、烧穿等现象，延长辐射管使用寿命。当氧含量较高切无辐射管异常时，增大炉内氮气的供给，降低氧含量，减少炉内氧化发生的可能性。此方法弊端是工艺繁琐且产品质量不够稳定。
针对上述问题，通过优化热处理工艺，解决辊面结瘤问题，进而有效的减少钢板下表面出现凹坑等质量缺陷的几率，具有良好的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法。该发明针对影响钢板表面的原因，通过优化和严格控制炉内氮气和氧气含量等方法，有效解决了辊面结瘤问题，有效的减少钢板下表面出现凹坑等质量缺陷的几率，保证了热处理后钢板性能的稳定性和表面在高温下减少层状氧化铁皮的粘结。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法，所述正火热处理工序，正火保温温度为900～930℃，总加热时间为60～120min；所述冷却工序，钢板出炉加速水冷，采用层流冷却，辊速2～15m/min，出水返红温度450～550℃。
本发明热处理方法采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例低于1/20000。
本发明所述钢板的厚度≤120mm、宽度≤3800mm。
本发明所述钢板全厚度方向得到均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度8.5～9.5级。
本发明所述钢板屈服强度≥355MPa、抗拉强度：510～680MPa、延伸率A50≥20%、抗层状撕裂性能值≥45%、0℃低温冲击韧性平均值≥220J、侧向膨胀量≥1.55mm，粗糙度≤6.3μm。
本发明所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.16～0.19%、Si：0.10～0.20%、Mn：1.45～1.55%、P：0.007～0.011%、S：0.0010～0.0018%、N：0.0048～0.0055%、Cu：0.08～0.14%、V：0.060～0.070%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明热处理方法采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例低于1/20000，有效解决了影响钢板表面的辊面结瘤问题。2、本发明通过正火保温温度、总加热时间及冷却返红温度的优化调整，使钢板强韧性匹配合理，综合性能优良，钢板全厚度方向得到均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度8.5～9.5级，钢板屈服强度≥355MPa、抗拉强度：510～680MPa、延伸率A50≥20%、抗层状撕裂性能值≥45%、0℃低温冲击韧性平均值≥220J、侧向膨胀量≥1.55mm，粗糙度≤6.3μm。3、本发明钢板的厚度≤120mm、宽度≤3800mm，具有生产工序简单、产品质量稳定、可实现批量生产的特点。
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
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板厚度为120mm、宽度为3800mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法包括正火热处理和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）正火热处理工序：采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例为0.5/20000，正火保温温度为907℃，总加热时间为120min；
（2）冷却工序：钢板出炉加速水冷，采用层流冷却，辊速2m/min，出水返红温度450℃。
热处理后核电压力容器设备支承用钢板全厚度方向得到晶粒均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度9.0级；钢板机械性能为：屈服强度432MPa，抗拉强度590MPa，延伸率A50：25%，抗层状撕裂性能值：50%、54%、61%，0℃低温冲击韧性值：245J、232J、277J，侧向膨胀量：2.25mm、2.18mm、2.45mm；使用触针式表面粗糙度测量仪测定粗糙度为2.13μm。
实施例2
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板厚度为100mm、宽度为3700mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法包括正火热处理和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）正火热处理工序：采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例为0.8/20000，正火保温温度为909℃，总加热时间为100min；
（2）冷却工序：钢板出炉加速水冷，采用层流冷却，辊速3m/min，出水返红温度480℃。
热处理后核电压力容器设备支承用钢板全厚度方向得到晶粒均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度8.5级；钢板机械性能为：屈服强度450MPa，抗拉强度610MPa，延伸率A50：24%，抗层状撕裂性能值：62%、58%、66%，0℃低温冲击韧性值：242J、245J、256J，侧向膨胀量：2.01mm、2.26mm、2.40mm，使用触针式表面粗糙度测量仪测定粗糙度为2.34μm。
实施例3
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板厚度为80mm、宽度为3650mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法包括正火热处理和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）正火热处理工序：采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例为0.6/20000，正火保温温度为925℃，总加热时间为85min；
（2）冷却工序：钢板出炉加速水冷，采用层流冷却，辊速5m/min，出水返红温度520℃。
热处理后核电压力容器设备支承用钢板全厚度方向得到晶粒均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度9.0级；钢板机械性能为：屈服强度432MPa，抗拉强度588MPa，延伸率A50：28%，抗层状撕裂性能值：59%、63%、52%，0℃低温冲击韧性值：222J、268J、230J，侧向膨胀量：2.08mm、2.46mm、1.95mm，使用触针式表面粗糙度测量仪测定粗糙度为3.26μm。
实施例4
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板厚度为60mm、宽度为3750mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法包括正火热处理和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）正火热处理工序：采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例为0.9/20000，正火保温温度为912℃，总加热时间为75min；
（2）冷却工序：钢板出炉加速水冷，采用层流冷却，辊速8m/min，出水返红温度530℃。
热处理后核电压力容器设备支承用钢板全厚度方向得到晶粒均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度8.5级；钢板机械性能为：屈服强度386MPa，抗拉强度625MPa，延伸率A50：24%，抗层状撕裂性能值：52%、49%、58%，0℃低温冲击韧性值：232J、242J、275J，侧向膨胀量：2.14mm、2.26mm、2.54mm，使用触针式表面粗糙度测量仪测定粗糙度为2.64μm。
实施例5
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板厚度为40mm、宽度为3800mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法包括正火热处理和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）正火热处理工序：采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例为0.7/20000，正火保温温度为915℃，总加热时间为65min；
（2）冷却工序：钢板出炉加速水冷，采用层流冷却，辊速12m/min，出水返红温度550℃。
热处理后核电压力容器设备支承用钢板全厚度方向得到晶粒均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度9.0级；钢板机械性能为：屈服强度410MPa，抗拉强度628MPa，延伸率A50：23%，抗层状撕裂性能值：49%、54%、56%，0℃低温冲击韧性值：231J、225J、230J，侧向膨胀量：2.00mm、2.10mm、2.17mm，使用触针式表面粗糙度测量仪测定粗糙度为2.70μm。
实施例6
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板厚度为110mm、宽度为3700mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法包括正火热处理和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）正火热处理工序：采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例为0.7/20000，正火保温温度为921℃，总加热时间为110min；
（2）冷却工序：钢板出炉加速水冷，采用层流冷却，辊速11m/min，出水返红温度460℃。
热处理后核电压力容器设备支承用钢板全厚度方向得到晶粒均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度8.5级；钢板机械性能为：屈服强度356MPa，抗拉强度511MPa，延伸率A50：26%，抗层状撕裂性能值：46%、52%、57%，0℃低温冲击韧性值：241J、235J、232J，侧向膨胀量：1.58mm、1.87mm、1.79mm，使用触针式表面粗糙度测量仪测定粗糙度为3.10μm。
实施例7
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板厚度为90mm、宽度为3650mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法包括正火热处理和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）正火热处理工序：采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例为0.6/20000，正火保温温度为930℃，总加热时间为105min；
（2）冷却工序：钢板出炉加速水冷，采用层流冷却，辊速13m/min，出水返红温度470℃。
热处理后核电压力容器设备支承用钢板全厚度方向得到晶粒均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度9.5级；钢板机械性能为：屈服强度372MPa，抗拉强度545MPa，延伸率A50：21%，抗层状撕裂性能值：50%、54%、58%，0℃低温冲击韧性值：226J、238J、233J，侧向膨胀量：1.88mm、2.07mm、2.19mm，使用触针式表面粗糙度测量仪测定粗糙度为6.30μm。
实施例8
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板厚度为50mm、宽度为3700mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法包括正火热处理和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）正火热处理工序：采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例为0.8/20000，正火保温温度为900℃，总加热时间为60min；
（2）冷却工序：钢板出炉加速水冷，采用层流冷却，辊速15m/min，出水返红温度530℃。
热处理后核电压力容器设备支承用钢板全厚度方向得到晶粒均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度9.0级；钢板机械性能为：屈服强度446MPa，抗拉强度678MPa，延伸率A50：27%，抗层状撕裂性能值：53%、56%、51%，0℃低温冲击韧性值：236J、228J、223J，侧向膨胀量：2.08mm、2.27mm、2.39mm，使用触针式表面粗糙度测量仪测定粗糙度为1.07μm。
实施例1-8正火型核电压力容器设备支承用钢板化学成分组成
及其质量百分含量（%）
表1中成分余量为Fe和不可避免的杂质元素。
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 (6)

1.一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括正火热处理和冷却工序；所述正火热处理工序，正火保温温度为900～930℃，总加热时间为60～120min；所述冷却工序，钢板出炉加速水冷，采用层流冷却，辊速2～15m/min，出水返红温度450～550℃。
2.根据权利要求1所述的一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法采用辐射管加热的辊底式热处理炉，全程氮气保护，合理并严格控制炉内氧气和氮气的比例低于1/20000。
3.根据权利要求1所述的一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法，其特征在于，所述钢板的厚度≤120mm、宽度≤3800mm。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法，其特征在于，所述钢板全厚度方向得到均匀、细化的贝氏体+铁素体组织，晶粒度8.5～9.5级。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法，其特征在于，所述钢板屈服强度≥355MPa、抗拉强度：510～680MPa、延伸率A50≥20%、抗层状撕裂性能值≥45%、0℃低温冲击韧性平均值≥220J、侧向膨胀量≥1.55mm，粗糙度≤6.3μm。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的一种正火型核电压力容器设备支承用钢板的热处理方法，其特征在于，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.16～0.19%、Si：0.10～0.20%、Mn：1.45～1.55%、P：0.007～0.011%、S：0.0010～0.0018%、N：0.0048～0.0055%、Cu：0.08～0.14%、V：0.060～0.070%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
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