CN111041385B - 一种乏燃料贮存罐用SA517GrF钢板及其生产方法 - Google Patents

一种乏燃料贮存罐用SA517GrF钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种乏燃料贮存罐用SA517GrF钢板及其生产方法，钢板化学成分组成及其质量百分含量符合ASME SA‑517/SA‑517M，在其基础上添加微量合金元素Nb（0.01%～0.02%）、Ti（0.01%～0.03%）元素，其余为Fe及不可避免的杂质；生产方法包括冶炼工序、轧制工序、水冷工序、淬火工序和回火工序。本发明化学成分设计采用低碳高锰，加入微量的Nb、Ti元素，同时降低B元素含量，两相区轧制，适当的ACC水冷，从而达到细化晶粒，减少中心偏析，获得良好的综合性能，尤其‑60℃冲击功≥100J，测膨胀值≥1.0mm，性能完全满足客户要求。

Description

一种乏燃料贮存罐用SA517GrF钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种乏燃料贮存罐用SA517GrF钢板及其生产方法。
背景技术
我国采取核燃料闭路循环方式，核电站的乏燃料组件从反应堆卸出后，一般在乏燃料水池贮存一定时间后外运至离堆贮存设施贮存，或直接运往后处理厂处理、处置。其中，乏燃料贮存容器是不可或缺的关键设备。而本钢板作为生产乏燃料贮存罐筒体的原材料，要求其在超低温下能够具有很好的低温韧性，能够适应北方极寒冷的恶劣环境，保证乏燃料贮存容器的安全运输。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种乏燃料贮存罐用SA517GrF钢板及其生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种乏燃料贮存罐用SA517GrF钢板，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量符合ASME SA-517/SA-517M，在其基础上添加微量合金元素Nb（0.01%～0.02%）、Ti（0.01%～0.03%）元素，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明所述钢板厚度为6mm～65mm。
本发明所述常温拉伸性能（RP0.2≥690MPa，Rm：795MPa～930MPa，A≥16%，Z≥45%）；350℃高温拉伸性能（RP0.2≥650MPa，Rm≥760MPa，A≥20%，Z≥50%）；-60℃横向冲击性能（冲击功≥100J，侧向膨胀值≥1.0mm，纤维断面率≥60%）。
一种乏燃料贮存罐用SA517GrF钢板的生产方法，包括冶炼工序、轧制工序、水冷工序、淬火工序和回火工序，本发明所述轧制工序采用Ⅱ阶段轧制：第Ⅰ阶段开轧温度为1020℃～1050℃，每道次压下量≥30mm，晾钢厚度为钢板厚度+50mm；第Ⅱ阶段开轧温度为Ac3-（0℃～20℃），每道次压下量≥15mm，终轧温度为Ac3-（30℃～50℃）。水冷工序为ACC水冷工序
本发明所述ACC水冷工序，出水温度≤350℃，返红温度≤500℃。
本发明所述淬火工序，钢板淬火前加热温度为Ac3＋（30℃～50℃），总加热时间为PLC＋50min，出炉后水冷到室温；所述回火工序，加热温度为（620℃～680℃），总加热时间≥2.5min/mm，出炉后空冷。
本发明所述乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板产品标准参考ASME SA-517/SA-517M。
本发明的常温指0-40℃。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明在钢板的成分，轧制工序和ACC水冷工序做了创新，改善了钢板的中心偏析、提高了钢板内部晶粒度，满足了超低温高韧性的需求，工艺稳定，可实现批量国产化生产。
本发明化学成分设计采用低碳高锰，加入微量的Nb、Ti元素，同时降低B元素含量（常规情况下，此种钢B含量在0.0020%-0.0040%），两相区轧制，适当的ACC水冷，从而达到细化晶粒，减少中心偏析，获得良好的综合性能，尤其-60℃冲击功≥100J，测膨胀值≥1.0mm，性能完全满足客户要求。具体表现在以下几点：
1、本发明的化学成分设计采用低碳高锰，添加微量Nb和Ti元素，极大地细化组织晶粒。
2、本发明方法生产的钢板采用II阶段轧制，且第II阶段两相区轧制，可以进一步细化组织晶粒，提高韧性。
3、本发明轧制时采用大压下量，极大地减少中心偏析，且能够细化组织晶粒。
4、本发明方法生产的钢板采用在线淬火，防止组织晶粒粗化。
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
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板的规格为6mm×2000mm×8000mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.10%，Si：0.25%，Mn：0.62%，P：0.008%，S：0.0020%，Cr：0.40%，Ni：0.71%，Mo：0.40%，V：0.031%，Nb：0.010%，Cu：0.15%，Ti：0.010%，B：0.0009%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板所采用的连铸坯厚度为200mm，其生产工艺为冶炼、II阶段轧制、ACC水冷、淬火+回火处理，具体工艺步骤如下所述：
（1）Ⅱ阶段控制轧制工序：第Ⅰ阶段开轧温度为1035℃，每道次压下量≥30mm，晾钢厚度为56mm；第Ⅱ阶段开轧温度为832℃，每道次压下量≥15mm，终轧温度为780℃；
（2）ACC水冷工序：入水温度765℃，出水温度为300℃，返红温度为390℃；
（3）淬火工序，钢板淬火前加热温度为Ac3＋（30℃～50℃），总加热时间为PLC＋50min，出炉后水冷到室温；所述回火工序，加热温度为650℃，总加热时间为2.5min/mm，出炉后空冷。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板力学性能：常温拉伸性能Rp0.2：753MPa，Rm：810MPa，A：23%，Z：70%；350℃高温拉伸性能Rp0.2：710MPa，Rm：780MPa，A：28%，Z：65%；-60℃冲击性能冲击功（123J、152J、146J），侧膨胀量（1.00mm、1.21mm、1.19mm），纤维断面率（60%、80%、79%）。
实施例2
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板的规格为20mm×3000mm×7000mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.12%，Si：0.25%，Mn：0.75%，P：0.009%，S：0.0020%，Cr：0.40%，Ni：0.85%，Mo：0.41%，V：0.030%，Nb：0.015%，Cu：0.15%，Ti：0.012%，B：0.0013%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板所采用的连铸坯厚度为200mm，其生产工艺为冶炼、II阶段轧制、ACC水冷、淬火+回火处理，具体工艺步骤如下所述：
（1）Ⅱ阶段控制轧制工序：第Ⅰ阶段开轧温度为1040℃，每道次压下量≥30mm，晾钢厚度为70mm；第Ⅱ阶段开轧温度为820℃，每道次压下量≥15mm，终轧温度为780℃；
（2）ACC水冷工序：入水温度760℃，出水温度为320℃，返红温度为450℃；
（3）淬火工序，钢板淬火前加热温度为Ac3＋（30℃～50℃），总加热时间为PLC＋50min，出炉后水冷到室温；所述回火工序，加热温度为680℃，总加热时间为4min/mm，出炉后空冷。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板力学性能：常温拉伸性能Rp0.2：795MPa，Rm：820MPa，A：16%，Z：60%；350℃高温拉伸性能Rp0.2：650MPa，Rm：760MPa，A：21%，Z：55%；-60℃冲击性能冲击功（201J、195J、203J），侧膨胀量（2.1mm、2.03mm、2.11mm），纤维断面率（99%、98%、99%）。
实施例3
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板的规格为35mm×2800mm×8000mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13%，Si：0.25%，Mn：0.75%，P：0.008%，S：0.0022%，Cr：0.42%，Ni：0.83%，Mo：0.40%，V：0.031%，Nb：0.013%，Cu：0.16%，Ti：0.015%，B：0.0015%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板所采用的连铸坯厚度为200mm，其生产工艺为冶炼、II阶段轧制、ACC水冷、淬火+回火处理，具体工艺步骤如下所述：
（1）Ⅱ阶段控制轧制工序：第Ⅰ阶段开轧温度为1035℃，每道次压下量≥30mm，晾钢厚度为85mm；第Ⅱ阶段开轧温度为832℃，每道次压下量≥15mm，终轧温度为796℃；
（2）ACC水冷工序：入水温度782℃，出水温度为315℃，返红温度为500℃；
（3）淬火工序，钢板淬火前加热温度为Ac3＋（30℃～50℃），总加热时间为PLC＋50min，出炉后水冷到室温；所述回火工序，加热温度为620℃，总加热时间为2.5min/mm，出炉后空冷。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板力学性能：常温拉伸性能Rp0.2：800MPa，Rm：840MPa，A：25%，Z：75%；350℃高温拉伸性能Rp0.2：725MPa，Rm：810MPa，A：20%，Z：53%；-60℃冲击性能冲击功（186J、189J、196J），侧膨胀量（1.89mm、1.93mm、2.05mm），纤维断面率（95%、95%、99%）。
实施例4
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板的规格为40mm×2800mm×6500mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13%，Si：0.24%，Mn：0.82%，P：0.008%，S：0.0016%，Cr：0.45%，Ni：0.89%，Mo：0.46%，V：0.035%，Nb：0.018%，Cu：0.17%，Ti：0.020%，B：0.0014%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板所采用的连铸坯厚度为200mm，其生产工艺为冶炼、II阶段轧制、ACC水冷、淬火+回火处理，具体工艺步骤如下所述：
（1）Ⅱ阶段控制轧制工序：第Ⅰ阶段开轧温度为1050℃，每道次压下量≥30mm，晾钢厚度为90mm；第Ⅱ阶段开轧温度为829℃，每道次压下量≥15mm，终轧温度为803℃；
（2）ACC水冷工序：入水温度795℃，出水温度为350℃，返红温度为485℃；
（3）淬火工序，钢板淬火前加热温度为Ac3＋（30℃～50℃），总加热时间为PLC＋50min，出炉后水冷到室温；所述回火工序，加热温度为660℃，总加热时间为3min/mm，出炉后空冷。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板力学性能：常温拉伸性能Rp0.2：790MPa，Rm：795MPa，A：26%，Z：65%；350℃高温拉伸性能Rp0.2：720MPa，Rm：800MPa，A：21%，Z：63%；-60℃冲击性能冲击功（223J、213J、245J），侧膨胀量（2.13mm、2.09mm、2.24mm），纤维断面率（100%、100%、100%）。
实施例5
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板的规格为48mm×2600mm×6000mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.14%，Si：0.28%，Mn：0.93%，P：0.010%，S：0.0025%，Cr：0.48%，Ni：0.91%，Mo：0.48%，V：0.030%，Nb：0.016%，Cu：0.19%，Ti：0.025%，B：0.0012%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板所采用的连铸坯厚度为220mm，其生产工艺为冶炼、II阶段轧制、ACC水冷、淬火+回火处理，具体工艺步骤如下所述：
（1）Ⅱ阶段控制轧制工序：第Ⅰ阶段开轧温度为1020℃，每道次压下量≥30mm，晾钢厚度为98mm；第Ⅱ阶段开轧温度为823℃，每道次压下量≥15mm，终轧温度为786℃；
（2）ACC水冷工序：入水温度775℃，出水温度为316℃，返红温度为402℃；
（3）淬火工序，钢板淬火前加热温度为Ac3＋（30℃～50℃），总加热时间为PLC＋50min，出炉后水冷到室温；所述回火工序，加热温度为660℃，总加热时间为4min/mm，出炉后空冷。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板力学性能：常温拉伸性能Rp0.2：690MPa，Rm：835MPa，A：24%，Z：60%；350℃高温拉伸性能Rp0.2：715MPa，Rm：785MPa，A：22%，Z：59%；-60℃冲击性能冲击功（202J、195J、187J），侧膨胀量（2.06mm、2.01mm、1.91mm），纤维断面率（99%、99%、96%）。
实施例6
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板的规格为50mm×3000mm×9000mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.14%，Si：0.28%，Mn：0.95%，P：0.013%，S：0.0012%，Cr：0.43%，Ni：0.96%，Mo：0.45%，V：0.038%，Nb：0.019%，Cu：0.13%，Ti：0.028%，B：0.0015%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板所采用的连铸坯厚度为300mm，其生产工艺为冶炼、II阶段轧制、ACC水冷、淬火+回火处理，具体工艺步骤如下所述：
（1）Ⅱ阶段控制轧制工序：第Ⅰ阶段开轧温度为1026℃，每道次压下量≥30mm，晾钢厚度为100mm；第Ⅱ阶段开轧温度为832℃，每道次压下量≥15mm，终轧温度为798℃；
（2）ACC水冷工序：入水温度785℃，出水温度为332℃，返红温度为416℃；
（3）淬火工序，钢板淬火前加热温度为Ac3＋（30℃～50℃），总加热时间为PLC＋50min，出炉后水冷到室温；所述回火工序，加热温度为660℃，总加热时间为4min/mm，出炉后空冷。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板力学性能：常温拉伸性能Rp0.2：815MPa，Rm：855MPa，A：22%，Z：59%；350℃高温拉伸性能Rp0.2：785MPa，Rm：810MPa，A：29%，Z：50%；-60℃冲击性能冲击功（185J、174J、179J），侧膨胀量（1.95mm、1.83mm、1.85mm），纤维断面率（92%、89%、90%）。
实施例7
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板的规格为55mm×3000mm×9700mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.15%，Si：0.24%，Mn：0.92%，P：0.013%，S：0.0019%，Cr：0.44%，Ni：0.95%，Mo：0.46%，V：0.033%，Nb：0.014%，Cu：0.16%，Ti：0.029%，B：0.0014%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板所采用的连铸坯厚度为300mm，其生产工艺为冶炼、II阶段轧制、ACC水冷、淬火+回火处理，具体工艺步骤如下所述：
（1）Ⅱ阶段控制轧制工序：第Ⅰ阶段开轧温度为1050℃，每道次压下量≥30mm，晾钢厚度为105mm；第Ⅱ阶段开轧温度为816℃，每道次压下量≥15mm，终轧温度为784℃；
（2）ACC水冷工序：入水温度770℃，出水温度为302℃，返红温度为394℃；
（3）淬火工序，钢板淬火前加热温度为Ac3＋（30℃～50℃），总加热时间为PLC＋50min，出炉后水冷到室温；所述回火工序，加热温度为650℃，总加热时间为4min/mm，出炉后空冷。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板力学性能：常温拉伸性能Rp0.2：810MPa，Rm：850MPa，A：23%，Z：62%；350℃高温拉伸性能Rp0.2：765MPa，Rm：785MPa，A：20%，Z：55%；-60℃冲击性能冲击功（189J、164J、207J），侧膨胀量（1.92mm、1.73mm、2.03mm），纤维断面率（93%、84%、99%）。
实施例8
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板的规格为65mm×3500mm×6700mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.19%，Si：0.23%，Mn：0.98%，P：0.011%，S：0.0021%，Cr：0.58%，Ni：0.98%，Mo：0.55%，V：0.052%，Nb：0.020%，Cu：0.20%，Ti：0.030%，B：0.0015%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板所采用的连铸坯厚度为300mm，其生产工艺为冶炼、II阶段轧制、ACC水冷、淬火+回火处理，具体工艺步骤如下所述：
（1）Ⅱ阶段控制轧制工序：第Ⅰ阶段开轧温度为1053℃，每道次压下量≥30mm，晾钢厚度为105mm；第Ⅱ阶段开轧温度为816℃，每道次压下量≥15mm，终轧温度为784℃；
（2）ACC水冷工序：入水温度770℃，出水温度为302℃，返红温度为394℃；
（3）淬火工序，钢板淬火前加热温度为Ac3＋（30℃～50℃），总加热时间为PLC＋50min，出炉后水冷到室温；所述回火工序，加热温度为680℃，总加热时间为4min/mm，出炉后空冷。
本实施例乏燃料干式贮存罐用SA517GrF钢板力学性能：常温拉伸性能Rp0.2：830MPa，Rm：930MPa，A：24%，Z：45%；350℃高温拉伸性能Rp0.2：795MPa，Rm：830MPa，A：21%，Z：58%；-60℃冲击性能冲击功（131J、100J、151J），侧膨胀量（1.21mm、1.20mm、1.30mm），纤维断面率（68%、65%、71%）。
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 (1)

1.一种乏燃料贮存罐用SA517GrF钢板，其特征在于，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量符合ASME SA-517/SA-517M，在其基础上添加微量合金元素Nb和Ti；钢板中添加的Nb元素的质量百分含量为0.01%～0.02%，Ti元素的质量百分含量为0.01%～0.03%，其余为Fe及不可避免的杂质；
钢板厚度为6mm～65mm；
常温拉伸性能：RP0.2≥690MPa，Rm：795MPa～930MPa，A≥16%，Z≥45%；350℃高温拉伸性能：RP0.2≥650MPa，Rm≥760MPa，A≥20%，Z≥50%；-60℃横向冲击性能：冲击功≥100J，侧向膨胀值≥1.0mm，纤维断面率≥60%；
所述的乏燃料贮存罐用SA517GrF钢板的生产方法,包括冶炼工序、轧制工序、水冷工序、淬火工序和回火工序，所述轧制工序采用Ⅱ阶段轧制：第Ⅰ阶段开轧温度为1020℃～1050℃，每道次压下量≥30mm，晾钢厚度为钢板厚度+50mm；第Ⅱ阶段开轧温度为Ac3减去0℃～20℃，每道次压下量≥15mm，终轧温度为Ac3减去30℃～50℃；水冷工序为ACC水冷工序；
所述水冷工序，ACC水冷，出水温度≤350℃，返红温度≤500℃；
所述淬火工序，钢板淬火前加热温度为Ac3加上30℃～50℃，总加热时间为PLC＋50min，出炉后在淬火机中冷却到室温，室温为0℃～40℃；
所述回火工序，加热温度为620℃～680℃，总加热时间≥2.5min/mm，出炉后空冷至室温。
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