CN111394651A - 耐大气腐蚀的核电重型支撑设备用钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
耐大气腐蚀的核电重型支撑设备用钢及其生产方法，钢的化学成分质量百分比为C=0.06～0.18，Si=0.15~0.45，Mn=0.80～1.30，P≤0.012，S≤0.005，Alt=0.010～0.050，Nb=0.010～0.040，V=0.010～0.050，Ni=0.20~0.45，Cu=0.20~0.40，Ti=0.010~0.020，Cr=0.40~0.60，其余为Fe和不可避免的杂质；钢耐大气腐蚀指数I≥6.0。工艺步骤包括转炉冶炼、LF精炼、真空脱气处理、连铸、板坯加热、轧制、淬火+回火热处理。本发明钢的晶粒度在9级以上，‑18℃横向冲击AKV平均值≥34J，侧向膨胀量LE≥0.64mm，可以应用于AP1000及CAP1400技术核电项目重型支撑设备。
Description
技术领域
本发明属冶金领域技术，具体涉及到一种耐大气腐蚀的核电重型支撑设备用钢及其生产方法。
背景技术
核能作为新型能源已在国际上得到广泛应用。AP1000是我国从美国引进的第三代核电技术，目前海阳，陆丰，三门已在建设中，我国在AP1000的基础上自主研发的CAP1400核电技术也正在建立示范工程。AP1000及CAP1400核电技术属于压水堆，堆内温度高达360℃，堆内主要有稳压器、蒸发器等重要容器设备。而堆内容器的重型支撑设备同样非常重要，其稳定性及安全性直接影响核电站的运行安全及使用寿命，需要重型支撑设备具有高强度、高低温韧性、耐高温、耐腐蚀，抗地震，高安全性等特点，因此重型设备用钢的技术要求十分严格苛刻。
ASME SA-588/SA-588M标准中的SA588Gr.B钢种的耐大气指数及常温拉伸性能与AP1000及CAP1400核电技术要求相匹配，但对低温韧性及360℃高温强度没有具体要求，而AP1000及CAP1400核电技术对360℃高温拉伸及-18℃低温冲击韧性有较高要求，同时要求模拟焊后热处理态（以下简称“模焊态”）性能。ASME SA-588/SA-588M标准及AP1000及CAP1400核电技术对SA588Gr.B的交货状态皆没有明确规定。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐大气腐蚀的核电重型支撑设备用钢及其生产方法，生产的钢不仅具有耐大气腐蚀指数I≥6.0，且应满足360℃高温抗拉强度与常温抗拉强度一致的要求，同时在-18℃低温时具有较好冲击韧性。
发明的技术方案：
耐大气腐蚀的核电重型支撑设备用钢，钢的化学成分质量百分比为C=0.06～0.18，Si=0.15~0.45，Mn=0.80～1.30，P≤0.012，S≤0.005，Alt=0.010～0.050，Nb=0.010～0.040，V=0.010～0.050，Ni=0.20~0.45，Cu=0.20~0.40，Ti=0.010~0.020，Cr=0.40~0.60，其余为Fe和不可避免的杂质；钢耐大气腐蚀指数I≥6.0。
所述耐大气腐蚀指数I的计算公式：I=26.01（Cu%）+3.88(Ni%)+1.2(Cr%)+1.49(Si%)+17.28(P%)-7.29(Cu%)(Ni%)-9.10(Ni%)(P%)-33.39(Cu%)2。
本发明所述钢板交货态及模拟焊后热处理态（以下简称模焊态）力学性能均应满足：常温拉伸Rp0.2≥345MPa，Rm≥485MPa，A50≥19%；360℃高温拉伸Rp0.2≥275Mpa，Rm≥485Mpa；-18℃横向冲击AKV平均值≥34J，侧向膨胀量LE≥0.64mm。
耐大气腐蚀的核电重型设备支撑用钢的生产方法，工艺流程为转炉冶炼、LF精炼、真空脱气处理、连铸、板坯加热、轧制、淬火+回火热处理，包括如下工艺步骤：
a. 转炉冶炼：出钢C≥0.06，P≤0.0010；
b. LF 精炼：白渣保持时间控制在15min以上，出站S≤0.005；
c. 真空脱气处理：真空度≤0.5tor以下保持时间≥12min；破空后进行Ca处理；软吹氩时间≥15min；
d. 连铸：全程保护浇铸；中间包中钢水过热度8~18℃；采用动态轻压下技术，在铸坯固相率fs=30%~80%区间进行大压下，压下率控制在0.7~1.0mm/m；
e. 板坯加热：轧制前板坯加热温度1150~1200℃，加热速度7~12min/cm；
f. 轧制：采用CR轧制，一阶段开轧温度≥1050℃，一阶段终轧温度＞980℃，最后三道次压下率在15%以上；二阶段开轧温度870~910℃，终轧温度790~840℃，累计压下率＞45%；
g. 热处理：采用淬火+回火热处理工艺，淬火温度890~930℃，保温时间10~30min，然后大水量冷却至室温；回火温度650~680℃，保温时间30~50min，然后空冷。
本发明耐大气腐蚀耐的核电重型支撑设备用钢产品标准参考ASME SA-588/SA-588M及核电AP1000及CAP1400相关核电技术标准。
本发明的耐大气腐蚀的核电重型支撑设备用钢及其生产方法，通过合理的化学成分设计，使钢耐大气腐蚀指数I≥6.0；通过LF精炼+真空脱气处理工艺保证钢质的洁净度；采用控轧+淬火+回火的工艺，最终得到组织为回火索氏体，晶粒度达到9.0～10.0级，交货态及模拟焊后态的常温及360℃高温拉伸抗拉强度皆达到485Mpa以上并具有较好的低温韧性及良好的焊接性能的厚度为6~100mm的核电重型支撑设备用钢。
附图说明
图1 为本发明方法实施例1生产的钢的组织图。
具体实施方式
以下结合实施例，进一步详细说明本发明。
实施例1
耐大气腐蚀的核电重型支撑设备用钢的生产方法，钢的化学成分质量百分比如表1。
炼钢工艺实施过程：转炉出钢C=0.08，P=0.008。LF精炼白渣保持时间20min，出站S=0.0027，VD真空度0.5tor，保真空时间13min，破空后喂入纯Ca线处理，软吹氩时间17min。连铸浇注260mm厚度铸坯，连铸中间包钢水过热度12℃，连铸动态轻压下区间固相率fs为30%~80%，压下率控制在0.85mm/m，熔炼成分如表1所示。
轧钢工艺实施过程：铸坯加热速度9.0min/cm，出钢温度1180℃，第一阶段开轧温度1070℃，最后三道次压下率分别为18%，19%，19%，终轧温度1000℃，轧制中间坯厚度90mm。第二阶段开轧温度895℃，累计压下率50%，终轧温度820℃，轧制成品厚度25mm。淬火温度895℃，保温15分钟，然后水冷至室温；回火温度678℃，保温35分钟，然后空冷。最后得到所述钢板，其性能如表2所示。
实施例2
耐大气腐蚀的核电重型支撑设备用钢的生产方法，钢的化学成分质量百分比如表1。
炼钢工艺实施过程：转炉出钢C=0.08，P=0.008。LF精炼白渣保持时间19min，出站S=0.0035，VD真空度0.5tor，保真空时间15min，破空后喂入纯Ca线处理，软吹氩时间16min。连铸浇注260mm厚度铸坯，连铸中间包钢水过热度9℃，连铸动态轻压下区间固相率fs为30%~80%，压下率控制在0.85mm/m，熔炼成分如表1所示。
轧钢工艺实施过程：铸坯加热速度9.0min/cm，出钢温度1180℃，第一阶段开轧温度1090℃，最后三道次压下率分别为18%，19%，20%，终轧温度1010℃，轧制中间坯厚度150mm。第二阶段开轧温度890℃，累计压下率48%，终轧温度805℃，轧制成品厚度50mm。淬火温度910℃，保温20分钟，然后水冷至室温；回火温度660℃，保温38分钟，然后空冷。最后得到所述钢板，其性能如表2所示。
实施例3
钢的化学成分质量百分比如表1。
炼钢工艺实施过程：转炉出钢C=0.06，P=0.006。LF精炼白渣保持时间20min，出站S=0.0021，VD真空度0.5tor，保真空时间15min，破空后喂入纯Ca线处理，软吹氩时间15min。连铸浇注260mm厚度铸坯，连铸中间包钢水过热度10℃，连铸动态轻压下区间固相率fs为30%~80%，压下率控制在0.85mm/m，熔炼成分如表1所示。
轧钢工艺实施过程：铸坯加热速度9.0min/cm，出钢温度1190℃，第一阶段开轧温度1080℃，最后三道次压下率分别为19%，19%，18%，终轧温度1005℃，轧制中间坯厚度160mm。第二阶段开轧温度890℃，累计压下率48%，终轧温度800℃，轧制成品厚度80mm。淬火温度928℃，保温21分钟，然后水冷至室温；回火温度651℃，保温40分钟，然后空冷。最后得到所述钢板，其性能如表2所示，其金相组织如附图1，由图可知其组织为回火索氏体，晶粒度9-10级。
表1 各实施钢的化学成分（wt.%）
表2 各实施例钢的性能检测结果
表2中的常温拉伸及夏比V型缺口冲击试验按ASME SA370进行试验，高温拉伸按ASMEE21进行试验。所有试样皆垂直与钢板轧制方向，试样的纵轴线大于板厚1/4。上表2中模焊态试样的模拟焊后热处理工艺为：试样进炉温度≤350℃，升温速率≤55℃/小时；保温温度610℃±10℃，保温时间15小时至15.5小时，然后以≤55℃/小时的冷却速率冷却至350℃以下。
由表1可知，本发明钢的耐大气腐蚀指数皆大于6.0。
附图1所示，本发明钢为稳定的回火索氏体组织，晶粒度在9级以上。
由表2可知，各实施例常温拉伸Rp0.2≥345MPa，Rm≥485MPa，A50≥19%；360℃高温拉伸Rp0.2≥275Mpa，Rm≥485Mpa；-18℃横向冲击AKV平均值≥34J，侧向膨胀量LE≥0.64mm。本发明钢不仅具有较高的耐大气腐蚀能力，拥有良好的高温强度及低温韧性，满足交货态及模焊态的各项力学性能要求，且同时钢具有良好的内部及表面质量，通过核电AP1000及CAP1400相关技术要求的直射波+斜射波+磁粉探伤合格，可以应用于AP1000及CAP1400技术核电项目重型支撑设备。
Claims (2)
1.耐大气腐蚀的核电重型支撑设备用钢，其特征在于：钢的化学成分质量百分比为C=0.06～0.18，Si=0.15~0.45，Mn=0.80～1.30，P≤0.012，S≤0.005，Alt=0.010～0.050，Nb=0.010～0.040，V=0.010～0.050，Ni=0.20~0.45，Cu=0.20~0.40，Ti=0.010~0.020，Cr=0.40~0.60，其余为Fe和不可避免的杂质；钢耐大气腐蚀指数I≥6.0。
2.耐大气腐蚀的核电重型设备支撑用钢的生产方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：
a. 转炉冶炼：出钢C≥0.06，P≤0.0010；
b. LF 精炼：白渣保持时间控制在15min以上，出站S≤0.005；
c. 真空脱气处理：真空度≤0.5tor以下保持时间≥12min；破空后进行Ca处理；软吹氩时间≥15min；
d. 连铸：全程保护浇铸；中间包中钢水过热度8~18℃；采用动态轻压下技术，在铸坯固相率fs=30%~80%区间进行大压下，压下率控制在0.7~1.0mm/m；
e. 板坯加热：轧制前板坯加热温度1150~1200℃，加热速度7~12min/cm；
f. 轧制：采用CR轧制，一阶段开轧温度≥1050℃，一阶段终轧温度＞980℃，最后三道次压下率在15%以上；二阶段开轧温度870~910℃，终轧温度790~840℃，累计压下率＞45%；
g. 热处理：采用淬火+回火热处理工艺，淬火温度890~930℃，保温时间10~30min，然后大水量冷却至室温；回火温度650~680℃，保温时间30~50min，然后空冷。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200710 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |