CN112063935A - Cap非能动核电厂核级支吊架用钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

CAP非能动核电厂核级支吊架用钢的生产方法，钢的化学成分质量百分比为C=0.10～0.20，Si=0.15~0.35，Mn=0.60～1.00，P≤0.015，S≤0.005，V=0.030～0.080，Ni=0.70~1.00，Mo=0.40~0.60，Cu=0.15~0.50，Nb=0.010~0.020，Cr=0.40~0.60，B=0.0010~0.0060，Alt=0.020~0.050，其余为Fe和不可避免的杂质；碳当量Ceq≤0.50。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9.0级以上；交货态及模焊态的‑18℃横向冲击AKV8平均值≥47J，侧向膨胀量LE≥0.64mm，可以用于CAP非能动核电厂核级支吊架的制造。

Description

CAP非能动核电厂核级支吊架用钢的生产方法
技术领域
本发明属于冶金领域技术， 涉及到一种CAP非能动核电厂核级支吊架用钢的生产方法。
技术背景
CAP非能动核电厂核级支吊架是核岛一回路内管道系统组成部分，支吊架对管道起着承受载荷，限制位移和控制振动的作用，它直接影响核电站运行的安全性及使用寿命。由于核电站中特殊的使用环境，如高辐射、高湿、高温、腐蚀、抗震、高安全性和可靠性，因此对核级支吊架用钢的技术要求也十分苛刻，一般采用进口美标SA517级别的钢。提高核级设备及钢材的性能，对促进核电的发展及核电技术的提高十分必要。
ASME SA-517/SA-517M标准中的SA517Gr.F常温拉伸性能与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CAP1400核电技术有360℃高温拉伸及-18℃低温冲击韧性要求，并且要求常规交货态及模拟焊后热处理态（以下简称“模焊态”）的性能一致；ASME SA-517/SA-517M标准中对SA517Gr.F的碳当量Ceq没有限制，但钢的Ceq≤0.50更有利于钢材的焊接性能。
CN201710983340.4公开了一种三代压水堆核电站支吊架用钢及其制造方法，钢中化学成分质量百分比为：C=0.1~0.17，Si=0.25~0.35，Mn=0.45～0.9，P≤0.015，S≤0.003，V=0.010～0.030，Ni=0.20~0.45，Mo=0.30~0.50，Cu=0.10~0.30，Ti=0.010~0.030，Cr=0.90~1.10，B=0.0010~0.0050，其余为Fe和不可避免的杂质。但其360℃高温拉伸强度性能未知。
CN201510312965.9公开一种耐腐蚀高强度支吊架组件及其制造工艺，该专利中采取热轧后先油冷，再采取风冷，最后采取水冷，工艺复杂。
CN201510765103.1公开了一种具有抗裂耐腐蚀性能的支吊架的生产工艺，涉及一种锻轧结合的生产工艺，且该钢为稀土不锈钢，生产周期较长且生产成本较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种CAP非能动核电厂核级支吊架用钢的生产方法，生产钢的交货态及模焊态不仅满足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，交货态及模焊态的-18℃横向冲击AKV8平均值≥47J，侧向膨胀量LE≥0.64mm，可以用于CAP非能动核电厂核级支吊架的制造
发明的技术方案：
CAP非能动核电厂核级支吊架用钢的生产方法，钢的化学成分质量百分比为C=0.10～0.20，Si=0.15~0.35，Mn=0.60～1.00，P≤0.015，S≤0.005，V=0.030～0.080，Ni=0.70~1.00，Mo=0.40~0.60，Cu=0.15~0.50，Nb=0.010~0.020，Cr=0.40~0.60，B=0.0010~0.0060，Alt=0.020~0.050，其余为Fe和不可避免的杂质；碳当量Ceq≤0.50。
包括如下工艺步骤：
a. 转炉冶炼：出钢时C≥0.06，P≤0.0012；
b. LF 精炼：白渣保持15min以上，出站S≤0.005；
c. 真空脱气处理：在真空度≤0.5tor下保持时间≥12min；破空后进行Ca处理，喂入纯钙线≥200m；软吹氩时间≥15min；
d.连铸：全程保护浇铸；中间包钢水过热度8~18℃；采用动态轻压下技术，压下量≥6mm；
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TMCP轧制，一阶段开轧温度≥1050℃，一阶段终轧温度＞980℃，保证最后三道次压下率在15%以上；二阶段开轧温度在850~900℃，终轧温度800~860℃，返红温度600~650℃，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920~940℃，保温时间10~40min，然后大水量冷却至室温；回火温度620~660℃，保温时间控30~60min，然后空冷。
本发明CAP非能动核电厂核级支吊架用钢产品标准参考ASME SA-517/SA-517M及CAP1400相关核电技术标准。钢板交货态及模焊态力学性能均应满足：常温拉伸Rp0.2≥690MPa，Rm=795~930MPa，A50≥16%，Z≥45%；360℃高温拉伸Rp0.2≥580Mpa，Rm≥795Mpa；-18℃横向冲击AKV8平均值≥47J，侧向膨胀量LE≥0.64mm。
所述碳当量Ceq的计算公式：Ceq= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
本发明的CAP非能动核电厂核级支吊架用钢及其生产方法，该钢通过合理的化学成分设计，使碳当量Ceq≤0.50%；通过LF精炼+真空脱气处理工艺保证钢质的洁净度；采用TMCP+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。钢的交货态及模焊态的常温及360℃高温拉伸抗拉强度皆达到795Mpa以上，并具有较好的低温韧性及良好的焊接性能的厚度为6~65mm的CAP非能动核电厂核级支吊架用钢。
附图说明
图1为实施例2钢的样品的金相组织 。
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
炼钢工艺实施过程：转炉出钢C=0.07%，P=0.008%。LF精炼白渣保持时间16min，出站S=0.0032%，VD真空度0.5tor，保真空时间15min，破空后喂入纯Ca线220米处理，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10~13℃，连铸动态轻压下压下量6.3mm，熔炼成分如表1所示。
轧钢工艺实施过程：铸坯加热速度8.8min/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20%，19%，20%，终轧温度1000℃，轧制中间坯厚度110mm。第二阶段开轧温度880℃，累计压下率49%，终轧温度830℃，返红温度635℃，轧制成品厚度30mm。
热处理工艺过程实施：钢板从室温加热至920℃，保温15分钟，然后水冷至室温；回火温度645℃，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：
炼钢工艺实施过程：转炉出钢C=0.09%，P=0.011%。LF精炼白渣保持时间18min，出站S=0.0037%，VD真空度0.5tor，保真空时间14min，破空后喂入纯Ca线230米处理，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8~10℃，连铸动态轻压下压下量6.1mm，熔炼成分如表1所示。
轧钢工艺实施过程：铸坯加热速度9.1min/cm，出钢温度1185℃，第一阶段开轧温度1090℃，最后三道次压下率分别为18%，20%，18%，终轧温度1010℃，轧制中间坯厚度140mm。第二阶段开轧温度855℃，累计压下率47%，终轧温度820℃，返红630℃，轧制成品厚度65mm。
热处理工艺实施过程：钢板从室温加热至940℃，保温22分钟，然后水冷至室温；回火温度620℃，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 各实施例钢的化学成分（wt.%）
Figure 891469DEST_PATH_IMAGE001
。
表2 各实施例性能检测结果
Figure 548855DEST_PATH_IMAGE002
。
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ASME E21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≤425℃，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425℃以下。
表1所示，各实施例碳当量Ceq皆小于0.50%。
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。
表2所示，各实施例常温拉伸Rp0.2≥690MPa，Rm=795~930MPa，A50≥16%，Z%≥45%；360℃高温拉伸Rp0.2≥580Mpa，Rm≥795Mpa；-18℃横向冲击AKV8平均值≥47J，侧向膨胀量LE≥0.64mm。本发明钢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CAP1400相关技术要求的直射波+斜射波+磁粉探伤合格，可以用于CAP非能动核电厂核级支吊架的制造。

Claims (1)

1.CAP非能动核电厂核级支吊架用钢的生产方法，其特征在于：钢的化学成分质量百分比为C=0.10～0.20，Si=0.15~0.35，Mn=0.60～1.00，P≤0.015，S≤0.005，V=0.030～0.080，Ni=0.70~1.00，Mo=0.40~0.60，Cu=0.15~0.50，Nb=0.010~0.020，Cr=0.40~0.60，B=0.0010~0.0060，Alt=0.020~0.050，其余为Fe和不可避免的杂质；碳当量Ceq≤0.50；
包括如下工艺步骤：
a. 转炉冶炼：出钢时C≥0.06，P≤0.0012；
b. LF 精炼：白渣保持15min以上，出站S≤0.005；
c. 真空脱气处理：在真空度≤0.5tor下保持时间≥12min；破空后进行Ca处理，喂入纯钙线≥200m；软吹氩时间≥15min；
d.连铸：全程保护浇铸；中间包钢水过热度8~18℃；采用动态轻压下技术，压下量≥6mm；
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TMCP轧制，一阶段开轧温度≥1050℃，一阶段终轧温度＞980℃，保证最后三道次压下率在15%以上；二阶段开轧温度在850~900℃，终轧温度800~860℃，返红温度600~650℃，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920~940℃，保温时间10~40min，然后大水量冷却至室温；回火温度620~660℃，保温时间控30~60min，然后空冷。
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