CN112126861A - 高强度高韧性cap核电厂核级机械模块用钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

高强度高韧性CAP核电厂核级机械模块用钢的生产方法，钢的化学成分质量百分比为C=0.15～0.20，Si=0.15~0.35，Mn=0.70～0.90，P≤0.015，S≤0.005，V=0.030～0.070，Ni=0.10~0.35，Mo=0.15~0.25，Ti=0.010~0.030，Nb=0.010~0.020，Cr=0.40~0.60%，B=0.0008~0.0040，Alt=0.020~0.050，其余为Fe和不可避免的杂质；碳当量Ceq≤0.48。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；A类、B类、C类、D类非金属夹杂物皆小于1.5级；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，可以应用于CAP非能动核电厂核级机械模块的制造。

Description

高强度高韧性CAP核电厂核级机械模块用钢的生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及到一种高强度高韧性CAP核电厂核级机械模块用钢及其生产方法。
技术背景
核能作为新型能源，具有清洁无污染等特点，核能的和平利用是人类的一项成就，目前核电约占世界总发电量的16%。CAP非能动核电厂(CAP1400技术)，是在AP1000第三代核电技术的基础上创新研发的大型先进非能动压水堆核电技术。核级机械模块由主要设备管道、管道支架、泵等组成，其安装在核电厂一回路内，需要在高辐射、高湿、高温、腐蚀、抗地震等的环境中使用，其稳定性直接影响核电站运行的安全性及服役寿命。因此对核级机械模块用钢的技术要求非常苛刻。
ASME SA-517/SA-517M标准中的SA517Gr.B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℃低温冲击韧性有较高要求，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.B的碳当量Ceq没有限制，而要获得较好的焊接性能，钢的Ceq≤0.48是比较好的选择。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度高韧性CAP核电厂核级机械模块用钢的生产方法，生产的钢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，交货态及模拟焊后态的常温及360℃高温拉伸抗拉强度皆达到795Mpa以上。
发明的技术方案：
高强度高韧性CAP核电厂核级机械模块用钢的生产方法，钢的化学成分质量百分比为C=0.15～0.20，Si=0.15~0.35，Mn=0.70～0.90，P≤0.015，S≤0.005，V=0.030～0.070，Ni=0.10~0.35，Mo=0.15~0.25，Ti=0.010~0.030，Nb=0.010~0.020，Cr=0.40~0.60%，B=0.0008~0.0040，Alt=0.020~0.050，其余为Fe和不可避免的杂质；碳当量Ceq≤0.48%。
包括如下工艺步骤：
a. 转炉冶炼：出钢C≥0.06，P≤0.012；
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：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；中间包钢水过热度控制在8~18℃；采用动态轻压下技术，压下量大于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870~1000℃，终轧温度790~860℃，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900~930℃，保温时间10~30min，然后采用淬火机水淬；回火温度620~680℃，保温时间30~50min，然后空冷。
本发明CAP非能动核电厂核级机械模块用钢产品标准参考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≥35%（矩形试样）/45%（圆形试样）；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。交货态钢板的A类、B类、C类、D类非金属夹杂物皆应小于1.5级。
所述碳当量Ceq的计算公式：Ceq= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
本发明的高强度高韧性CAP核电厂核级机械模块用钢及其生产方法，通过合理的化学成分设计，使Ceq≤0.48；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6~32mm的CAP非能动核电厂核级机械模块用钢。
附图说明
图1为实施例2钢的样品的金相组织图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明。
实施例1
炼钢工艺实施过程：转炉出钢C=0.08%，P=0.011%。LF精炼白渣保持时间20min，出站S=0.0040%，VD真空度0.5tor，保真空时间13min，破空后喂入纯Ca线250米处理，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11~12℃，连铸动态轻压下压下量6.1mm。钢的熔炼化学成分如表1所示。
轧钢工艺实施过程：铸坯加热速度9.0min/cm，出钢温度1175℃，第一阶段开轧温度1070℃，最后三道次压下率分别为19%，19%，20%，终轧温度1000℃，轧制中间坯厚度70mm。第二阶段开轧温度950℃，累计压下率50%，终轧温度820℃，轧制成品厚度14mm。
热处理工艺实施过程：钢板从室温加热至温度920℃，保温20分钟，然后淬火机水淬至室温；回火温度655℃，保温35分钟，然后空冷。最后得到所述钢板，其非金属夹杂物检测结果如表2所示，其性能如表3所示，
实施例2：
炼钢工艺实施过程：转炉出钢C=0.08%，P=0.009%。LF精炼白渣保持时间16min，出站S=0.0036%，VD真空度0.5tor，保真空时间14min，破空后喂入纯Ca线250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9~12℃，连铸动态轻压下压下量6.2mm。钢的熔炼化学成分如表1所示。
轧钢工艺实施过程：铸坯加热速度9.0min/cm，出钢温度1185℃，第一阶段开轧温度1090℃，最后三道次压下率分别为20%，19%，20%，终轧温度1010℃，轧制中间坯厚度90mm。第二阶段开轧温度895℃，累计压下率47%，终轧温度815℃，轧制成品厚度25mm。
热处理工艺实施过程：钢板从室温加热至925℃，保温20分钟，然后淬火机水淬至室温；回火温度640℃，保温40分钟，然后空冷。最后得到所述钢板，其非金属夹杂物检测结果如表2所示；其性能如表3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 各实施例钢的化学成分（wt.%）
Figure 334434DEST_PATH_IMAGE001
。
表2 各实施例钢的非金属夹杂物检测结果
Figure 848592DEST_PATH_IMAGE002
。
表3 各实施例钢的性能检测结果
Figure 40539DEST_PATH_IMAGE003
。
表3中的常温拉伸及夏比V型缺口冲击试验按ASME SA370进行试验。实施例1采取矩形拉伸试样；实施例2采取圆形拉伸试样；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。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0.48%。
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，各实施例的A类、B类、C类、D类非金属夹杂物皆小于1.5级。
表3所示，各实施例常温拉伸Rp0.2≥690MPa，Rm=795~930MPa，A50≥16%；Z≥35%（矩形试样）/45%（圆形试样），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，可以应用于CAP非能动核电厂核级机械模块的制造。

Claims (1)

1.高强度高韧性CAP核电厂核级机械模块用钢的生产方法，其特征在于：钢的化学成分质量百分比为C=0.15～0.20，Si=0.15~0.35，Mn=0.70～0.90，P≤0.015，S≤0.005，V=0.030～0.070，Ni=0.10~0.35，Mo=0.15~0.25，Ti=0.010~0.030，Nb=0.010~0.020，Cr=0.40~0.60，B=0.0008~0.0040，Alt=0.020~0.050，其余为Fe和不可避免的杂质；碳当量Ceq≤0.48；
包括如下工艺步骤：
a. 转炉冶炼：出钢C≥0.06，P≤0.012；
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：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；中间包钢水过热度控制在8~18℃；采用动态轻压下技术，压下量大于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870~1000℃，终轧温度790~860℃，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900~930℃，保温时间10~30min，然后采用淬火机水淬；回火温度620~680℃，保温时间30~50min，然后空冷。
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