一種三代核電安注箱基板用鋼及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于黑色金屬材料領域，特別涉及Η代核電安注箱基板用鋼及其制造方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著世界各國經(jīng)濟的高速發(fā)展，核能作為一種清潔、安全、穩(wěn)定的能源，已越來越 受到各國的重視，安全利用核能、大力發(fā)展核電已成為一種趨勢。而經(jīng)歷日本2011年福島 核事故后，人們也越來越重視核電安全。大多數(shù)國家現(xiàn)已開始放棄二代核電，轉(zhuǎn)為更為先 進、更為安全的Η代核電。Η代核電核島設備中安注箱是相對較為關鍵的核級裝備，由于要 經(jīng)受高溫、高壓及腐蝕環(huán)境，因此一般安注箱殼體由碳鋼和不鎊鋼兩張鋼板復合而成，而基 板用材主要是由低合金鋼組成。目前安注箱基板通常選用ASME標準中的SA-533Gr.B C1. 1 鋼種，但該鋼種實際生產(chǎn)中的C及Ni、Mo等合金元素含量相對較高，調(diào)質(zhì)處理后雖然可W獲 得回火索氏體組織，但再經(jīng)長時間模擬焊后熱處理后，鋼中會析出大量合金碳化物，從而造 成強度及初性下降，難W滿足要求。通常情況下，此類鋼種只能滿足10小左右的模擬焊后 熱處理，而難W滿足實際生產(chǎn)中要求的長達24小時的模擬焊后熱處理要求。
[000引 目前國內(nèi)外對核電用鋼已公開較多專利申請，如申請?zhí)朇N201010121440. 4,"與 AP1000型壓水堆安全殼鋼板配套的核電專用焊條"，公開了一種與AP1000型壓水堆安全殼 用SA-738Grade B鋼板配套的核電專用焊條；申請?zhí)朇N201210269122. 1 "核電站安全殼用 厚鋼板及其制造方法"，公開了一種核電站安全殼用厚鋼板，其厚度為10-60mm，主要涉及的 核電站安全殼用厚鋼板具有高強度、高初性，并且在低溫情況下母材及熱影響區(qū)都具有良 好的沖擊初性，適合應用于核電站安全殼制造領域；申請?zhí)朇N201210282831. 3 "-種第Η 代核電站反應堆安全殼用鋼板及其制造方法"，主要涉及一種第Η代核電站反應堆安全殼 用鋼板及其制造方法，其抗拉強度達到600MPa W上，耐20(TC高溫性能，成本低廉，焊接性 能優(yōu)良。
[0004] 上述專利申請均涉及核反應堆安全殼的建造，并未涉及的核級設備安注箱殼體。 又如申請?zhí)?CN201210349026. 8，CN201310076884. 4XN201310083274. 7XN201320017144. 9 等，均不能用于制造安注箱殼體基板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術所存在的上述各種缺陷，提供了一 種Η代核電安注箱殼體基板用鋼板及其制造方法，通過降低鋼中氣體及非金屬夾雜水平， 細化晶粒尺寸，使鋼板在調(diào)質(zhì)處理狀態(tài)、模擬焊后熱處理狀態(tài)等的力學性能均保持較高水 平，同時做到強度及初性匹配良好、組織穩(wěn)定，完全適用于Η代核電安注箱殼體基板用鋼的 需求。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取W下技術方案：
[0007] 本發(fā)明Η代核電安注箱基板用鋼采用低C、復合添加 Μη、Ni、Mo、V等元素成分系 列，鋼昆社后經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，w確保達到預期的性能。具體技術方案如下：
[0008] 化學成分（wt)范圍為：
[0009] C ;0. 08 % ~0. 20 %、Si ;0. 15 % ~0. 40 %、Μη ;0. 90 % ~1. 60 %、Mo ;0. 30 ~ 0. 60 %、Ni ;0. 40 % ~0. 70 %、Cr ;0. 05 % ~0. 30 %、V ;0. 01 % ~0. 05 %，余量為化及 不可避免的雜質(zhì)。鋼中的雜質(zhì)元素控制；P《0.012%、S《0.005%，出]《0.0002%、 [0]《0. 003%。
[0010] 采用上述成分設計理由如下：
[0011] (l)c;鋼中C是保證鋼板強度的主要元素，C含量偏低，強度可能滿足不了要求， 尤其經(jīng)過24小時長時間模擬焊后熱處理后強度會得到一定程度的下降。但C含量較高直 接會帶來初塑性的下降。因此本發(fā)明要求鋼中C含量宜控制在中、下限，優(yōu)選控制范圍為 0. 10% -0. 16%。
[0012] (2) Si ;Si是有效的強化元素，同時也是廉價的元素，但含量較高同樣也會帶來初 塑性下降。因此從保證鋼板不同狀態(tài)強初性考慮，將Si含量控制在中限為好，因此本發(fā)明 Si含量優(yōu)選控制范圍為0. 20% -0. 35%。
[0013] (3)Mn ;鋼中Μη元素除了起強化基體作用外，還能有效地提高鋼的渾透性，同樣有 助于提高強度卻降低初塑性，因此實際生產(chǎn)鋼中Μη含量宜控制在中上限，本發(fā)明Μη含量優(yōu) 選控制范圍為1. 25% -1. 50%。
[0014] (4)Mo ;Μο的作用是提高渾透性、耐熱性，并與化、Μη共同作用減少或抑制回火脆 性。當鋼中Mo含量控制在0. 5%左右時，幾乎可W完全消除回火脆性；但當Mo含量小于 0. 20%或大于0. 80%時，則對鋼的低溫回火脆性的作用效果不大，因此優(yōu)選控制Mo含量為 0. 45-0. 55%。
[0015] 巧)Ni ;Ni能夠明顯改善鋼的低溫初性，同時提高厚截面鋼板的低溫初性，使鋼板 在具有足夠強度的同時還會具有較高的初性，滿足指標的要求?？紤]到本發(fā)明涉及的鋼種 厚度《80mm，同時通過調(diào)質(zhì)處理，可W提高初塑性，因此從控制成本的實際需要出發(fā)，本發(fā) 明Ni含量優(yōu)選控制范圍為0. 40% -0. 60%。
[0016] (6)化：化在鋼中能顯著改善鋼的抗氧化作用，增加抗腐蝕能力。同時縮小奧氏體 相區(qū)，提高鋼的渾透性能。但化還會顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，促進回火脆性。為進一 步保證鋼板不同狀態(tài)時強度的穩(wěn)定性，本發(fā)明化含量優(yōu)選控制范圍為0. 10% -0. 25%。
[0017] (7) V ;核電用鋼要求是細晶粒鋼，細晶粒鋼比粗晶粒鋼福照脆性小。鋼中加入V有 細化晶粒、提高晶粒粗化溫度作用。同時更為主要的是鋼中加 V后，析出第二相粒子VC，在 長時間模擬焊后熱處理過程中可W起到有效地晶界"釘社"作用，延緩強度的下降。因此本 發(fā)明V含量優(yōu)選控制范圍為0.03% -0.05%。
[0018] (8)P ;福照試驗表明，P對福照脆化亦非常敏感，同時P含量較高，也易于在鋼中加 劇中必偏析及中必疏松的產(chǎn)生，因此要求鋼中的P含量越低越好，本發(fā)明P含量優(yōu)選控制范 圍為《0. 010%。
[001引 巧)S ;S在鋼中易形成S化物夾雜，降低沖擊初性，影響焊接性能，同時加劇中必偏 析、疏松等缺陷的產(chǎn)生，因此本發(fā)明S含量優(yōu)選控制范圍為《0. 002%。
[0020] (10)氣體出]、[0];總體來講，它們對鋼的性能均有害，同時還會增加福照脆化 效應，因此希望把它們的含量要降低到最低水平。本發(fā)明出]、[0]含量優(yōu)選控制范圍為 出]《1. 5ppm、[0]《20ppm〇
[0021] 本發(fā)明Η代核電安注箱基板用鋼制造方法，在生產(chǎn)工藝上需采取w下技術措施：
[0022] 冶煉方面；鋼板采用轉(zhuǎn)爐、連鑄工藝進行生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中采用爐外精煉和真空脫 氣處理。
[0023] 社制方面；鋼昆加熱溫度> 1100?？傋冃瘟?gt; 70%，平均道次變形量> 10%。
[0024] 熱處理方面；鋼板社后需要進行調(diào)質(zhì)處理，使組織更加均勻、晶粒更加細小、性能 更加穩(wěn)定。調(diào)質(zhì)處理工藝為：
[00巧]渾火溫度；92(TC ±2(TC，充分保溫W保證鋼板內(nèi)外形成均勻的奧氏體組織，然后 立即進行水渾直到鋼板表面溫度降至15(TCW下?；鼗饻囟?；64(TC ±2(TC，充分保溫W保 證鋼中碳化物析出，并形成穩(wěn)定的回火索氏體組織。
[0026] 本發(fā)明提供了一種Η代核電安注箱基板用鋼板及其制造方法，生產(chǎn)鋼板厚度為 30-90mm，寬度及長度可根據(jù)實際需求進行生產(chǎn)。
[0027] 與現(xiàn)有技術相比，有益效果如下：
[002引 （1)本發(fā)明鋼板經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，不同狀態(tài)下均具有較好的強度水平；58mm板調(diào)質(zhì) 處理后屈服強度（Rel)和抗拉強度（Rm)分別為425MI^和635MPa(指標；Rel > 345MPa、 Rm:550-690MPa);經(jīng)歷24小時模擬焊后熱處理后，屈服強度（Rel)和抗拉強度（Rm)分別為 410M化和605MPa(指標；Rel > 345MPa、Rm:550-690MPa)。從兩種狀態(tài)（尤其是長時間模 擬焊后熱處理）來看，鋼板強度下降幅度均較小且可控，完全可W滿足指標要求。
[0029] (2)本發(fā)明鋼種經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，不同狀態(tài)下的or沖擊吸收能量同樣保持在較高 的水平。58mm板調(diào)質(zhì)處理及模擬焊后熱處理后的沖擊吸收能量分別為214J和196J左右， 側(cè)膨脹量分別為2. 2mm、2. 0mm，不僅滿足指標的要求，而且具有較大的余量。
【附圖說明】
[0030] 圖1是實施例4調(diào)質(zhì)態(tài)組織圖；
[0031] 圖2是實施例4調(diào)質(zhì)+模擬焊后熱處理組織圖。
【具體實施方式】
[0032] W下用實施例對本發(fā)明進行更詳細的描述，送些實施例僅僅是對本發(fā)明最佳實施 方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何的限制。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的化學成分及生產(chǎn)工藝，本發(fā)明鋼冶煉實際化學成分見表1、社制及熱 處理實際工藝見表2、實物性能檢驗結果如表3,實施例4調(diào)質(zhì)態(tài)組織圖見圖1，實施例4調(diào) 質(zhì)+模擬焊后熱處理組織圖見圖2。
[0034] 表1本發(fā)明鋼冶煉實際化學成分（wt% )
[0035]
[0040]
【主權項】
1. 一種三代核電安注箱基板用鋼，其特征在于化學成分以質(zhì)量百分比計為：c: 0· 08 % ~0· 20 %、Si :0· 15 % ~0· 40 %、Μη :0· 90 % ~1. 60 %、Mo :0· 30 ~0· 60 %、Ni : 0· 40%~0· 70%、Cr :0· 05%~0· 30%、V :0· 01%~0· 05%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)； 鋼中的雜質(zhì)元素控制：P彡〇· 〇12%、S彡0· 005%，[H]彡0· 0002%、[0]彡0· 003%。2. 根據(jù)權利要求1所述的三代核電安注箱基板用鋼，其特征在于：所述的鋼板厚度為 30-90mm〇3. -種根據(jù)權利要求1或2所述的三代核電安注箱基板用鋼制造方法，包括以下步驟： 冶煉、連鑄和軋制，其特征在于：乳制過程鋼坯加熱溫度> ll〇(TC，總變形量> 70%，平均 道次變形量> 10%;鋼板軋后需要進行調(diào)質(zhì)處理，淬火溫度為920°C ±20°C，然后立即進行 水淬直到鋼板表面溫度降至150°C以下；回火溫度為640°C ±20°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種三代核電安注箱基板用鋼，其特征在于化學成分以質(zhì)量百分比計為：C：0.08％～0.20％、Si：0.15％～0.40％、Mn：0.90％～1.60％、Mo：0.30～0.60％、Ni：0.40％～0.70％、Cr：0.05％～0.30％、V：0.01％～0.05％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；鋼中的雜質(zhì)元素控制：P≤0.012％、S≤0.005％，[H]≤2.0ppm、[O]≤30ppm。
【IPC分類】C22C33/04, C22C38/46, C22C38/58
【公開號】CN105506508
【申請?zhí)枴緾N201410504324
【發(fā)明人】王勇, 孫殿東, 王爽, 王長順, 王動, 羅志華, 王永才
【申請人】鞍鋼股份有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2014年9月26日