專利名稱：一種核電工程設備用超大厚度鋼板及生產方法
技術領域：
本發明涉及一種核電工程設備用超大厚度鋼板及生產方法，屬于煉鋼生產技術領域。
背景技術：
隨著國內核電エ業的迅猛發展，第三代壓水堆核電站中用于制造設備蒸汽發生器、穩壓器筒體及高壓封頭和安注箱等關鍵設備的鋼板的需求量劇增。但是，國內使用的鋼板幾乎都是從歐洲進ロ，價格昂貴且生產周期長；第三代壓水堆核電站的關鍵設備蒸汽發生器、穩壓器及高壓封頭和安注箱等用的鋼板采用美國ASME標準，使用的牌號是SA533GrBCL2,由于該鋼板用在核電設備高壓封頭關鍵部位，常年受核反應物質的侵蝕，由 于核反應產生各種苛刻環境，因此要求鋼板具有特殊的安全性和可靠性。對鋼板力學性能要求極為嚴格，屈服強度、抗拉強度適中，要求低溫韌性好，強韌性匹配良好，抗低溫脆化組織致密、晶粒細小、耐輻射，有良好的耐高溫氧化、良好的焊接和冷、熱加工性能；產品頭、尾橫向、縱向拉伸性能優良；無夾雜、無裂紋、具有蠕變極限與持久強度數值相近的特點。并且隨著設備的大型化，鋼板要求的厚度越來越大，隨著板厚的増加，帶來性能的惡化，強度的降低以及低溫沖擊韌性的下降。如何能夠生產出核電工程一、ニ級關鍵設備用超大厚度鋼板是本領域亟待解決的技術問題，所述的超大厚度是指鋼板的厚度為155mm。
發明內容
本發明目的是提供一種核電工程設備用超大厚度鋼板及生產方法，超大厚度，鋼板強度適中，低溫沖擊韌性和高溫拉伸性能良好，抗層狀撕裂性能、冷加工及焊接性能均良好，滿足核電關鍵設備的要求，可應用于核電站蒸發器、高壓封頭及壓カ容器等關鍵設備的制造，解決背景技術存在的上述問題。本發明技術方案是
一種核電工程設備用超大厚度鋼板，各組分重量百分含量如下C< O. 20%, Si
0.10-0. 30%, Mn :1. 15-1. 60%, P 彡 O. 012%, S 彡 O. 010%, Mo 0. 45-0. 55%, Ni 0. 50-0. 80%,Cr く O. 20%, V 彡 O. 01%, Cu く O. 18%, Nb く O. 02%, Ti く O. 03%, Al 總彡 O. 020%,Cu+6Sn ( O. 33%，殘余量為Fe和不可避免的雜質。所述P、S的重量百分含量控制范圍P く O. 008%, S彡O. 005%。本發明較佳的各組分重量百分含量如下C 0. 13-0. 20%, Si 0. 10-0. 25%，Mn
1.20-1. 55 %，P 彡 O. 008%, S 彡 O. 003%, Mo 0. 45-0. 50%, Ni 0. 50-0. 75%, Cr く O. 20%,V彡O. 01%, Cu彡O. 18%, Al總0. 020%，殘余量為Fe和不可避免的雜質。所述鋼板的厚度為155mm。一種核電工程設備用超大厚度鋼板的生產方法，包含冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻、調質エ序，所述的冶煉エ序，采用電弧爐冶煉,然后進行LF精煉爐精煉,鋼液溫度達到1512±10°C時轉入真空脫氣爐真空處理；所述的澆鑄エ序，冶煉后的鋼水在模鑄生產線上進行澆鑄，得到鋼錠；所述的加熱エ序，鋼錠在均熱爐內加熱，最高加熱溫度為1260±10°C，溫度低于1000°C時控制加熱速度彡100°C /h，保溫時間600_720min ;所述的軋制エ序，采用II型控軋エ藝，分為兩個階段進行軋制，第一階段為奧氏體再結晶階段，軋制溫度為1000-1150°C，道次壓下率彡10%，累計壓下率為35-50%，第二階段為奧氏體非再結晶階段，軋制溫度為820-910°C，累計壓下率為55-70% ;軋制后得到半成品鋼板；所述的冷卻エ序，半成品鋼板采用水冷或堆垛冷卻，水冷時的返紅溫度為650-750°C，采用堆垛冷卻時堆垛冷卻總時間為60-72小時；所述的調質エ序，采用車底式爐淬火+回火方式進行半成品鋼板調質處理，淬火溫度為860— 950°C，保溫時間2. Omin/mm，淬火后鋼板再在車底式爐進行回火，回火溫度為610— 660°C，保溫時間為2. 5-4. Omin/mm，得鋼板成品，所述鋼板成品由以下重量百分含量的組分組成=C彡O. 20%, Si :0. 10-0. 30%, Mn :1. 15 -I. 60%，P 彡 O. 012%, S 彡 O. 010%, Mo 0. 45-0. 55%, Ni 0. 50-0. 80%, Cr く O. 20%, Cu く O. 18%,V 彡 O. 01%, Cu く O. 18%, Nb く O. 02%, Ti く O. 03%, Al 總彡 O. 020%, Cu+6Sn く O. 33%,殘余量為Fe和不可避免的雜質。所述的冶煉エ序中，在真空處理前向鋼液中加入Al線和CaSi塊，CaSi塊作為造 渣材料，最后基本上都熔入渣中在澆鑄前排出，鋼中或許會有微量Ca元素殘余，但對鋼沒有影響。所述的冶煉エ序中，真空處理的真空度< 67Pa，真空保持時間15_25分鐘。本發明中各組分的作用C主要與其它金屬元素形成碳化物，起組織強化和析出強化的作用，増加鋼板強度；Si在煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑，提高鋼板的強度；Mn主要起固溶強化和降低相變溫度，提高鋼板強度的作用；A1在煉鋼過程中作為脫氧劑，同時可以細化晶粒、提高鋼板的強度和硬度；Ni提高鋼板的低溫沖擊韌性和降低韌脆轉變溫度；Mo細化晶粒，提高鋼板的淬透性；雜質元素P、S等的含量盡可能低，以達到鋼質純凈、力學性能均勻的目的。本發明的化學成分設計采用貝氏體鋼，通過合適的成分設計及控軋控冷技木+淬火、回火的生產エ藝，生產得到厚度155mm的鋼板。本發明的交貨狀態為淬火加回火，采用車底式爐進行淬火加回火エ藝生產的155mm厚的鋼板，打破了設備局限，エ藝獨特，具有良好的強韌性匹配，鋼板強韌性明顯提高；由于采用II型控軋エ藝，分為兩個階段分別進行軋制，解決了軋機軋制壓力不足而造成的晶粒粗大不均、沖擊韌性減低現象。本發明具有以下優點(I)強韌性匹配良好，屈服強度Re彡485Mpa，抗拉強度Rm為620-795Mpa，A彡20%，(TC橫向沖擊功彡56J，縱向沖擊功彡80J, _20°C橫向沖擊功彡40J，縱向沖擊功彡56J ;(2)抗層狀撕裂性能好，Z彡35% ;(3)336°C高溫拉伸性能良好，屈服強度RpO. 2彡402Mpa ； (4)鋼質純凈，P彡O. 012%，S彡O. 010% ；(5)鋼板內部致密，可以采用ASTM 578/A578M標準進行超聲波探傷，滿足C級+S8探傷標準的要求；(6)鋼板厚度超大，厚度達到155mm。本發明的致密性高，強度高，低溫沖擊韌性和高溫拉伸性能良好，抗層狀撕裂性能、冷加工及焊接性能好，滿足核電關鍵設備的要求，可應用于核電站蒸發器、穩壓器筒體、高壓封頭及壓カ容器等關鍵設備的制造。
具體實施方式
以下通過實施例對本發明作進ー步說明。實施例I
本實施例超大厚度鋼板由以下重量百分含量的組分組成C O. 18%、Si O. 20%, MnI. 40%、P O. 006%、S O. 002 %、Mo O. 50%、Ni O. 66%、Cr O. 09%、Al 總 O. 032%，殘余量為 Fe 及不可避免的夾雜。本實施例超大厚度鋼板的Ceq為O. 58%，鋼板的厚度為155mm。本實施例的超大厚度鋼板的生產方法，具體步驟為
(1)冶煉采用電弧爐冶煉，之后送入LF精煉爐精煉并調整成分至要求范圍，鋼液溫度達到1500°C時向鋼液中加入Al線和CaSi塊，之后轉入真空脫氣爐真空處理，真空處理的真空度為67Pa，真空保持時間20分鐘；
(2)澆鑄冶煉后的鋼水進行澆鑄，采用模鑄エ藝，得到鋼錠；
(3)加熱鋼錠放入均熱爐內加熱，最高加熱溫度為1250°C，溫度低于1000°C時加熱速度800C /h，保溫時間700min ；
(4)軋制采用II型控軋エ藝，分為兩個階段進行軋制，第一階段為奧氏體再結晶階段，軋制溫度為1000°C，道次壓下率10%，累計壓下率為35%;第二階段為奧氏體非再結晶階段，軋制溫度為900°C，累計壓下率為55% ;軋制后得到半成品鋼板；
(5)冷卻半成品鋼板采用水冷,返紅溫度為660°C；
(6)調質采用淬火+回火方式在車底爐進行調質，淬火的冷卻介質為水，淬火溫度為950°C，保溫時間2. 2min/mm，淬火后再經過回火，回火溫度為660°C，保溫時間為3. Omin/mm，之后，得鋼板155mm厚成品鋼板，所述鋼板成品由以下重量百分含量的組分組成CO. 18%、Si O. 20%、Mn I. 40%、P O. 006%、S O. 002 %、Mo O. 50%、Ni O. 66%、CrO. 15%、Al 總
0.032%，殘余量為Fe及不可避免的夾雜。本實施例鋼板的力學性能屈服強度525MPa，抗拉強度640MPa，A為27% ;_20°C沖擊功AKV (橫向)181ム1981、1651-20で沖擊功八1^ (縱向)188J、164J、182J ;冷彎試驗(D=3 . Oa, 180° )結果完好；336°C高溫拉伸時屈服強度438MPa，抗拉強度600MPa ；Z :65%、62%、59%。實施例2
本實施例的超大厚度鋼板由以下重量百分含量的組分組成C O. 17%、Si O. 29%、Mn
1.52%、P O. 008%、S O. 001 %、Mo O. 49%、Ni O. 62%、Cr O. 08%、Al 總 O. 036%，殘余量為 Fe 及不可避免的夾雜。本實施例鋼板的Ceq為O. 56%，鋼板的厚度為155mm。本實施例超大厚度鋼板的生產方法，具體步驟為
(1)冶煉采用電弧爐冶煉，之后送入LF精煉爐精煉并調整成分，鋼液溫度達到1510°C時向鋼液中加入Al線和CaSi塊，之后轉入真空脫氣爐真空處理，真空處理的真空度為66Pa，真空保持時間20分鐘；
(2)澆鑄冶煉后的鋼水進行澆鑄，得到鋼錠；
(3)加熱所述鋼錠放入均熱爐內加熱，最高加熱溫度為1230°C，溫度低于1000°C時控制加熱速度100°C /h，保溫時間650min ；
(4)軋制采用II型控軋エ藝，分為兩個階段進行軋制，第一階段為奧氏體再結晶階段，軋制溫度為1150°C，道次壓下率15%，累計壓下率為40%;第二階段為奧氏體非再結晶階段，軋制溫度為850°C，累計壓下率為60% ;軋制后得到半成品鋼板；(5)冷卻半成品鋼板采用堆垛冷卻，堆垛冷卻總時間為48小時；
(6)調質采用淬火+回火方式在車底式爐進行調質,淬火的冷卻介質為水,淬火溫度為870°C，保溫時間2. 5min/mm，淬火后再經過回火，回火溫度為610°C，保溫時間為3. 5min/mm，之后得到成155mm厚的成品鋼板，所述鋼板成品由以下重量百分含量的組分組成CO. 17%、Si O. 29%、Mn I. 52%、P O. 008%、S O. 001 %、Mo O. 49%、Ni O. 62%、Cr O. 08%、Al 總
O.036%，殘余量為Fe及不可避免的夾雜。本實施例鋼板的力學性能屈服強度520MPa，抗拉強度645MPa，A為25% ;_20°C沖擊功AKV (橫向)198ム1851、1681-20で沖擊功八1^ (縱向)182J、178J、192J ;冷彎試驗(D=3 . Oa, 180° )結果完好；336°C高溫拉伸時屈服強度448MPa，抗拉強度578MPa ；Z :56%、65%、71%。以上兩個實施例的核電工程用核一、ニ級關鍵設備超大厚度鋼板的碳當量計算公 式Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
權利要求
1.一種核電工程設備用超大厚度鋼板，其特征是各組分重量百分含量如下C ≤ O. 20%, Si 0. 10-0. 30%, Mn 1. 15-1. 60%，P ≤ O. 012%，S ≤ O. 010%, Mo 0. 45-0. 55%, Ni O.50-0. 80%, Cr ≤ O. 20%, V ≤ O. 01%, Cu ≤ O. 18%, Nb≤O. 02%, Ti ≤ O. 03%, Al 總≥ O. 020%,Cu+6Sn ≤ O. 33%，殘余量為Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求I所述一種核電工程設備用超大厚度鋼板，其特征在于所述P、S的重量百分含量控制范圍=P ≤O. 008%, S≤O. 005% ;所述鋼板的厚度為155_。
3.根據權利要求2所述一種核電工程設備用超大厚度鋼板及生產方法，其特征在于C:O.13-0. 20%, Si 0. 10-0. 25%, Mn 1. 20-1. 55 %，P ≤ O. 008%, S ≤ O. 003%, Mo 0. 45-0. 50%,Ni 0. 50-0. 75%, Cr ≤O. 20%, V ≤ O. 01%, Cu ≤ O. 18%, Al 總0. 020%,殘余量為 Fe 和不可避免的雜質。
4.一種核電工程設備用超大厚度鋼板及生產方法，其特征在于包含冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻、調質工序，所述的冶煉工序，采用電弧爐冶煉，然后進行LF精煉爐精煉,鋼液溫度達到1512±10°C時轉入真空脫氣爐真空處理；所述的澆鑄工序，冶煉后的鋼水在模鑄生產線上進行澆鑄，得到鋼錠；所述的加熱工序，鋼錠在均熱爐內加熱，最高加熱溫度為1260±10°C，溫度低于1000°C時控制加熱速度彡100°C /h，保溫時間600_720min ;所述的軋制工序，采用II型控軋工藝，分為兩個階段進行軋制，第一階段為奧氏體再結晶階段，軋制溫度為1000-1150°C，道次壓下率彡10%，累計壓下率為35-50%，第二階段為奧氏體非再結晶階段，軋制溫度為820-910°C，累計壓下率為55-70% ;軋制后得到半成品鋼板；所述的冷卻工序，半成品鋼板采用水冷或堆垛冷卻，水冷時的返紅溫度為650-750°C，采用堆垛冷卻時堆垛冷卻總時間為60-72小時；所述的調質工序，采用車底式爐淬火+回火方式進行半成品鋼板調質處理，淬火溫度為860— 950°C，保溫時間2. Omin/mm，淬火后鋼板再在車底式爐進行回火，回火溫度為610— 660°C，保溫時間為2. 5-4. Omin/mm，得鋼板成品，所述鋼板成品由以下重量百分含量的組分組成=C ≤ O. 20%, Si :0. 10-0. 30%, Mn :1. 15 -I. 60%，P ≤ O. 012%, S ≤ O. 010%, Mo 0. 45-0. 55%, Ni 0. 50-0. 80%, Cr ≤ O. 20%, Cu ≤O. 18%,V ≤ O. 01%, Cu ≤ O. 18%, Nb ≤ O. 02%, Ti ( O. 03%, Al 總≥ O. 020%, Cu+6Sn ≤ O. 33%,殘余量為Fe和不可避免的雜質。
5.根據權利要求4所述一種核電工程設備用超大厚度鋼板及生產方法，其特征在于所述的冶煉工序中，在真空處理前向鋼液中加入Al線和CaSi塊，真空處理的真空度彡67Pa，真空保持時間15-25分鐘。
全文摘要
本發明涉及一種核電工程設備用超大厚度鋼板及生產方法，屬于煉鋼生產技術領域。技術方案是該鋼板由以下重量百分含量的組分組成C≤0.20%，Si0.10-0.30%，Mn1.15-1.60%，P≤0.012%，S≤0.010，Mo0.45-0.55%，Ni0.50-0.80%，Cr≤0.20%，V≤0.01%，Cu≤0.18%，Nb≤0.02%，Ti≤0.03%，Al總≥0.020%，Cu+6Sn≤0.33%。殘余量為Fe和不可避免的雜質，包含冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻、調質工序。本發明的超大厚度鋼板及生產方法，鋼板的厚度為155mm，生產方法新穎獨特，鋼板強度適中，低溫沖擊韌性和高溫拉伸性能良好，抗層狀撕裂性能、冷加工及焊接性能均良好，滿足核電關鍵設備的要求，可應用于核電站蒸發器、高壓封頭及壓力容器等關鍵設備的制造。
文檔編號C21D8/02GK102851578SQ20121030962
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者于生, 趙文忠, 劉生, 田苗, 林明新, 羅應明 申請人:舞陽鋼鐵有限責任公司, 河北鋼鐵集團有限公司