专利名称：一种核电工程用复合钢板及其制备方法
技术领域：
本发明为一种核电工程用复合钢板及其制造方法，特别是涉及ー种核电工程用高耐点蚀、高耐缝隙腐蚀的金属复合钢板及其制造方法。
背景技术：
近年来，不锈钢产业发展迅速，特别是机械性能较好的钢板不断出现，随着核电エ业的发展，对于不锈钢钢板的要求逐渐提高，市场上现有的不锈钢板已经不能满足核电エ程对不锈钢板的需求。目前，核电工程采用不锈钢板，对不锈钢的机械性能參数要求较高，能够生产核电用不锈钢厂家较少、产量低，不能满足国内核电工程使用，所以，核电不锈钢90%以上依靠进ロ。因此，开发了ー种新型的核电用奥氏体不锈钢复合钢板势在必行
发明内容
本发明解决的技术问题是获得ー种满足核电工程用的不锈钢板复合钢板。具体来说，本发明提供ー种不锈钢复合钢板，还提供一种通过原子结合的不锈钢复合钢板制造方法。本发明是通过如下技术方案实现的一种核电工程用复合钢板，包含基板和复板，其特征在于，基板为镇静钢钢板，复板为铬镍奥氏体不锈钢钢板，两者通过原子结合形成复合钢板。其中所述的基板，以质量百分比计，含有下述成分为C :彡 O. 25% ;优选彡 O. 18%Mn : I. 00-1. 80% ;优选 I. 07-1. 62%P :彡 O. 015% ;优选彡 O. 010%S .く O. 015% ;优选彡 O. 010%Si 0. 10-0. 50% ;优选 O. 13-0. 45%Mo 0. 35-0. 70% ;优选 O. 41-0. 64%Ni 0. 30-0. 80% ;优选 O. 37-0. 73%Cu :彡 O. 12% ;优选彡 O. 10%Cr O. 25% ;优选彡 O. 20%V :彡 O. 06% ;优选彡 O. 05%Nb O. 02% ;优选彡 O. 01%Ti :彡 O. 03% ;优选彡 O. 01%Co :彡 O. 25% ;优选彡 O. 20%Al :彡O. 02% ;优选彡O. 03%，余量为铁和不可避免的杂质。其中所述的复板，以质量百分比计，含有下述成分为C :彡 O. 035% ;优选彡 O. 030%Mn :彡 2. 00% ;优选彡 I. 50%
P O. 015% ;优选彡 O. 045%S O. 015%,优选彡 O. 030%Si O. 80% ;优选彡 O. 75%Ni 7. 00-12. 50% ;优选 7. 90-12. 15%Cu :彡 O. 12% ;优选彡 O. 10%Cr 17. 50-20. 50% ;优选 18. 00-20. 00%V :彡 O. 06% ;优选彡 O. 05% Co :彡 O. 05% ;优选彡 O. 04%
N :彡O. 11% ;优选彡O. 10%，余量为铁和不可避免的杂质。一种所述复合钢板的制备方法，包括如下步骤( I)表面处理将基板和复板的表面进行处理；(2)爆炸焊接对步骤(I)处理后的基板和复板进行爆炸焊接；以及(3)热处理将步骤(2)爆炸焊接后的复合钢板在920_940°C保温，后温度为750-770 V时通入氮气，出炉冷却后进行高温回火。其中，步骤(I)所述的处理是打磨，优选打磨后的基板和复板表面粗糙度值Ra不大于7. O μ m,优选不大于6. 3 μ m。其中，步骤(3)中热处理步骤中在920-940°C保温15_20min，温度达到760°C时通入的氮气，其中该氮气中含氮气量大于99. 9%。其中，步骤(3)中热处理步骤中的氮气流量为I. 5_2L/min。其中，步骤(3)中热处理步骤中的处理冷却是先进行雾冷4_6min，再进行风冷至冷却到室温。其中，步骤(3)中热处理步骤中的高温退火的温度为600_620°C。其中，步骤(2)所述爆炸焊接所用炸药的爆速为1800m/s-2000m/s，优选为1850_1950m/s,炸药的密度为 O. 50g/cm3-0. 60g/cm3,优选密度为 O. 55-0. 60g/cm3。其中，在步骤(3)后还含有步骤(4)检测步骤，所述的检测步骤包括对制备的复合钢板的检测和对复合钢板经过模拟焊后热处理后的复合钢板的检测，优选所述检测包括力学性能检测、无损检测和/或晶间腐蚀检測。一种通过上述制备方法制备得到复合钢板。所述复合钢板的剪切強度大于310MPa，断后伸长率大于18%。爆炸复合钢板的模拟焊后热处理步骤如下将取得的试样进炉，进炉时炉温不超过425°C，且以50-55°C /h的加热速率加热至595 620°C范围内某ー适宜温度(实施例I的温度为595°C，实施例2的温度为620°C，实施例3的温度为605°C，实施例4的温度为615°C)，最短保温时间为24小时。然后以50-55°C /h的冷却速率在炉中冷却，425°C以下，可以快速冷却至室温。所有热处理保温期间的温度偏差不应超过±10°C。本发明开发了ー种新型的不锈钢复合钢板，通过将镇静钢钢板作为基板与铬镍奥氏体复板爆炸复合后，经过稳定化热处理，出炉后冷却，后高温回火，就可以得到表面耐腐蚀性均匀、力学性能高的奥氏体不锈钢复合钢板。本发明通过复合板的使用，在满足核电设备使用寿命和综合力学性能的条件下，降低核电设备的生产、制造成本，节约贵重金属使用，减少进ロ。
本发明所述的复合钢板不仅可以应用于核电设施，还可以应用于石油化工、电厂的过热器、再热器及海水淡化装置。
图I爆炸焊接示意图；其中1、爆床；2、基板；3、支点；4、复板；5、保护膜；6、低爆速炸药；7、高爆速炸药；8、电雷管；9、纸制药框；10、引板。
具体实施例方式本发明的核电工程用复合钢板包含基板和复板，其中基板为镇静钢钢板，复板为铬镍奥氏体不锈钢钢板，两者通过原子结合形成复合钢板。其中所述的基板除了满足权利要求所述的元素含量范围的钢板，优选为细奥氏体晶粒度不锈钢钢板，所述的基板还可以是ASTM SA533中规定的A-D型钢中镇静钢钢板，优选钢板为B型。其中所述的复板为铬镍奥 氏体不锈钢钢板，可以是与符合国家标准ASTM A240中的SA240 304或SA240 304L钢板组成接近的铬镍奥氏体不锈钢板。本发明优选使用SA533 B CL. I与SA240 304LCZ2CN18-10)爆炸复合后，在920-940°C范围内进行短时间稳定化热处理，出炉后风冷，就可以得到表面耐腐蚀性均匀的奥氏体不锈钢复合钢板。本发明通过爆炸的方法，将SA240 304L (Z2CN18-10)和SA533 B CL. I复合到一起，得到SA533 B CL. 1+SA240 304L (Z2CN18-10)不锈钢复合钢板代替SA240 304L用于核电工程用钢上，SA240 304L (Z2CN18-10)与SA533 B CL. I之间形成原子结合的细波纹，剪切強度在320-360MPa，通过热处理表面得到均匀的耐腐蚀性，有效的提高复合钢板的使用寿命。本发明还提供了ー种复合钢板的制备方法，包括如下步骤(I)表面处理将基板和复板的表面进行处理；其中步骤(I)所述的处理是打磨，优选打磨后的基板和复板表面粗糙度值Ra不大于7. O μ m，优选不大于6. 3 μ m。(2)爆炸焊接对步骤(I)处理后的基板和复板进行爆炸焊接；所述爆炸焊接所用炸药的爆速为1800m/s-2000m/s，优选为1850_1950m/s，炸药的密度为O. 50g/cm3-0. 60g/cm3,优选密度为 O. 55-0. 60g/cm3。(3)热处理将步骤(2)爆炸焊接后的复合钢板在920_940°C保温，后温度为760°C时通入氮气，出炉冷却，冷却后进行高温回火；优选在920-940°C保温15_20min，温度达到760°C时通入的氮气，其中该氮气中含氮气量大于99. 9% ;优选氮气流量为I. 5-2L/min ;优选冷却是先进行雾冷4-6min，再进行风冷至冷却到室温；优选高温退火的温度为600-620 °C。(4)检测。优选步骤(4)所述的检测包括对制备的复合钢板的检测和对复合钢板经过模拟焊后热处理后的复合钢板的检测，优选所述检测包括力学性能检测、无损检测和晶间腐蚀检測。上述所有检测均达到所述的要求标准即核电工程用钢板要求的为合格产品标准后进行表面抛光，这说明本发明的爆炸复合エ艺适合用于制备核电用爆炸复合钢板。本发明在步骤(3)的热处理工艺中通入氮气，以防止爆炸复合钢板基板被氧化，使最终得到的爆炸复合钢板基板的表面没有氧化皮，使之符合核电工程用复合钢板的要求。本发明中爆炸复合钢板对于基板和复板的要求优选如下优选复合钢板的基板的材料牌号为SA533 B CL. 1，复板材料牌号为SA240 304L。复合钢板的一般要求符合ASME SA-264的规定。复合钢板基板优选符合核电用SA533 B CL. I板材技术条件。基板钢的冶炼标准优选符合ASME SA-20第5. I节的要求，但无论采用何种冶炼工艺，都应符合SI真空处理的要求。基板钢为具有细奥氏体晶粒度的镇静钢。在钢水的冶炼过程中，应采用Al作为细化奥氏体晶粒的元素。复板优选以电弧炉、感应电炉进行冶炼，也可采用生产厂认为能保证质量的其他或更好的工艺冶炼，只要成分达到本发明的要求即可。 复合钢板经过调质(淬火+回火)热处理后的最终产品，使之具有了核电工程要求的性能。对热处理而产生的氧化皮，采用抛丸的方法除掉。如果复合钢板表面缺陷，可以用磨削或者机加工的方法清除。复板用的磨具为含碳化硅，氧化硅或金刚石磨料的磨具，且磨具未使用过或者仅在300系列不锈钢材料上使用过。缺陷清除后，凹痕和周围表面通过平滑过渡，且尺寸符合本发明中基板和复板之间的尺寸规定。磨削后的区域基板表面进行磁粉检测，复板表面进行渗透检测，检测方法和验收标准按照ASME第V卷无损检测，但复合钢板内在缺陷(分层、裂纹)不得进行任何形式的补焊。关于制备得到的复合钢板的表面质量及尺寸、重量检验，本发明制备复合钢板的表面不允许有氧化皮、裂纹、气孔、夹杂、结疤等对使用有害的缺陷。本发明制备的复合钢板的尺寸、规格和数量符合SA-20规定，对复合钢板进行表面质量及尺寸允许偏差进行检验。本发明复合钢板经过超声测厚检测，复合钢板厚度的允许偏差为,基板允
许下偏差为Omm,复板的允许下偏差为Omm,复合钢板长度和宽度的允许下偏差为0mm。复合钢板复板的表面粗糙度Ra不大于2 u m。复合钢板平直度符合SA-20表A2. 9的规定，复合钢板应避免出现平面突变的现象。复合钢板的超重偏差符合SA-264表5的规定。为了证明本发明制备的爆炸复合钢板符合核电工程用复合钢板，本发明的检测参数中包括对制备得到复合钢板进行模拟焊后热处理的钢板进行性能参数的测定，即将复合钢板焊接后测定焊接后的钢板的性能，具体来说，该模拟焊后热处理的步骤包括先切取试料后进行模拟焊接后的热处理工序进行处理。在一种优选实施方式中，核电工程用复合钢板的加工包括下述主要的步骤基板和复板的选择基板为SA-533/SA-533M 中的 SA533 B CL. I 长 10050mm,宽 1500mm，厚 20mm ；复板为ASTM SA240 中的 SA240 304L (Z2CN18-10)不锈钢。长 10150mm ;宽1580mm ;厚 3mm—种不锈钢复合钢板的制造方法，它对复板与基板的要求是基板为SA-533/SA-533M 中的 SA533 B CL. I，复板是 ASEM SA240 中 SA240 304L (Z2CN18-10)不锈钢；
不锈钢复合钢板的加工包括下述主要的步骤I、匹配将检验符合相应标准及使用技术要求的SA240 304L (Z2CN18-10)复板和基板SA533 B CL. 1，使选择的SA240 304L (Z2CN18-10)不锈钢复板的长与宽比基板的长与宽大90mm+1Omm ；2、打磨表面清除基板与复板爆炸结合面上的氧化物及杂物，打磨后，基板的结合面表面粗糙度值不大于Ra 6. 3um ；3、爆炸焊接
爆炸焊接时复板和基板通过圆柱形铝质支点支撑，在复板的周围安置纸制药框，炸药铺放在复板上，炸药爆速控制在1800m/s 2000m/s之间，密度为0. 55g/cm3 0. 6g/cm3的低爆速铵油炸药，电雷管引爆(见说明书附图)。4、热处理采用高温对复板金属进行稳定化热处理，在930±10°C保温15_20min，温度达到760时，向炉内通入氮气(99. 9%)，流量控制在I. 5-2L/min，注入时间50_60min，出炉后雾冷4-6min,再进行风冷，恢复原始基板细晶组织，冷却到室温后，进行高温回火，在610± 10°C保温55-60min，恢复原始基板调质组织；5、性能检测按照ASTM A370的要求对复合钢板进行力学性能检验。6、无损检测按照ASME第V卷无损检测的要求对复合钢板进行100%探伤检验。7、复合钢板表面抛光抛光采用120目锆刚玉砂纸，表面光洁度不大于Ra 2 U m0实施例本发明下述实施例中使用的各种原料的具体组成和含量如下表面粗糙度的测定采用TR210手持式粗糙度仪，北京时代之峰科技有限公司制。实施例中参数测定的取样方法I.试样的截取在待测的复合钢板两端底角处(除结合强度试验取样)分别截取试料，两块试料分别位于钢板轴线的两侧。结合强度试料取自轧后钢板头部的中间部位。试料离开复合钢板任何热处理边缘的距离不得小于复合钢板的厚度，且截取的试料应作适当标记和最终轧制方向标志。每个取样部位试料应包含所有试验及可能复试所需的试样，然后进行模拟焊后热处理。试样采用机加工方法切取，避免形成因热切割而导致的热影响区。2.试样的项目及数量每个取样部位(除结合强度试验取样)截取一套力学性能试样,一套试样包括I个室温拉伸试样、I个高温拉伸试样、一组2个落锤试样、I组(3个)冲击试样、I个剪切试样及I个硬度试样，其中一端的一套还包括2个附加室温拉伸试样。结合强度取样部位包括3个试样。复合钢板试验项目及取样数量如下表I所示
表I复合钢板试样项目及取样数量
权利要求
1.一种核电工程用复合钢板，包含基板和复板，其特征在于，基板为镇静钢钢板，复板为铬镍奥氏体不锈钢钢板，两者通过原子结合形成复合钢板。
2.如权利要求I所述的复合钢板，其中所述的基板，以质量百分比计，含有下述成分为C :彡 O. 25% ;优选彡 O. 18%Mn 1. 00-1. 80% ;优选 I. 07-1. 62%P :彡 O. 015% ;优选彡 O. 010%S :彡 O. 015% ;优选彡 O. 010%Si 0. 10-0. 50% ;优选 O. 13-0. 45%Mo 0. 35-0. 70% ;优选 O. 41-0. 64%Ni 0. 30-0. 80% ;优选 O. 37-0. 73%Cu :彡 O. 12% ;优选彡 O. 10% Cr O. 25% ;优选彡 O. 20%V:彡 O. 06% ;优选彡 O. 05%Nb :彡 O. 02% ;优选彡 O. 01% Ti O. 03% ;优选彡 O. 01%Co :彡 O. 25% ;优选彡 O. 20% Al :彡O. 02% ;优选彡O. 03%，余量为铁和不可避免的杂质。
3.如权利要求I或2所述的复合钢板，其中所述的复板，以质量百分比计，含有下述成分为C :彡 O. 035% ;优选彡 O. 030%Mn :彡 2. 00% ;优选彡 I. 50%P :彡 O. 015% ;优选彡 O. 045%S :彡 O. 015%，优选彡 O. 030%Si :彡 O. 80% ;优选彡 O. 75%Ni 7. 00-12. 50% ;优选 7. 90-12. 15%Cu :彡 O. 12% ;优选彡 O. 10%Cr 17. 50-20. 50% ;优选 18. 00-20. 00%V:彡 O. 06% ;优选彡 O. 05%Co :彡 O. 05% ;优选彡 O. 04% N O. 11% ;优选彡O. 10%，余量为铁和不可避免的杂质。
4.一种权利要求1-3任一项所述复合钢板的制备方法，包括如下步骤 (1)表面处理将基板和复板的表面进行处理； (2)爆炸焊接对步骤(I)处理后的基板和复板进行爆炸焊接；以及 (3)热处理将步骤(2)爆炸焊接后的复合钢板在920-940°C保温，后温度为750_770°C时通入氮气，出炉冷却后进行高温回火。
5.如权利要求4所述的制备方法，其中步骤(I)所述的处理是打磨，优选打磨后的基板和复板表面粗糙度值Ra不大于7. O μ m,优选不大于6. 3 μ m。
6.如权利要求4或5所述的制备方法，其中步骤(3)中热处理步骤中在920-940°C保温15-20min，温度达到760°C时通入的氮气，其中该氮气的含氮气量大于99. 9%。
7.如权利要求4-6任一项所述的制备方法，其中步骤(3)中热处理步骤中的氮气流量为 I.5-2L/min。
8.如权利要求4-7任一项所述的制备方法，其中步骤(3)中热处理步骤中的处理冷却是先进行雾冷4-6min，再进行风冷至冷却到室温。
9.如权利要求4-8任一项所述的制备方法，其中步骤(3)中热处理步骤中的高温退火的温度为600-620°C。
10.如权利要求4-9任一项所述的制备方法，其中步骤(2)所述爆炸焊接所用炸药的爆速为 1800m/s-2000m/s,优选为 1850_1950m/s,炸药的密度为 O. 50g/cm3-0. 60g/cm3,优选密度为 O. 55-0. 60g/cm3。
11.如权利要求4-10任一项所述的制备方法，其中在步骤(3)后还含有步骤(4)检测步骤，优选检测步骤包括对制备的复合钢板的检测和对复合钢板经过模拟焊后热处理后的复合钢板的检测，更优选所述检测包括力学性能检测、无损检测和/或晶间腐蚀检測。
12.ー种通过权利要求4-11任ー项所述制备方法制备得到复合钢板。
13.如权利要求f3，12任一项所述复合钢板，剪切強度大于310MPa，断后伸长率大于18%。
全文摘要
一种核电工程用复合钢板，包含基板和复板，基板为镇静钢钢板，复板为铬镍奥氏体不锈钢钢板，两者通过原子结合形成复合钢板。基板成分为C≤0.25%；Mn1.00-1.80%；P≤0.015%；S≤0.015%；Si0.10-0.50%；Mo0.35-0.70%；Ni0.30-0.80%；Cu≤0.12%；Cr≤0.25%；V≤0.06%；Nb≤0.02%；Ti≤0.03%；Co≤0.25%；Al≥0.02%；余量为铁和不可避免的杂质。复板成分为C≤0.035%；Mn≤2.00%；P≤0.015%；S≤0.015%，Si≤0.80%；Ni7.00-12.50%；Cu≤0.12%；Cr17.50-20.50%；V≤0.06%；Co≤0.05%；N≤0.11%；余量为铁和不可避免的杂质。本发明还公开复合钢板的制备方法，包括如下步骤(1)表面处理；(2)爆炸焊接；以及(3)热处理将步骤(2)爆炸焊接后的复合钢板在920-940℃保温，后温度为750-770℃时通入氮气，冷却，冷却后进行高温回火。
文档编号B23K20/08GK102825858SQ20121034902
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者卫世杰, 杨成义, 王虎成, 郭励武, 白志伟, 杨国俊, 王海峰, 王强达 申请人:太原钢铁(集团)有限公司