专利名称：核岛无缝钢管用钢及其生产方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域，特别涉及核岛无缝钢管用钢及其生产方法。
背景技术：
随着我国核电工业的发展，核电站建设呈增长趋势，而我国核电站用的核电钢 铁材料基本依靠进口，尽快开发出适合核电站建设要求的国产钢材，已成为我国核电工 业发展的重要战略步骤。由于核电站核岛无缝钢管使用环境恶劣，要求管材力学性能除 满足常温性能检验外、还规定高温性能、(0°c、-20°c )低温冲击性能，试样模拟热处理 后的性能和管体性能必须同时满足性能指标要求，严格按RCC-M规范进行分层缺陷探 伤，因此核电站核岛用无缝钢管对产品质量要求很高。核岛用无缝钢管属于核级管，材 质为P280GH，国内具备核岛蒸汽系统和核辅助系统用核2、3级无缝钢管生产能力的企 业寥寥无几。国内武汉重工铸锻有限责任公司生产核岛用P280GH钢的生产工艺为电炉一LF 精炼一VD真空一模铸钢锭工艺生产。选用的原材料为优质废钢、锻件料头、生铁，其比 例5: 3 2，但是原材料废钢中的有害元素如As、Sn、Pb、Sb含量较高，在冶炼过程 中难于去除。浇模铸钢锭钢水容易被中柱管和汤道砖的耐火材料污染，形成大型非金属 夹杂，而且钢锭的冷却是靠空气自然冷却，钢液的凝固是从钢锭外部向内部逐渐进行， 根据钢液选分结晶原理，低熔点的夹杂物最后凝固，从而使钢中的非金属夹杂物大量聚 集在钢锭的中上部，大大降低了钢质的纯净度。综上所述，核岛主蒸汽管道材料对钢质纯净度和性能稳定性要求很高，目前国 内材料达不到这样的标准，因此不能广泛应用于核电站核岛领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种核岛无缝钢管用钢，其化学成分按重量 百分比计为0<C<0.20%, 0.10%<Si<0.35%, 0.80%<Mn< 1.60%, 0<Ρ<0.020%,
0 < S<0.015%, 0 < Cr<0.25%, 0 < Ni <0.50%, 0 < Cu<0.18%, 0 <Mo<0.10%, 0 < V<0.06%, 0.020%< Al <0.050%, 0 < Sn<0.030%, Fe 为余量。优选的，核岛无缝钢管用钢化学成分按重量百分比计为0.13%SCS0.18%， 0.15%< Si <0.30%, 1.10%<Mn< 1.30%, 0 < P<0.010%, 0 < S <0.008 %, 0.16 % <Cr<0.24%, 0.12%<Ni<0.25%, 0 < Cu<0.10%, 0 <Mo<0.05%, 0 < V<0.04%, 0.025%< Al<0.045%, 0 < Sn<0.010%, Fe 为余量。本发明的核岛无缝钢管用钢在设计化学成分时，满足碳当量(Ceq = C+Mn/6+( Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15) <0.48的条件下，控制钢的主要元素碳(C)、锰(Mn)含量， 稳定钢管模拟消除应力热处理后的拉伸性能，确保管体和模拟消除应力热处理试样拉伸 性能同时满足技术标准要求。将残余元素镍(Ni)作为合金元素加入，提高了核岛无缝钢 管用钢低温冲击韧性，满足其0°C、-20°C冲击韧性要求。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述核岛无缝钢管用钢的生产方法， 包括以下步骤a、电弧炉冶炼生产初炼钢水电炉入炉原料为废钢和铁水，铁水用量为废钢重量的25 35%，氧枪供氧流量 为1500 2100Nm7h，氧气压力为1.2 1.8MPa ；出钢过程加入铁合金锰铁10 13Kg/ t钢，脱氧剂铝球2.5 3.5Kg/t钢；出钢温度1630 16600C0b、LF精炼炉精炼初炼钢水到精炼炉后，钢包底吹氩气，用专用精炼渣造发泡白渣，专用精炼渣 成分 CaO: 72 78%，Al2O3 15 20%，CaF2 7 10%，S 0 ~ 0.05%,出钢温 度1590 1610°C，出钢时酸溶铝为0.055 0.075%。C、弧形圆坯连铸精炼的钢水送到圆坯连铸机浇铸，连铸钢包、中间包和结晶器全程加保护套 管，钢包与保护套管连接处采用氩气加密封垫保护；使用Mg质中间包涂料。d、连铸坯表面喷砂铸坯表面喷砂去除其表面的氧化铁。e、电渣重熔钢锭喷过砂的连铸坯作自耗电极坯料进行电渣重熔，使用的二元渣Al20330 40%、 CaF260 70% ；重熔电流 11200 15500A、电压 75 84V。f、重熔钢锭缓冷电渣重熔钢锭带模冷却40 90min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却50 90小 时。进一步的，步骤a电炉入炉原料中废钢化学成分C 0.08 0.50%、Si: 0.10 0.50%, Mn 0.35 0.70%、P 0.004 0.025%、S 0.003 0.025%，Fe 为余量； 铁水化学成分 C: 4.0 4.5%、Si: 0 0.35%、P 0 0.09%、S 0.010 0.040%、 Fe为余量。电炉初炼得到的钢水成分C: 0.05 0.08%、P 0.0010 0.0040%、S 0.010 0.040%、Fe 为余量。步骤a利用电能熔化废钢，石灰造渣脱磷，RCB氧枪吹氧脱碳。电炉出钢采用 无渣出钢。步骤b精炼过程加入硅铁、锰铁、铬铁、镍板、铝等进行合金化，根据生产所 需的最终产品各元素含量调整钢水化学成分；精炼结束喂CaSi线0.4 0.8Kg/t钢，保证 8 10分钟的静吹氩气时间。连铸浇铸和电渣重熔过程中易氧化元素铝的烧损较大，为 确保产品Al满足0.020 0.050%要求，出钢时酸溶铝为0.055 0.075%。步骤c连铸规格Φ 220mm Φ 350mm ；连铸二次冷却水的分布为一段占14 20%, 二段占16 22%，三段占10 16%，四段占26 34%，五段占18 23%， 比水量0.25 0.55L/Kg，防止铸坯产生内部裂纹；钢水过热度控制在15 35°C，恒 拉速浇铸得到圆连铸坯；不同规格圆坯连铸机拉速优选为Φ 220mm 1.2 1.7m/min， Φ 280mm 0.7 l.Om/min， Φ 350mm 0.45 0.65m/min。步骤e电渣重熔的钢锭锭型为Φ 350mm Φ 600mm。重熔冶炼步骤每6 8分钟加一次Al粉，铝粉的用量具体为烧正常后开始加 Al粉，前35分钟内，每次加入量23 30g/t钢；35分钟以后至交换第二支自耗电极后
5熔化25min之间，每次加入量35 50g/t钢；第二支自耗电极熔化25min以后至电渣钢 锭重熔结束，每次加入量50 63g/t钢。采用上述方法制得的钢的化学成分(重量百分比)为0<CS0.20%，0.10% <Si<0.35%, 0.80%<Mn<1.60%, 0 <P<0.020%, 0 < S<0.015%, 0 < Cr<0.25%, 0 < Ni < 0.50 %, 0 < Cu < 0.18 %, 0 < Mo < 0.10 %, 0 < V < 0.06 %, 0.020 % < Al <0.050%, 0 < Sn<0.030%, Fe 为余量。本发明方法的有益效果是1、合理控制铸机二次冷却水分布及二次冷却水比水量，保证二次冷却的均勻， 防止铸坯产生内部裂纹和表面裂纹。2、连铸过程钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，钢 包与保护套管连接处采用氩气保护，防止钢水二次氧化，采用Mg质中间包涂料减轻中间 包耐火材料浸蚀带来的钢液夹杂物含量增加，保证钢水的纯净度。3、采用电渣重熔时钢水液滴穿过渣层进入熔池的渣洗过程，进一步去除钢水 中的夹杂物，提高钢质纯净度；利用电渣重熔边熔化边凝固的特点，改变钢锭的凝固组 织，提高钢锭的致密度，使钢管性能稳定。
具体实施例方式本发明生产工艺流程电弧炉冶炼一LF精炼一圆坯连铸一冷床一检验一喷砂一 电渣重熔钢锭一钢锭缓冷。具体包括下列步骤1、电弧炉冶炼电弧炉入炉原料为废钢和铁水，废钢化学成分C 0.08 0.50%、Si 0.10 0.50%, Mn 0.35 0.70%、P 0.004 0.025%、S 0.003 0.025%，Fe 为余量， 铁水化学成分 C: 4.0 4.5%、Si: 0 0.35%、P 0 0.09%、S 0.01 0.04%、Fe 为余量。铁水用量为废钢重量的25 35%，利用电能熔化废钢，石灰造渣脱磷，氧枪 吹氧脱碳；电炉初炼钢水成分C: 0.05 0.08%、P 0.0010 0.0040%、S 0.010 0.040%, Fe为余量；出钢过程加入铁合金锰铁10 13Kg/t钢，脱氧剂铝球2.5 3.5Kg/ t钢；电炉出钢采用无渣出钢。2、LF精炼炉精炼初炼钢水到精炼炉后，钢包底吹氩气，用专用精炼渣造发泡性白渣，专用精炼 渣成分 CaO: 72 78%，Al2O3 15 20%，CaF2 7 10%，S 0 0.05%;精炼 过程加入硅铁、锰铁、铬铁、镍板、铝等进行合金化，根据生产所需的最终产品各元素 含量调整钢水化学成分；精炼结束喂CaSi线0.4 0.8Kg/t钢，保证8 10分钟的静吹 氩气时间，出钢温度1590 1610°C，连铸浇铸和电渣重熔过程中易氧化元素铝的烧损较 大，为确保产品Al满足0.020 0.050%要求，出钢时酸溶铝为0.055 0.075%。3、弧形圆坯连铸精炼的钢水送到圆坯连铸机浇铸，连铸钢包、中间包和结晶器全程加保护套 管，钢包与保护套管连接处采用氩气加密封垫保护；使用Mg质中间包涂料。连铸规格Φ 220mm Φ 350mm ；连铸二次冷却水的分布为一段占14 20%， 二段占16 22%，三段占10 16%，四段占26 34%，五段占18 23%，比水量
60.25 0.55L/Kg，防止铸坯产生内部裂纹；钢水过热度控制在15 35°C，恒拉速浇铸得 到圆连铸坯；不同规格圆坯连铸机拉速优选为Φ220ιηιη: 1.2 1.7m/min，Φ 280mm 0.7 l.Om/min, Φ 350mm 0.45 0.65m/min。4、连铸坯表面喷砂铸坯表面喷砂去除其表面的氧化铁。5、电渣重熔钢锭喷过砂的连铸坯作自耗电极坯料进行电渣重熔，电渣重熔使用的二元渣 Al20330 40%、CaF260 70% ；重熔电流 11200 15500A、电压 75 84V。电渣重熔的钢锭锭型为Φ 350mm Φ 600mm,重熔冶炼步骤每6 8分钟加一 次Al粉，铝粉的用量具体为烧正常后开始加Al粉，前35分钟内，每次加入量23 30g/t钢；35分钟以后至交换第二支自耗电极后熔化25min之间，每次加入量35 50g/t 钢；第二支自耗电极熔化25min以后至电渣钢锭重熔结束，每次加入量50 63g/t钢。6、重熔钢锭缓冷电渣重熔钢锭带模冷却40 90min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却50 90小 时。由于核岛核级管对钢质纯净度要求严格，因此精炼炉需控制好钢水脱氧、脱 硫、合金化和造渣过程初炼钢水快速强化脱氧，采用专用精炼渣快速造白渣，白渣保 持时间大于20分钟，快速造白渣确保合金元素不被氧化和精炼白渣对钢水夹杂物的吸 附，提高钢水纯净度；吹氩过程避免钢液大翻，有效脱出钢中气体和夹杂物；精炼结束 后喂CaSi线0.40 0.80Kg/t钢，对夹杂物进行变形处理，改善钢水流动性；精炼结束 后，保证8 10分钟的静吹氩气时间，使钢中化学成分和温度均勻，夹杂物得到进一步 去除。弧形圆坯连铸需合理控制铸机二次冷却水分布及二次冷却水比水量，保证二次 冷却均勻；连铸钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，同时钢 包与保护套管连接处采用氩气保护，防止钢水二次氧化，保证钢质纯净度；使用Mg质 中间包涂料，减轻中间包耐火材料浸蚀带来的钢液夹杂物含量增加。以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是 以任何方式来限制本发明。实施例1一、电炉冶炼初炼钢水电炉入炉优质废钢56吨、铁水30吨，铁水主要化学成分C 4.0%、Si: 0.35%, P 0.09%, S 0.010%, Fe为余量，优质废钢主要化学成分C 0.50%, Si: 0.50%, Mn: 0.70%, P 0.025%, S 0.003%, Fe 为余量。石灰造渣脱磷，石灰用 量51kg/t钢，用氧枪吹氧脱碳，氧气消耗41Nm3/t钢。出钢过程加入铁合金锰铁13Kg/ t钢，脱氧剂铝球3.5Kg/t钢；电炉采用无渣出钢。电炉初炼钢水成分C: 0.08%, P 0.004%, S 0.024%, Fe 为余量。二、LF精炼炉精炼电炉冶炼的初炼钢水在LF精炼炉进行精炼，使用的精炼渣成分为CaO: 77%, Al2O3 15%, CaF2 7%, S 0.05%,余量为灰份；精炼过程加入低碳铬铁150Kg、 镍板80Kg、铝80Kg、低锰300Kg进行合金化，调整合金元素成分；精炼结束后喂CaSi线0.4Kg/t钢，对钢水中夹杂物进行变性处理；精炼炉出钢温度1610°C ；出钢酸溶铝为 0.075%。精炼结束后停电静吹氩气8分钟，吹完氩气出钢，吊到连铸工序进行圆坯浇铸。三、弧形圆坯连铸连铸浇铸规格Φ350ιηιη，连铸机二次冷却水的分布为一段占15 %，二段占 22%,三段占16%，四段占26%，五段占21%，比水量0.25L/Kg ；连铸钢包到中间包、 中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，同时钢包与保护套管连接处采用氩气加 密封垫保护；中间包涂料为Mg质，钢水过热度35°C，拉速0.45m/min。铸坯切割后，在翻转冷床上冷却，铸坯冷却后送到喷砂站。四、喷砂连铸坯表面进行喷砂处理，去掉铸坯表面氧化铁皮，喷砂后的铸坯送电渣炉进 行电渣重熔。五、电渣重熔钢锭采用Φ350ιηιη的连铸坯作自耗电极重熔Φ600ιηιη、5.5吨的圆钢锭，渣系由 Al2O3> CaF2组成，其配比为Al20335%、CaF265%,用量28kg/t支钢；重熔冶炼供电 制度为电压84V、电流15500A。Al粉加入量烧正常后开始加Al粉，前35分钟每7 分钟加一次，每次加入量30g/t钢；35分钟以后至交换第二支电极后熔化25分钟之间， 每7分钟加一次，每次加入量50g/t钢；第二支电极熔化25分钟后至电渣重熔结束，每 7分钟加一次，每次加入量63g/t钢。六、钢锭缓冷电渣重熔钢锭带模冷却90min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却90小时即得产品。制得的P280GH 钢成品含 C 0.13%, Si: 0.30%, Mn: 1.30%, P 0.008%, S 0.003%, Cr: 0.16%, Ni 0.25%, Cu: 0.08%, Mo: 0.02%, V 0.01%, Al: 0.029%, Sn0.006%, Fe 为余量。电渣重熔制得的电渣钢锭凝固结构致密，钢质纯净度高，表面质量好，性能稳 定，满足核岛核级管材料的质量要求。表1产品非金属夹杂评级/级
权利要求
1.核岛无缝钢管用钢，其特征在于其化学成分按重量百分比计为0<C < 0.20 %, 0.10 % < Si < 0.35 %, 0.80 % < Mn < 1.60 %, 0 < P < 0.020 %, 0<S<0.015%, 0 < Cr<0.25%, 0 <Ni<0.50%, 0 < Cu<0.18%, 0 < Mo<0.10%, 0 < V<0.06%, 0.020%< Al<0.050%, 0 < Sn <0.030%, Fe 为余量。
2.根据权利要求1所述的核岛无缝钢管用钢，其特征在于化学成分按重量百分比 计为0.13%<C<0.18%, 0.15%<Si<0.30%, 1.10%< Mn < 1.30%, 0 < Ρ<0.010%,0 < S < 0.008 %, 0.16 % < Cr < 0.24 %, 0.12 % < Ni < 0.25 %, 0 < Cu < 0.10 %, 0<Mo<0.05%, 0 < V<0.04%, 0.025%< Al<0.045%, 0 < Sn<0.010%, Fe 为余量。
3.核岛无缝钢管用钢的生产方法，其特征在于包括以下步骤a、电弧炉冶炼生产初炼钢水电炉入炉原料为废钢和铁水，铁水用量为废钢重量的25 35%，氧枪供氧流量为 1500 2100Nm7h，氧气压力为1.2 1.8MPa ；出钢过程加入铁合金锰铁10 13Kg/t 钢，脱氧剂铝球2.5 3.5Kg/t钢；出钢温度1630 1660°C ；b、LF精炼炉精炼初炼钢水到精炼炉后，钢包底吹氩气，用专用精炼渣造发泡白渣，专用精炼渣成分 CaO: 72 78%，Al2O3 15 20 %，CaF2: 7 10%，S 0 ~ 0.05%,出钢温度 1590 1610°C，出钢时酸溶铝为0.055 0.075% ；C、弧形圆坯连铸精炼的钢水送到圆坯连铸机浇铸，连铸钢包、中间包和结晶器全程加保护套管，钢 包与保护套管连接处采用氩气加密封垫保护；使用Mg质中间包涂料；d、连铸坯表面喷砂铸坯表面喷砂去除其表面的氧化铁；e、电渣重熔钢锭喷过砂的连铸坯作自耗电极坯料进行电渣重熔，使用的二元渣Al20330 40 %、 CaF260 70% ；重熔电流 11200 15500A、电压 75 84V ；f、重熔钢锭缓冷电渣重熔钢锭带模冷却40 90min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却50 90小时。
4.根据权利要求3所述的核岛无缝钢管用钢的生产方法，其特征在于步骤a电炉 入炉原料中废钢化学成分C 0.08 0.50%、Si: 0.10 0.50%、Mn: 0.35 0.70%、 P 0.004 0.025%、S 0.003 ~ 0.025%, Fe 为余量；铁水化学成分 C 4.0 4.5%、 Si: 0 0.35%、P 0 0.09%、S 0.010 0.040%、Fe 为余量。
5.根据权利要求3所述的核岛无缝钢管用钢的生产方法，其特征在于步骤a用石灰 造渣脱磷，RCB氧枪吹氧脱碳。
6.根据权利要求3所述的核岛无缝钢管用钢的生产方法，其特征在于步骤a电炉出 钢采用无渣出钢。
7.根据权利要求3所述的核岛无缝钢管用钢的生产方法，其特征在于步骤b精炼 结束喂CaSi线0.4 0.8Kg/t钢，保证8 10分钟的静吹氩气时间；出钢时酸溶铝为 0.055 0.075%。
8.根据权利要求3所述的核岛无缝钢管用钢的生产方法，其特征在于步骤c连铸规格Φ 220mm Φ 350mm ；连铸二次冷却水的分布为一段占14 20 %，二段占16 22%,三段占10 16%，四段占26 34%，五段占18 23%，比水量0.25 0.55L/ Kg,防止铸坯产生内部裂纹；钢水过热度控制在15 35°C，恒拉速浇铸得到圆连铸坯； 不同规格圆坯连铸机拉速优选为Φ 220mm 1.2 1.7m/min，Φ 280mm 0.7 1.0m/ min, Φ 350mm 0.45 0.65m/min。
9.根据权利要求3所述的核岛无缝钢管用钢的生产方法，其特征在于步骤e电渣重 熔的钢锭锭型为Φ 350mm Φ 600mm。
10.根据权利要求9所述的核岛无缝钢管用钢的生产方法，其特征在于重熔冶炼步 骤每6 8分钟加一次Al粉，铝粉的用量具体为烧正常后开始加Al粉，前35分钟内， 每次加入量23 30g/t钢；35分钟以后至交换第二支自耗电极后熔化25min之间，每次 加入量35 50g/t钢；第二支自耗电极熔化25min以后至电渣钢锭重熔结束，每次加入 量50 63g/t钢。
全文摘要
本发明属于冶金技术领域，特别涉及核岛无缝钢管用钢及其生产方法。本发明的核岛无缝钢管用钢化学成分按重量百分比计为0＜C≤0.20％，0.10％≤Si≤0.35％，0.80％≤Mn≤1.60％，0＜P≤0.020％，0＜S≤0.015％，0＜Cr≤0.25％，0＜Ni≤0.50％，0＜Cu≤0.18％，0＜Mo≤0.10％，0＜V≤0.06％，0.020％≤Al≤0.050％，0＜Sn≤0.030％，Fe为余量。本发明的核岛无缝钢管用钢满足碳当量(Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15)≤0.48的条件，控制钢的主要元素碳、锰含量，稳定钢管模拟消除应力热处理后的拉伸性能，确保管体和模拟消除应力热处理试样拉伸性能同时满足技术标准要求。将残余元素镍作为合金元素加入，提高了核岛无缝钢管用钢低温冲击韧性，满足其0℃、-20℃冲击韧性要求。
文档编号C22C33/04GK102021488SQ201010565800
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者杨文明, 胡茂会, 苏雄杰, 贾宁波, 黄国玖 申请人:攀钢集团成都钢钒有限公司, 攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司