专利名称：一种核电工程设备用超大厚度钢板及生产方法
技术领域：
本发明涉及一种核电工程设备用超大厚度钢板及生产方法，属于炼钢生产技术领域。
背景技术：
随着国内核电エ业的迅猛发展，第三代压水堆核电站中用于制造设备蒸汽发生器、稳压器筒体及高压封头和安注箱等关键设备的钢板的需求量剧增。但是，国内使用的钢板几乎都是从欧洲进ロ，价格昂贵且生产周期长；第三代压水堆核电站的关键设备蒸汽发生器、稳压器及高压封头和安注箱等用的钢板采用美国ASME标准，使用的牌号是SA533GrBCL2,由于该钢板用在核电设备高压封头关键部位，常年受核反应物质的侵蚀，由 于核反应产生各种苛刻环境，因此要求钢板具有特殊的安全性和可靠性。对钢板力学性能要求极为严格，屈服強度、抗拉强度适中，要求低温韧性好，强韧性匹配良好，抗低温脆化组织致密、晶粒细小、耐辐射，有良好的耐高温氧化、良好的焊接和冷、热加工性能；产品头、尾横向、纵向拉伸性能优良；无夹杂、无裂纹、具有蠕变极限与持久强度数值相近的特点。并且随着设备的大型化，钢板要求的厚度越来越大，随着板厚的増加，带来性能的恶化，強度的降低以及低温冲击韧性的下降。如何能够生产出核电工程一、ニ级关键设备用超大厚度钢板是本领域亟待解决的技术问题，所述的超大厚度是指钢板的厚度为155mm。
发明内容
本发明目的是提供一种核电工程设备用超大厚度钢板及生产方法，超大厚度，钢板强度适中，低温冲击韧性和高温拉伸性能良好，抗层状撕裂性能、冷加工及焊接性能均良好，满足核电关键设备的要求，可应用于核电站蒸发器、高压封头及压カ容器等关键设备的制造，解决背景技术存在的上述问题。本发明技术方案是
一种核电工程设备用超大厚度钢板，各组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 总彡 O. 020%,Cu+6Sn ( O. 33%，残余量为Fe和不可避免的杂质。所述P、S的重量百分含量控制范围P く O. 008%, S彡O. 005%。本发明较佳的各组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总0. 020%，残余量为Fe和不可避免的杂质。所述钢板的厚度为155mm。一种核电工程设备用超大厚度钢板的生产方法，包含冶炼、浇铸、加热、轧制、冷却、调质エ序，所述的冶炼エ序，采用电弧炉冶炼,然后进行LF精炼炉精炼,钢液温度达到1512±10°C时转入真空脱气炉真空处理；所述的浇铸エ序，冶炼后的钢水在模铸生产线上进行浇铸，得到钢锭；所述的加热エ序，钢锭在均热炉内加热，最高加热温度为1260±10°C，温度低于1000°C时控制加热速度彡100°C /h，保温时间600_720min ;所述的轧制エ序，采用II型控轧エ艺，分为两个阶段进行轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为1000-1150°C，道次压下率彡10%，累计压下率为35-50%，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，轧制温度为820-910°C，累计压下率为55-70% ;轧制后得到半成品钢板；所述的冷却エ序，半成品钢板采用水冷或堆垛冷却，水冷时的返红温度为650-750°C，采用堆垛冷却时堆垛冷却总时间为60-72小时；所述的调质エ序，采用车底式炉淬火+回火方式进行半成品钢板调质处理，淬火温度为860— 950°C，保温时间2. Omin/mm，淬火后钢板再在车底式炉进行回火，回火温度为610— 660°C，保温时间为2. 5-4. Omin/mm，得钢板成品，所述钢板成品由以下重量百分含量的组分组成=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 总彡 O. 020%, Cu+6Sn く O. 33%,残余量为Fe和不可避免的杂质。所述的冶炼エ序中，在真空处理前向钢液中加入Al线和CaSi块，CaSi块作为造 渣材料，最后基本上都熔入渣中在浇铸前排出，钢中或许会有微量Ca元素残余，但对钢没有影响。所述的冶炼エ序中，真空处理的真空度< 67Pa，真空保持时间15_25分钟。本发明中各组分的作用C主要与其它金属元素形成碳化物，起组织强化和析出強化的作用，増加钢板强度；Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，提高钢板的強度；Mn主要起固溶強化和降低相变温度，提高钢板強度的作用；A1在炼钢过程中作为脱氧剂，同时可以细化晶粒、提高钢板的強度和硬度；Ni提高钢板的低温冲击韧性和降低韧脆转变温度；Mo细化晶粒，提高钢板的淬透性；杂质元素P、S等的含量尽可能低，以达到钢质纯净、力学性能均匀的目的。本发明的化学成分设计采用贝氏体钢，通过合适的成分设计及控轧控冷技木+淬火、回火的生产エ艺，生产得到厚度155mm的钢板。本发明的交货状态为淬火加回火，采用车底式炉进行淬火加回火エ艺生产的155mm厚的钢板，打破了设备局限，エ艺独特，具有良好的强韧性匹配，钢板强韧性明显提高；由于采用II型控轧エ艺，分为两个阶段分别进行轧制，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、冲击韧性减低现象。本发明具有以下优点(I)强韧性匹配良好，屈服強度Re彡485Mpa，抗拉强度Rm为620-795Mpa，A彡20%，(TC横向冲击功彡56J，纵向冲击功彡80J, _20°C横向冲击功彡40J，纵向冲击功彡56J ;(2)抗层状撕裂性能好，Z彡35% ;(3)336°C高温拉伸性能良好，屈服強度RpO. 2彡402Mpa ； (4)钢质纯净，P彡O. 012%，S彡O. 010% ；(5)钢板内部致密，可以采用ASTM 578/A578M标准进行超声波探伤，满足C级+S8探伤标准的要求；(6)钢板厚度超大，厚度达到155mm。本发明的致密性高，強度高，低温冲击韧性和高温拉伸性能良好，抗层状撕裂性能、冷加工及焊接性能好，满足核电关键设备的要求，可应用于核电站蒸发器、稳压器筒体、高压封头及压カ容器等关键设备的制造。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进ー步说明。实施例I
本实施例超大厚度钢板由以下重量百分含量的组分组成C O. 18%、Si O. 20%, MnI. 40%、P O. 006%、S O. 002 %、Mo O. 50%、Ni O. 66%、Cr O. 09%、Al 总 O. 032%，残余量为 Fe 及不可避免的夹杂。本实施例超大厚度钢板的Ceq为O. 58%，钢板的厚度为155mm。本实施例的超大厚度钢板的生产方法，具体步骤为
(1)冶炼采用电弧炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼并调整成分至要求范围，钢液温度达到1500°C时向钢液中加入Al线和CaSi块，之后转入真空脱气炉真空处理，真空处理的真空度为67Pa，真空保持时间20分钟；
(2)浇铸冶炼后的钢水进行浇铸，采用模铸エ艺，得到钢锭；
(3)加热钢锭放入均热炉内加热，最高加热温度为1250°C，温度低于1000°C时加热速度800C /h，保温时间700min ；
(4)轧制采用II型控轧エ艺，分为两个阶段进行轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为1000°C，道次压下率10%，累计压下率为35%;第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，轧制温度为900°C，累计压下率为55% ;轧制后得到半成品钢板；
(5)冷却半成品钢板采用水冷,返红温度为660°C；
(6)调质采用淬火+回火方式在车底炉进行调质，淬火的冷却介质为水，淬火温度为950°C，保温时间2. 2min/mm，淬火后再经过回火，回火温度为660°C，保温时间为3. Omin/mm，之后，得钢板155mm厚成品钢板，所述钢板成品由以下重量百分含量的组分组成CO. 18%、Si O. 20%、Mn I. 40%、P O. 006%、S O. 002 %、Mo O. 50%、Ni O. 66%、CrO. 15%、Al 总
0.032%，残余量为Fe及不可避免的夹杂。本实施例钢板的力学性能屈服强度525MPa，抗拉强度640MPa，A为27% ;_20°C冲击功AKV (横向)181ム1981、1651-20で冲击功八1^ (纵向)188J、164J、182J ;冷弯试验(D=3 . Oa, 180° )结果完好；336°C高温拉伸时屈服强度438MPa，抗拉强度600MPa ；Z :65%、62%、59%。实施例2
本实施例的超大厚度钢板由以下重量百分含量的组分组成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 总 O. 036%，残余量为 Fe 及不可避免的夹杂。本实施例钢板的Ceq为O. 56%，钢板的厚度为155mm。本实施例超大厚度钢板的生产方法，具体步骤为
(1)冶炼采用电弧炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼并调整成分，钢液温度达到1510°C时向钢液中加入Al线和CaSi块，之后转入真空脱气炉真空处理，真空处理的真空度为66Pa，真空保持时间20分钟；
(2)浇铸冶炼后的钢水进行浇铸，得到钢锭；
(3)加热所述钢锭放入均热炉内加热，最高加热温度为1230°C，温度低于1000°C时控制加热速度100°C /h，保温时间650min ；
(4)轧制采用II型控轧エ艺，分为两个阶段进行轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为1150°C，道次压下率15%，累计压下率为40%;第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，轧制温度为850°C，累计压下率为60% ;轧制后得到半成品钢板；(5)冷却半成品钢板采用堆垛冷却，堆垛冷却总时间为48小时；
(6)调质采用淬火+回火方式在车底式炉进行调质,淬火的冷却介质为水,淬火温度为870°C，保温时间2. 5min/mm，淬火后再经过回火，回火温度为610°C，保温时间为3. 5min/mm，之后得到成155mm厚的成品钢板，所述钢板成品由以下重量百分含量的组分组成CO. 17%、Si O. 29%、Mn I. 52%、P O. 008%、S O. 001 %、Mo O. 49%、Ni O. 62%、Cr O. 08%、Al 总
O.036%，残余量为Fe及不可避免的夹杂。本实施例钢板的力学性能屈服强度520MPa，抗拉强度645MPa，A为25% ;_20°C冲击功AKV (横向)198ム1851、1681-20で冲击功八1^ (纵向)182J、178J、192J ;冷弯试验(D=3 . Oa, 180° )结果完好；336°C高温拉伸时屈服强度448MPa，抗拉强度578MPa ；Z :56%、65%、71%。以上两个实施例的核电工程用核一、ニ级关键设备超大厚度钢板的碳当量计算公 式Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
权利要求
1.一种核电工程设备用超大厚度钢板，其特征是各组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 总≥ O. 020%,Cu+6Sn ≤ O. 33%，残余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求I所述一种核电工程设备用超大厚度钢板，其特征在于所述P、S的重量百分含量控制范围=P ≤O. 008%, S≤O. 005% ;所述钢板的厚度为155_。
3.根据权利要求2所述一种核电工程设备用超大厚度钢板及生产方法，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 总0. 020%,残余量为 Fe 和不可避免的杂质。
4.一种核电工程设备用超大厚度钢板及生产方法，其特征在于包含冶炼、浇铸、加热、轧制、冷却、调质工序，所述的冶炼工序，采用电弧炉冶炼，然后进行LF精炼炉精炼,钢液温度达到1512±10°C时转入真空脱气炉真空处理；所述的浇铸工序，冶炼后的钢水在模铸生产线上进行浇铸，得到钢锭；所述的加热工序，钢锭在均热炉内加热，最高加热温度为1260±10°C，温度低于1000°C时控制加热速度彡100°C /h，保温时间600_720min ;所述的轧制工序，采用II型控轧工艺，分为两个阶段进行轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为1000-1150°C，道次压下率彡10%，累计压下率为35-50%，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，轧制温度为820-910°C，累计压下率为55-70% ;轧制后得到半成品钢板；所述的冷却工序，半成品钢板采用水冷或堆垛冷却，水冷时的返红温度为650-750°C，采用堆垛冷却时堆垛冷却总时间为60-72小时；所述的调质工序，采用车底式炉淬火+回火方式进行半成品钢板调质处理，淬火温度为860— 950°C，保温时间2. Omin/mm，淬火后钢板再在车底式炉进行回火，回火温度为610— 660°C，保温时间为2. 5-4. Omin/mm，得钢板成品，所述钢板成品由以下重量百分含量的组分组成=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 总≥ O. 020%, Cu+6Sn ≤ O. 33%,残余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求4所述一种核电工程设备用超大厚度钢板及生产方法，其特征在于所述的冶炼工序中，在真空处理前向钢液中加入Al线和CaSi块，真空处理的真空度彡67Pa，真空保持时间15-25分钟。
全文摘要
本发明涉及一种核电工程设备用超大厚度钢板及生产方法，属于炼钢生产技术领域。技术方案是该钢板由以下重量百分含量的组分组成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总≥0.020%，Cu+6Sn≤0.33%。残余量为Fe和不可避免的杂质，包含冶炼、浇铸、加热、轧制、冷却、调质工序。本发明的超大厚度钢板及生产方法，钢板的厚度为155mm，生产方法新颖独特，钢板强度适中，低温冲击韧性和高温拉伸性能良好，抗层状撕裂性能、冷加工及焊接性能均良好，满足核电关键设备的要求，可应用于核电站蒸发器、高压封头及压力容器等关键设备的制造。
文档编号C21D8/02GK102851578SQ20121030962
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者于生, 赵文忠, 刘生, 田苗, 林明新, 罗应明 申请人:舞阳钢铁有限责任公司, 河北钢铁集团有限公司