本发明涉及一种核电承压设备用钢，特别是指一种超薄超宽核电承压设备用钢板及其制造方法。
背景技术：
核电承压设备作为核反应堆最关键的设备之一，是核电站全寿命周期不可更换的关键部件之一，也是核电站安全与寿命的决定因素之一，所以核电用钢的安全性能显得尤为重要。在核电承压设备用钢结构的制造过程中，由于结构设计需要，部分构件采用厚度5～12mm、宽度2800～4100的超薄宽规格钢板焊接而成，同时，要求钢板具有良好的强韧性、抗辐照脆性、良好的焊接性及加工性能等，而对于4300mm中厚板产线的轧机生产能力，生产厚度为5mm且宽度在2800mm以上的薄宽板，轧制难度比较大，钢板易出现浪形、卡钢等问题，严重影响产品的成材率，对钢板交货性能的保证也提出了挑战。
申请号为201210064306.4的中国专利申请，公开了一种核电压力容器用钢及其制造方法，包括如下步骤：1)冶炼、铸造板坯，钢的成分重量百分比为：C0.05～0.20％，Si0.10～0.40％，Mn0.75～1.6％，Cr0.15～0.6％，Nb0.010～0.04％，Ti0.008～0.03％，Alt0.030～0.050％，Ca0.0010～0.0050％，N0.003～0.012％，S≤0.010％，P≤0.012％，Sn≤0.003wt.％、Sb≤0.002％、As≤0.003％，其余为Fe和不可避免杂质，且Alt/N≥2；2)热轧，板坯加热温度1100～1250℃，第一阶段轧制温度950～1020℃，压下率≥80％，第二阶段轧制温度780～900℃，压下率≥60％；3)冷却、卷取，冷却速度4.0～15℃/s，卷取温度590～680℃，通过控轧控冷工艺，获得核电压力容器用钢板的显微组织为细小铁素体+珠光体组织。该专利侧重通过控轧控冷工艺来满足核电压力容器用钢强度要求，且主要针对常规厚度规格的生产。
申请号为201110125892.4的中国专利，公开了一种核一级关键设备用钢板。该钢板由以下重量百分含量的组分组成：0＜C≤0.20％，Si：0.10-0.30％，Mn：1.20-1.60％，P≤0.012％，S≤0.012％，Mo：0.45-0.55％，Ni：0.50-0.80％，0＜Cr≤0.25％，0＜V≤0.03％，0＜Cu≤0.20％，0＜Al总≤0.040％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的核一级关键设备用钢板的致密性高，强度高，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、压力容器等关键设备的制造。该专利旨在提出新的成分设计体系，利用常规轧制及热处理工艺，并未涉及极限规格核电用钢的生产方法。
申请号为201210309621.9的中国专利申请公开了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％，Si：0.10-0.30％，Mn：1.15-1.60％，P≤0.012％，S≤0.010，Mo：0.45-0.55％，Ni：0.50-0.80％，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。
综上所述，现有技术中暂没有公开厚度为5～12mm、宽度为2800～4100mm，并且具有良好的强韧性、抗辐照脆性、良好的焊接性及加工性能的超薄超宽核电承压设备用钢板及其制造方法
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种厚度为5～12mm、宽度为2800～4100mm的超薄超宽核电承压设备用钢板及其制造方法。
为实现上述目的，本发明所提供的超薄超宽核电承压设备用钢板，其厚度为5～12mm，宽度为2800～4100mm，该钢板由以下重量百分含量的化学成分组成：C：≤0.20％；Si：≤0.10％；Mn：0.50％～1.80％；P：≤0.008％；S：≤0.003％；Ni：0.20％～1.00％；Cr：0.30％～0.80％；Cu：0.10％～0.80％；Mo：≤0.08％；Alt：≤0.040％；N：≤0.008％；余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地，该钢板由以下重量百分含量的化学成分组成：C：0.08％～0.15％；Si：0.05％～0.10％；Mn：0.80％～1.60％；P：≤0.008％；S：≤0.003％；Ni：0.30％～0.80％；Cr：0.30％～0.60％；Cu：0.10％～0.50％；Mo：0.03％～0.08％；Alt：0.020％～0.040％；N：≤0.005％；余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地，该钢板的力学性能如下：屈服强度：ReL 380～465MPa，300℃Rp0.2：300～355MPa；抗拉强度Rm：500～556MPa；延伸率A：29.5％～32％；冲击功-60℃KV2：75～89J。
以下简述本发明钢板选定各合金元素及成分范围的理由：
C，设定范围≤0.20％，优选0.08～0.15％。它是固溶强化元素，随着C含量的增加，钢中Fe3C随之增加，淬硬性进一步提高，钢的强度提高，但是延伸率和冲击韧性会下降，尤其是对低温韧性影响较大，且过高的碳含量不利于钢板的焊接性。
Si，设定范围≤0.10％，优选0.05～0.10％。在钢中不形成碳化物，以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，可提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率，但是硅含量较高时，钢板表面容易脱碳。同时，Si元素对辐照有害，应严格控制非合金元素w(Si)的含量。
Mn，设定范围0.50～1.80％，优选0.80～1.60％。良好的脱氧剂和脱硫剂，和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，且可降低临界转变温度，但锰含量较高时，使钢晶粒粗化，增加回火脆敏感性，且不利于钢板的焊接性。
Ni：设定范围0.20～1.00％，优选0.30～0.80％。是钢中既能提高强度，又能有效提高韧性的元素，特别是低温韧性。一般添加在需要较高强度较高韧性的钢中，结合本实施钢种的强度及韧性指标，少量添加即可。
Cr：设定范围0.30～0.80％，优选0.30～0.60％。可增加钢的抗腐蚀能力，也是非常有效的强化元素，由于本实施钢种强度级别为中等，只需少量添加Cr元素。
Cu：设定范围0.10～0.80％，优选0.10～0.50％。改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，同时对强度和韧性均产生有益作用，但是考虑到核电钢的抗辐照性能要求，应严格控制钢中Cu元素含量。
Mo：设定范围≤0.08％，优选0.03～0.08％。明显提高再结晶温度，具有明显的固溶强化效果，提高钢的热强性。但是当Mo含量过多时，会增加焊接裂纹敏感性，降低钢的韧性和加工性能。
N：设定范围≤0.008％，优选≤0.005％。随炉料进入钢中，同时液态金属还会从空气中吸收一部分，固溶于铁，形成固溶体，可起到固溶强化作用，但由于Fe4N的析出，易导致时效和蓝脆现象。
Alt(总铝，也称全铝)：设定范围≤0.040％，优选0.020％～0.040％。Al是钢中的主要脱氧元素，一定含量的Al还能细化钢板的晶粒，提高钢板的强度和韧性。但是当Al含量偏高时，易导致钢中夹杂增多，对钢的韧性不利，同时会降低钢的淬硬性。
P、S及其他杂质元素：P、S是钢中有害的杂质元素，P虽然可大幅度提高强度，但易在钢中形成偏析，降低钢的韧性及焊接性能，S易形成塑性硫化物，使钢各向异性严重，恶化钢的冲击韧性和加工性能，故其含量应越低越好，结合实际生产控制水平，P≤0.008％，S≤0.003％。As、Sn、Sb等杂质元素是钢中的有害元素，对钢材的塑性和韧性不利，从性能保证角度，含量控制为As≤0.01％、Sn≤0.008％、Sb≤0.005％。
本发明同时提供了前述超薄超宽核电承压设备用钢板的制造方法，包括如下步骤：
1)按前述化学成分含量冶炼并铸造成坯；
2)采用两火成材工艺进行轧制，具体包括：
2.1)实施开坯轧制，开坯轧制工艺为：铸坯出炉温度1240±20℃，一火粗轧开轧温度1180～1230℃(粗轧前加“一火”是为了与开坯后轧制的粗轧区分开，下同)，一火粗轧终轧温度1080～1100℃，并进行一次高压水除鳞，除鳞高压水压力控制在25～48MPa；
2.2)开坯后轧制：板坯加热温度1200～1280℃，在加热炉内的停留时间≥8min/厘米板厚，即每厘米板坯厚度应达到的加热时间不低于8分钟，若板坯厚度为100mm，加热时间应不低于80min；二火粗轧开轧温度为1180～1230℃(粗轧前加“二火”是为了与开坯轧制的粗轧区分开)，二火粗轧终轧温度为1140～1210℃，粗轧轧制1～3道次；精轧开轧温度为1100～1180℃，精轧终轧温度为700～900℃，精轧轧制7～11道次；
3)热处理，采用正火工艺，正火温度为850～920℃，正火保温时间为30～50min。
优选地，步骤1)中，冶炼过程依次采用转炉冶炼、氩站吹氩、LF加热炉和RH真空炉进行处理，并采用连铸工艺铸造成坯。
优选地，步骤2.1)中，轧制过程中，辊道水全部关停，轧后冷却水水量控制为：上喷嘴流水量为120m3/min，下喷嘴流水量为200m3/min。
优选地，步骤2.2)中，精轧开轧温度控制在1120～1180℃，终轧温度控制在770～800℃。
优选地，步骤2.2)中，粗轧阶段采用高温大压下量轧制，每道次压下量≥20mm(压下率约25％)；精轧阶段随着钢板温度下降，逐步减少每道次压下量，但最后三道次总压下率≥40％，末道次压下率≥11％。
优选地，步骤2.1)中，开坯轧制时，开坯尺寸为：厚100mm，宽1700～2800mm，长2400～4100mm，开坯压缩比≥3.0。
以下简述生产工艺设定的理由：
钢水冶炼采用转炉冶炼，铸造采用连铸。冶炼过程采用RH真空系统精炼，目的在于通过RH真空循环过程除去钢中大颗粒夹杂物SiO2、夹渣CaO及N、H、O气体等有害成分。
轧制过程采用两火成材工艺生产，即先将连铸坯加热、轧制、切坯、板坯再加热、轧制、冷却、热处理，原始坯料尺寸为(200～250)×(1500～2300)×(2400～4100)mm，开坯后坯料尺寸为100×(1700～2800)×(2400～4100mm)，开坯压缩比≥3.0，为了避免钢板在轧制过程中温降过快，对冷却系统进行优化，辊道水全部关停，轧后冷却水水量调整为上120m3/min，下200m3/min，同时将除鳞高压水的压力提高，可快速有效地清除钢板表面氧化铁皮，并减少热量损失。
考虑到厚度5～12mm，宽度2800～4100mm的超薄超宽核电承压设备钢板的板型控制难度较大，适当提高精轧开轧温度和终轧温度，对应分别是1100～1180℃和700～900℃，保证精轧终轧在奥氏体未再结晶区域轧制，利用恒比例凸度轧制模型，计算每道次压下量，并结合本企业轧制极限水平，尽可能增加每道次压下量，减少轧制道次，具体为：将轧制过程分两阶段轧制，第一阶段采用高温大压下轧制，第二阶段随着钢板温度下降，适当减少每道次压下量，但最后三道次总压下率≥40％，精轧末道次压下率≥11％，尽管增加末道次压下率对钢板板型精度的控制不利，但可促进奥氏体再结晶及晶粒细化，综合提高钢板强韧性。为确保入热处理炉钢板板型，轧制后钢板必须进行矫直。
通过对轧制过程中冷却系统进行优化，尽可能增加每道次压下量，可有效避免由于极薄宽规格钢板在轧制过程中温降过快导致的板型问题，同时避免原始坯料一次性连续轧制超过宽厚板产线长度容载能力。
为了确保核电承压设备用钢获得细小均匀的珠光体和铁素体组织，对极限规格核电承压设备钢板进行正火热处理，结合考虑热处理温度及保温时间对薄规格钢板强度的影响，将正火温度设定为850～920℃，正火保温时间为30～50min。
本发明的有益效果是：本发明提供的超薄超宽核电承压设备用钢板及其制造方法，利用先进的炼钢技术提高钢质纯净度，对轧制工艺参数进行优化设置，以确保钢板的板型，通过适当的热处理工艺，确保钢板的强韧匹配及高温性能，使钢板室温强度富余量达到50MPa以上，300℃高温强度富余量达45～80MPa，同时具有良好的低温冲击韧性，-60℃冲击功平均值达到80J以上，且化学成分相对简单，生产成本低，充分发挥现有轧机的轧制潜能。该钢板具有良好的强韧性、抗辐照脆性、良好的焊接性及加工性能，满足核电承压设备对超薄超宽钢板的需求。
附图说明
图1为实施例1生产的钢板的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的极限规格核电承压设备用钢板，其厚度为5～12mm，宽度为2800～4100mm，其化学成分重量百分比为：C：≤0.20，Si：≤0.10，Mn：0.50～1.80，P≤0.008，S≤0.003，Alt：≤0.040，Ni：0.20～1.00，Cr：0.30～0.80，Cu：0.10～0.80，Mo：≤0.08，Sn≤0.008，As：≤0.01，N≤0.008，余量为Fe及不可避免的夹杂。各实施例、对比例中，元素含量的具体取值列于表1。
表1本发明实施例与对比钢主要化学成分(质量分数％)
上述超薄超宽核电承压设备用钢板的制造方法，包括如下步骤：
1)冶炼
采用铁水脱硫技术，依次进行转炉冶炼、氩站吹氩、LF加热炉和RH真空炉处理(真空处理时间不小于15min)；
2)轧制
采用两火成材工艺生产，即实施开坯轧制，开坯尺寸：100(厚)*(1700～2800)(宽)*(2400～4100)(长)mm，开坯压缩比≥3.0，具体开坯轧制工艺为：铸坯出炉温度1240±20℃，一火粗轧开轧温度1180～1230℃，一火粗轧终轧温度1080～1100℃，并进行一次高压水除鳞，并将高压水压力提高到25～48MPa。
开坯后轧制工艺：板坯加热温度1200～1280℃，加热速率为≥8min/cm，二火粗轧开轧温度为1180～1230℃，二火粗轧终轧温度为1140～1210℃，粗轧轧制1～3道次；精轧开轧温度为1100～1180℃，精轧终轧温度为700～900℃，精轧轧制7～11道次；粗轧阶段采用高温大压下量轧制，每道次压下量≥20mm；精轧阶段随着钢板温度下降，逐步减少每道次压下量，但最后三道次总压下率≥40％，末道次压下率≥11％。
3)热处理工艺
热处理工艺为正火工艺，正火温度为850～920℃，正火保温时间为30～50min。
各实施例、对比例中，工艺参数的具体取值列于表2，表1、表2中同一编号代表同一个实施例所采用的成分和工艺参数。
表2各实施例与对比钢的主要轧制及热处理工艺参数
以上实施例、对比例得到的超薄超宽核电承压设备用钢板的力学性能检测结果列于表3。
表3本发明实施例与对比例的力学性能检验结果
从表1中可以看出，本发明实施例添加合金元素含量少，钢质纯净，在保证性能的同时有效地降低成本；从表2中可以看出，本实施例不同于其他极限规格钢板生产方法，在保证钢板板型的同时，减少轧制道次，显著提高生产效率；从表3中可以看出，本发明完全能满足环境为300℃时的力学性能要求，且高温性能富余量充足，同时具有良好的强韧匹配，-60℃冲击韧性优良，确保核电承压设备使用的安全性。
图1为实施例1生产的钢板的金相组织照片，可以看出，钢板主要为均匀细小的铁素体+珠光体组织，降低了带状组织程度，保证钢板使用时组织的稳定性。