600℃中温核电压力容器用钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核电压力容器制造领域，具体的是指一种600°C中温核电压力容器用 钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 随着中国对能源需求的不断增加和化石燃料消费所带来的气候变化以及资源短 缺，中国加快了核电的发展步伐。但由于我国的核电工业起步较晚、规模较小，尚未形成完 整的核电产业体系，许多关键部件仍需进口，所以核电关键部件（如核电压力容器）国产化 已迫在眉睫。
[0003] 核电压力容器作为核反应堆最关键的设备之一，它是放置堆芯和堆内构件防止放 射性外逸的重要屏障。由于其多在高温、高压、流体冲刷和腐蚀等条件下运行，同时，还包容 着放射性极强的反应堆堆芯，强烈的中子辐照易使材料性能不断被恶化，对其焊接性能提 出更高的要求，特别是要求再热裂纹敏感性低，因此，具有较高强度、高韧性、良好焊接性能 及抗辐照脆性的低合金高强钢是大型核电压力容器用材料的首选。
[0004] 目前，世界各国广泛认同的是Mn - Ni - Mo系低合金高强度钢，经初步检索：
[0005] 中国专利申请号为"201310076884. 4"的专利文献，公开了"一种核电站压力容器 及设备闸门用钢板"，钢板包括：碳〇. 10~〇. 20%，硅0. 15~0. 35%，锰1. 00~1. 65%， 磷彡 0· 015%、硫彡 0· 005%，镍 0· 50 ~0· 85%，铜彡 0· 06%，铬彡 0· 15%，钼彡 0· 05%，钒 彡 0· 020%，铌彡 0· 040%，钛彡 0· 020%，铝 0· 020 ~0· 050%，氮彡 0· 015%，砷彡 0· 015%， 锡<0.010%，余量为铁和不可避免的杂质，以上百分比为重量百分比。该专利文献由于 Cr、Mo含量较低，只能做到200°C高温拉伸屈服强度达到350~370MPa，无法实现600°C时 较好屈服强度值。
[0006] 中国专利申请号为" 201210309621. 9 "的专利文献，公开了"一种核电工程设 备用超大厚度钢板及生产方法"，技术方案是该钢板由以下重量百分含量的组分组成： C^O. 20%,Si ：0. 10-0. 30%,Mn ：1, 15-1. 60%,P^0.0 12%,S^0.0 10,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 总彡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、 车L制、冷却、调质工序。该专利文献由于化学成分中Cr含量较低，仅能保证336°C具有良好 的强度，无法实现更高温度环境下的使用。
[0007] 中国专利申请号为"201210064306. 4"的专利文献，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：C 0. 05~ 0. 20 %，Si 0. 10 ~0. 40 %，MnO. 75 ~1. 6 %，Cr 0. 15 ~0. 6 %，Nb 0. 010 ~0. 04 %， Ti 0. 008 ~0. 03%，Alt0.0 30 ~0. 050%，Ca 0. 0010 ~0. 0050%，N 0. 003 ~0. 012%， S 彡 0· 010%，P 彡 0· 012%，Sn 彡 0· 003wt. %、Sb 彡 0· 002%、As 彡 0· 003%，其余为 Fe 和 不可避免杂质，且Alt/N彡2 ;2)热乳，板坯加热温度1100~1250Γ，第一阶段乳制温度 950~1020°C，压下率彡80%，第二阶段乳制温度780~900°C，压下率彡60%;3)冷却、卷 取，冷却速度4. O~15°C /s，卷取温度590~680°C，通过控乳控冷工艺，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。该专利文献没有采用热处理工艺，其300°C 高温拉伸屈服强度仅达到173MPa，远远无法满足抗高温性。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种600°C中温核电压力容器钢及其制造方法，在600°C能 保证良好的性能，填补中温核电压力容器空白，并采用已有的生产工艺，适合大生产操作， 获得耐高温、耐腐蚀、耐疲劳极限性能和较长的使用寿命的产品。
[0009] 为实现上述目的，本发明提供的600°C中温核电压力容器用钢，其特征在于：其 化学成分重量百分比为：C :0· 08~0· 12, Si :0· 15~0· 20, Mn :1. 10~L 50, P彡0· 008， S 彡 0· 003，Alt :彡 0· 050，Ni :0· 45 ~0· 65，Cr :2· 50 ~2. 75，Mo :1. 00 ~I. 20，N 彡 0· 004， 余量为Fe及杂质。
[0010] 作为优选方案，其化学成分重量百分比为：C :0. 09~0. 12, Si :0. 17~0. 19, Mn : 1. 28 ~L 35, P 彡 0· 008, S 彡 0· 003, Alt :彡 0· 050, Ni :0· 50 ~0· 62, Cr :2· 50 ~2. 75， Mo : 1. 00~1. 20, N彡0. 004,余量为Fe及杂质。
[0011] 作为另一种优选方案，其化学成分重量百分比为：C :0. 11，Si :0. 20, Mn :1. 35， P0.00 5, S0.00 2, Alt :0· 02, Ni :0· 62, Cr :2. 75, Mo :1. 20, N0.00 2,余量为 Fe 及杂质。
[0012] 本发明还提供一种核电压力容器用钢板的制备方法，其包括如下步骤：
[0013] (1)冶炼：采用铁水脱硫技术，LF加热炉和RH真空炉处理；真空处理时间不小于 20min ；
[0014] (2)乳制：板坯加热温度为1200~1300°C，加热速率为8~14min/cm，粗乳开乳 温度为1120~1260 °C，精乳终乳温度为880~950 °C ;
[0015] (3)乳后冷却：当钢板厚度< 60mm时，空冷；厚度多60mm，浇1~3组水，返红温度 为 600 ~700°C ;
[0016] (4)热处理工艺：热处理工艺为正火+回火，厚板采用正火加速冷却方法：对于 彡60mm厚度钢板，返红温度控制为500~650 °C。
[0017] 进一步地，所述步骤（4)中加速冷却方法为：板厚< 60mm时，空冷；板厚为60~ 80,加速冷却；正火保温温度为880~930 °C，正火保温时间t+30 (min)，回火保温温度 680~750°C，回火保温时间t+50min ;t为钢板厚度。
[0018] 步骤（4)中热处理工艺：热处理工艺为正火+回火，其中，厚板采用"正火加速冷 却"方法。详见表1。其中加速冷却具体实施方案：对于^ 60mm厚度钢板，返红温度按照 500~650 °C范围控制。
[0019] 表1工艺制度
[0020] CN 105177446 A 说明书 3/6 页
[0021] 本发明主要合金元素含量的设定及制造方法，依据以下原理：
[0022] 低合金结构钢随着环境温度的升高，屈服强度和抗拉强度均会下降，尤其当温度 超过600°C时，原子扩散速率加快，发生再结晶、晶粒长大和晶粒异常长大等过程，强度急剧 降低。为使钢具有良好的耐高温性能，在原有Mn - Ni - Mo系低合金高强钢基础上，本发 明钢又添加了热强元素 Cr，正火+回火的目的在于消除钢材中内应力，改善组织，获得强度 和韧性的最佳匹配。
[0023] 1、以下简述本发明钢中选定各合金元素及成分范围的理由：
[0024] C，设定范围0. 10~0.20%，优选0.08~0. 12%。提高钢材强度最有效的元素， 随着C含量的增加，钢中Fe3C增加，淬硬性也增加，钢的抗拉强度和屈服强度提高。但是， 增加钢中C含量，钢的延伸率和冲击韧性下降，尤其是对低温韧性影响较大。因此，合适的 C含量应保证钢板有高强度、高淬硬性、高耐磨性等。
[0025] Si，设定范围0. 15~0.20%，优选0. 15~0.20%。不是有意添加的合金元素，而 是冶炼时从废钢和生铁原料中带入的。根据一般规律，随着辐照温度升高，点缺陷及其衍生 的辐照缺陷恢复能力增强，辐照效应随之减小，但是Si对辐照有害，因此应严格控制非合 金元素 W(Si)的含量，核电承压设备用钢中W(Si)应控制在低限。
[0026] Mn，设定范围1. 10~1. 70%，优选1. 10~1. 50%。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，起到细化珠 光体，提高珠光体强度的作用，由于锰含量较高时，使钢晶粒粗化，增加回火脆敏感性。
[0027] Ni :设定范围0.45~0.80%，