专利名称：一种用于核电结构的h型钢及其生产方法
技术领域：
本发明属于H型钢技术领域，具体地讲，本发明涉及一种用于核电站核岛内部支架的H型钢及其生产方法。
背景技术：
在电力紧张、能源紧缺且风能、太阳能(光伏电池)在短期内难以大规模推广的情况下，核电几乎是我国解决电力短缺问题的最好出路，而且核能发电因其清洁、经济、高效的优点已被世界很多国家采用。核安全规划的出台将会增强核电发展的安全性，促使行业健康发展，核电未来必将在我国电力供应结构中占据重要地位。目前我国核电用钢的国产化程度不高，相当一部分依赖进口，这也严重制约了我国核电工业的发展，因此，大力开发核电用钢具有重要的战略意义。含铜低碳钢具有较高的强度和韧性、良好的焊接性、耐腐蚀性等优良的综合性能， 在普碳钢中加入适量的铜能显著提高钢的耐腐蚀性能。公开号为CN101067162A的中国专利申请公开了一种含铜钢的加热方法及其生产的含铜钢，在该专利申请中，采用两次升温的加热方法，第一步，将含铜钢的钢坯或铸坯加热到1000°C 1050°C;第二步，用30-90分钟进行第二次加热升温，第二次加热升温的最高温度为1250°C 1290°C。采用该方法生产的含铜钢，经轧制后没有发现任何裂纹和开裂缺陷，产品合格，尤其是大型型材类含铜钢的生产。然而，这种方法会影响H型钢工业化生产的节奏，增加生产成本。另外，Cu钢在加热和轧制过程中易产生铜脆现象，使钢材表面形成龟裂。核电结构用H型钢主要用于核岛内部支架的制作，其主要作用是方便钢筋的绑扎，起固定钢筋和钢制安全壳(CV)下封头的作用。随着核电安全性能要求的提高，普碳钢已无法满足核电用户的要求，因此需要对目前的H型钢的化学成分进行优化设计，优化冶炼轧制工艺，提高其耐候性及其对超声探伤的要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种用于核电结构的H 型钢及其生产方法。根据本发明的一方面，提供了一种用于核电结构的H型钢。所述用于核电结构的 H型钢的化学成分按重量百分比计为C O. 10 O. 20，Si O. 15 O. 45，Mn O. 40 O. 70， P^O. 025，S^O. 015，Cu O. 20 O. 50，Ni O. 10 O. 30，其余为 Fe 及不可避免的杂质。根据本发明的一方面，碳当量满足公式CEQ = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15 < O. 29。根据本发明的另一方面，提供了一种生产用于核电结构的H型钢的方法。所述方法包括的步骤为采用转炉冶炼，然后进行LF精炼和连铸，控制钢水的化学成分按重量百分比为C O. 10 O. 20，Si O. 15 O. 45，Mn O. 40 O. 70，P 彡 O. 025，S 彡 O. 015，Cu
O.20 O. 50，Ni O. 10 O. 30，其余为Fe及不可避免的杂质；将坯料装入加热炉中加热，加热温度控制在1200°C 1220°C，加热时间为2 4小时，然后出炉进行轧制；坯料经高压水除磷后，进行轧制，粗轧开轧温度控制在1050°C 1150°C，粗轧后开启水冷装置进行冷却，精轧开轧温度控制在910°C 1000°C，精轧后开启水冷装置进行冷却，终轧温度控制在 830V 900°C;然后，对轧制完毕的轧件产品进行喷水冷却，将产品温度降至100°C以下后， 送入矫直机进行矫直，最后将轧件切定尺寸。根据本发明的另一方面，在冶炼步骤中，可以随废钢一起加入Cu粒和Ni板。根据本发明的另一方面，在冶炼步骤中，可以将钢水浇铸成断面为150_X150_ 或165_X 200_的方还。当将钢水烧铸成断面为150_X 150mm的方还时，拉速可以控制为
I.6 2. Om/min。当将钢水烧铸成断面为165mmX 200mm的方还时,拉速可以控制为I. O
I.5m/min。根据本发明，核电结构用H型钢的力学性能、超声波探伤及耐候性能够完全满足核电站核岛内支架用H型钢的技术要求。因此，本发明为核电站核岛内支架用H型钢提供了 一种新的选择，具有广阔的应用前景。
图I示出了根据本发明的实施例I和对比例的周期侵润腐蚀速率的曲线图。图2示出了根据本发明的实施例2和对比例的周期侵润腐蚀速率的曲线图。
具体实施例方式核电结构用H型钢是一种加入微量合金兀素Cu和Ni的低碳低合金钢,含铜低碳钢具有较高的强度和韧性、良好的焊接性、耐腐蚀性等优良的综合性能，在普碳钢中加入适量的铜能够显著地提高钢的耐腐蚀性能。然而，Cu钢在加热和轧制过程中易产生铜脆现象， 使钢材表面形成龟裂。铜脆现象长期困扰着含Cu低合金钢的进一步发展，而通过添加Cu 含量一半左右的Ni，可防止铜脆的产生。本发明提供了一种用于核电结构的H型钢，其化学成分按重量百分比计为C O. 10 O. 20，Si O. 15 O. 45，Mn O. 40 O. 70，P ≤ O. 025，S ≤ O. 015，Cu O. 20 O. 50， Ni O. 10 O. 30，其余为Fe及不可避免的杂质。根据本发明的用于核电结构的H型钢，满足如下的碳当量CEQ(% )计算公式CEQ = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15 < O. 29。根据本发明，用于核电结构的H型钢的成分设计是基于以下原理添加铜元素能提高钢铁材料的耐蚀性能，这是因为钢材在腐蚀过程中，铜起到活化阴极的作用，促使钢阳极发生钝化，从而减缓腐蚀。对于含铜O. 2wt%的钢，其耐候性比不含铜的钢提高20%以上，并且铜与其它元素(如P、Ni等)复合使用时，提高耐大气腐蚀性能的效果会更好；另外，如果Cu含量过高(大于O. 5wt% )，则减缓腐蚀的效果变得不明显并且还会增加成本。 因此，为了达到较好的耐大气腐蚀性能，根据本发明的用于核电结构的H型钢选择Cu的重量百分含量为O. 2 O. 5。此外，向本发明的用于核电结构的H型钢中加入Ni (w(Ni) W(Cu)=I 3 I 2)，可以使钢表面的铜富集层变为熔点超过1200°C的铜镍富集层，产生熔点较高的铜镍化合物，这种化合物分布在晶间区域，在高温下不会熔化，可避免产生铜脆缺陷，因而在本发明中，将Ni的重量百分含量控制在O. I O. 3。下面将详细地描述根据本发明的生产上述用于核电结构的H型钢的方法。根据本发明，生产上述用于核电结构的H型钢的方法包括冶炼(包括转炉冶炼、LF 精炼和方坯连铸)、加热、控制轧制、控制冷却，具体地讲，包括如下步骤(I)初炼采用转炉冶炼，控制钢水的化学成分按重量百分比为C0. 10 O. 20，Si
0.15 O. 45，Mn O. 40 O. 70，P 彡 O. 025，S 彡 O. 015，Cu O. 20 O. 50，Ni O. 10 O. 30， 其余为Fe及不可避免的杂质。根据本发明，将铜粒、镍板与废钢一起加入，铜粒的加入量为
2.06-5. 15kg/吨钢，镍板的加入量为I. 02-3. 06kg/吨钢。将终渣碱度控制在2. 8 3. 2的范围内。采用双挡渣出钢工艺，放钢时间不少于2min，控制转炉的下渣量< 70mm。采用硅锰和硅铁进行脱氧合金化，采用硅钙钡脱氧，钡系合金的加入量为2. 0-3. Okg/吨钢。(2)LF精炼全程底吹氩搅拌，前期可根据情况适当调高氩气压力，出站前采用小压力软吹，氩气流量为40-100NL/min，保证夹杂物上浮，保证精炼软吹氩8_15分钟。(3)连铸为保证铸坯质量，结晶器采用电磁搅拌技术，连铸采用全保护浇注工艺，并使用专用保护渣，保护渣的成分按重量百分比为=CaO 28 38，SiO2 25 35，Al2O3 5 10，Mg0 3 10，C固10 I5，保护渣的粘度为O. 30 O. 35Pa *s，熔点为11沈 11 口， 1350°C时熔化速度为40 45s，碱度为I. I I. 3。根据本发明的实施例，可以将按化学成分设计冶炼好的钢水浇铸成断面为 1 50mmX 1 50mm或165mmX 200mm的方还；然而，本发明不限于此。对于断面为150mmX 1 50mm 的方还，控制拉速为I. 6 2. Om/min ;对于断面为165mmX 200mm的方还，控制拉速为I. O
1.5m/min。(4)加热将坯料装入加热炉中加热，加热温度控制在1200°C 1220°C，加热时间为2 4小时,然后出炉进行轧制。(5)轧制与冷却坯料经高压水除磷后，用辊道送至粗轧机和精轧机组，粗轧开轧温度控制在1050°C 1150°C，粗轧机后开启水冷装置，精轧开轧温度控制在910°C IOOO0C，精轧机后开启水冷装置，终轧温度控制在830°C 900°C。根据本发明，产品的尺寸精度可以按照EN10034进行控制。轧制完毕的轧件产品上冷床进行喷水冷却，将产品温度降至100°C以下后，送入矫直机进行矫直，最后将轧件切定尺寸。下面结合实施例对本发明的具体实施方式
做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。实施例II、冶炼转炉冶炼然后LF精炼，冶炼钢坯的化学成分按重量百分比为C O. 13，Si O. 23，Mn O. 54，P O. 011，S O. 007，Cu O. 258，Ni O. 115，其余为 Fe 和不可避免的杂质，其中，CEQ = O. 25。Cu粒和Ni板随废钢一起加入，控制终渣碱度为3. O,LF精炼软吹氩11分钟。然后，采用六机六流小方还连铸机，将钢水烧铸成断面为150mmX 150mm的方还。中间包的测温在开烧5min、20min、35min时测三组温度。拉速和中间包温度见下面的表I。表I实施例I的拉速和中间包温度
权利要求
1.一种用于核电结构的H型钢，其特征在于所述用于核电结构的H型钢的化学成分按重量百分比计为c O. 10 O. 20，Si O. 15 O. 45,Mn O. 40 O. 70，P ≤ O. 025, S ≤ O. 015， Cu O. 20 O. 50，Ni O. 10 O. 30，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求I所述的用于核电结构的H型钢，其特征在于碳当量满足下面的公式CEQ = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15 < O. 29。
3.—种生产用于核电结构的H型钢的方法，其特征在于所述方法包括的步骤为冶炼采用转炉冶炼，然后进行LF精炼和连铸，控制钢水的化学成分按重量百分比为C O. 10 O. 20，Si O. 15 0·45，Μη O. 40 O. 70，P 彡 O. 025，S 彡 O. 015，Cu O. 20 O. 50， Ni O. 10 O. 30，其余为Fe及不可避免的杂质；加热将坯料装入加热炉中加热，加热温度控制在1200°C 1220°C，加热时间为2 4 小时，然后出炉进行轧制；轧制与冷却坯料经高压水除磷后，进行轧制，粗轧开轧温度控制在1050°C 1150°C， 粗轧后开启水冷装置进行冷却，精轧开轧温度控制在910°C 1000°C，精轧后开启水冷装置进行冷却，终轧温度控制在830°C 900°C ;然后，对轧制完毕的轧件产品进行喷水冷却， 将产品温度降至100°C以下后，送入矫直机进行矫直，最后将轧件切定尺寸。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在冶炼步骤中，随废钢一起加入Cu粒和Ni板。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在冶炼步骤中，将钢水浇铸成断面为 1 50mm X 150mm 或 165mm X 200mm 的方还。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于当将钢水浇铸成断面为150mmX150mm的方还时，控制拉速为I. 6 2. Om/min。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于当将钢水浇铸成断面为165mmX200mm的方还时，控制拉速为I. O I. 5m/min。
全文摘要
本发明公开了一种用于核电结构的H型钢及其制造方法。用于核电结构的H型钢的化学成分按重量百分比计为C 0.10～0.20，Si 0.15～0.45，Mn0.40～0.70，P≤0.025，S≤0.015，Cu 0.20～0.50，Ni 0.10～0.30，其余为Fe及不可避免的杂质。根据本发明的用于核电结构的H型钢的力学性能、超声波探伤及耐候性能够完全满足核电站核岛内支架用H型钢的技术要求。
文档编号C22C38/16GK102586684SQ20121004716
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者刘春伟, 孔令坤, 宋玉卿, 张思勋, 方金林, 武玉利, 袁鹏举, 赵新华, 郭跃华, 魏光兵 申请人:莱芜钢铁集团有限公司