一种核电机组汽轮机辅机用钢及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种核电机组汽轮机辅机用钢及其制造方法，钢的化学成分的重量百分比为：0.15%-0.25%C；0.15%-0.35%Si；0.70%-1.0%Mn；≤0.010%P；≤0.010%S；1.50%-2.0%Cr；0.001%-0.003%Al；0.60%-0.80%Mo；0.005%-0.015%V；0.005%-0.015%Nb；≤0.020%W；其余含量为Fe和不可避免的杂质。连铸坯采用高温和大压下进行轧制，开轧温度≥1050℃，终轧温度≥900℃，轧制总压下量≥70%，轧后自然冷却；正火温度920±10℃，保温时间2~4min/mm，回火温度685±10℃，保温时间5~10min/mm。钢板屈服强度（Rel）和抗拉强度(Rm)分别≥420N/mm2和≥535N/mm2，模拟焊后热处理后，屈服强度（Rel）和抗拉强度(Rm)分别为≥380N/mm2和≥500N/mm2，钢板热处理及模拟焊后热处理后的冲击吸收能量在100-210J之间。
【专利说明】一种核电机组汽轮机辅机用钢及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于黑色金属材料领域，特别涉及核电机组汽轮机辅机用钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002]—直以来核电被视为一种清洁、经济、安全、稳定的发电方式,正是基于其以上优点，近60年来世界各国一直不遗余力地发展核电。作为世界核电大国的法国1980年到1986年间核电占总发电量的比例由24%提高到70%，不但取得了巨大的经济效益，同时也取得巨大的社会效益。在此期间，二氧化硫排放量减少了 56%，氧化氮的排放量减少了 36%，大气质量有了明显改善。我国作为发展中国家，能源结构极其不合理，火力发电依然占据相当大的比例，因此我国核电发展潜力巨大，核电产业在未来5年内，相关建设和投资将迎来新一轮高潮。
[0003]核电机组中的汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的重要设备，而低压加热器、高压加热器、除氧器、凝汽器等构件作为汽轮机辅机设备，其作用不可忽视。特别是日本福岛事件之后，世界各国更加重视核电机组的安全运行，对核电站建设过程中的材料使用提出了更高的要求。
[0004]而现有核电机组汽轮机辅机加热器用的管板、水室筒体、补强板、吊耳以及给水出口接管等零件所使用的材料为ASME SA 516 Grade 70，其厚度规格为38mm化学成分要求为:≥0.28%的C ；0.85%~1.20%的Mn ;≥0.035%的P ；0.15%~0.40%的S ;其余含量为Fe,已经难以满足核电机组汽轮机辅机所用材料越来越严格的化学成分要求。从力学性能指标来看，厚度规格为38mm的SA 516 Grade 70钢板经正火处理后，屈服强度(Rel)和抗拉强度(Rm)分别为 370N/mm2 和 535N/mm2 (指标要求 Rel ≥ 260N/mm2、Rm:485_620N/mm2)。从性能指标来看，钢板经正火处理后，强度完全满足指标要求，但抗拉强度在中下限，难以满足核电机组更高的安全运行标准，并且厚规格钢板还应具有在经过长时间模拟焊后热处理后的力学性能稳定性。针对上述问题，并结合CPR1000、EPR和AP1000等核电机组安全性要求，制造一种高强度和性能稳定性好的核电机组汽轮机辅机用钢板。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种核电机组汽轮机辅机用钢及其制造方法，通过合理地控制钢种的各种化学元素含量和采用先进的生产工艺，在大幅度提高交货态钢板强度指标的同时，使20°C冲击吸收能量仍保持在较高的水平，使交货状态钢板具有良好的强度和塑韧性匹配；特别是模拟焊后热处理状态下的钢板力学性能仍保持较高的强度水平，完全满足于核电机组汽轮机辅机用钢的力学性能和焊接工艺要求。
[0006]本发明提供的一种核电机组汽轮机辅机用钢及其制造方法。可以解决现有技术存在的问题，具体技术方案是:
[0007]核电机组汽轮机辅机用钢，按重量百分比包含如下组分:0.15-0.25%的C ;0.15-0.35% 的 Si ；0.70-1.0% 的 Mn ；≤ 0.010% 的 P ;≤ 0.010% 的 S ;1.50-2.0% 的 Cr ；
0.001-0.003% 的 Al ；0.60-0.80% 的 Mo ；0.005-0.015% 的 V ；0.005-0.015% 的 Nb ;≤ 0.020%的W ;其余含量为Fe和不可避免的杂质。
[0008]采用上述成分设计理由如下:
[0009](1)C=C为钢中的重要元素，在钢的组织没有变化的情况下，钢的强度和硬度随着碳含量的增加而增加，为了保证钢板在交货状态和模拟焊后热处理下的强度，规定钢中碳含量的下限为0.10% ;但碳含量过高，会明显地降低钢的韧性和塑性，同时导致钢的焊接性能显著下降。为了保证钢板在使用过程中的强度和良好的低温冲击韧性，并具备良好的焊接性能，因此本发明要求钢中C含量宜控制在0.15-0.25%范围内。
[0010](2)S1:当钢中Si的含量小于0.5%时，为有益元素。Si溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，能显著提高钢的强度和硬度，但Si提高钢的时效敏感性和韧脆转变温度，为使钢板具有良好的强韧性匹配，本发明要求钢中Si含量控制在为0.15-0.35%。
[0011](3)Mn:钢中Mn元素能通过固溶强化的方式强化铁素体，可以提高钢的淬透性，但同时Mn会促进有害元素在晶界上偏聚，提高钢回火脆性的倾向，因此要求钢中Mn含量控制在0.70-1.0%范围内。
[0012](4)Cr:钢中Cr作为缩小Y相区元素，并降低马氏体转变温度，提高钢的淬透性，尤其含铬1.5%时增大钢的硬度和强度且不降低其塑性。因此本发明要求钢中Cr含量控制为 1.50-2.0%。
[0013](5)A1:钢中加入少量Al元素能有效细化奥氏体晶粒，从而细化了铁素体晶粒和组织，提高钢的冲击韧性，但是Al缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。因此本发明要求钢中Al含量为0.001-0.003%。
[0014](6) Mo:钥作为合金元素加入钢中，有效地提高钢的淬透性，能增加强度而降低其塑性和韧性，同时能使钢在高温下有足够的强度，且改善钢的耐蚀、冷脆性等，有减少辐照脆化的趋势。因此本发明要求钢中Mo含量控制为0.60-0.80%。
[0015](7)V、Nb:钢中V和C形成的VC质点，能有效地细化晶粒，提高钢的抗拉强度和屈服点，尤其是提高钢的高温强度；铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。因此钢中加入V、Nb的范围为0.005-0.015%。
[0016](8)W:钨的作用主要是增加钢的回火稳定性、红硬性、热强性以及形成特殊碳化物而增加其耐磨性。但钢中W的作用与Mo相似，因为钢中已添加Mo元素，因此W作为残余元素应控制在≤0.020%范围内。
[0017](9)P:磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。同时辐照试验表明，P对辐照脆化亦非常敏感，因此要求钢中的P含量越低越好，本发明要求低于0.010%。
[0018](10)S:硫在通常情况下是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，同时S也有加速辐照脆化的倾向。所以通常要求硫含量小于0.055%,优质钢要求小于0.040%。因此本发明要求钢中S含量应限制在0.010%以下。
[0019]实现本发明在生产工艺上采取以下技术措施:
[0020]采用铁水深脱硫、转炉冶炼、炉外精炼、真空处理和连铸工艺进行生产；连铸坯采用高温和大压下进行轧制，开轧温度≥ 1050°C，终轧温度≥ 900°C，轧制总压下量≥ 70%,轧后自然冷却。
[0021]钢板轧后采用正火+回火热处理工艺，得到细致、均匀的回火贝氏体组织，并使钢板具有良好的综合力学性能。
[0022]热处理工艺为:正火温度920± 10°C，保温时间2~4min/mm，
[0023]回火温度685±10°C,保温时间5~10min/mm。
[0024]本发明提供了一种核电机组汽轮机辅机用钢及其制造方法，生产的钢板厚度为20-80mm，同现有技术相比，有益效果如下:
[0025]( I)本发明工艺生产的产品，通过化学成分优化和热处理工艺参数设计，具有优良的强度指标。钢板经正火+回火处理后屈服强度(Rel)和抗拉强度(Rm)分别> 420N/mm2和≥535N/mm2 (指标要求Rel≥260N/mm2、Rm:485-620N/mm2);模拟焊后热处理后，屈服强度(Rel)和抗拉强度(Rm)分别为> 380N/mm2 和> 500N/mm2 (指标要求 Rel ^ 260N/mm2、Rm:485-620N/mm2);从交货状态和模拟焊后热处理后室温拉伸来看，不同状态钢板拉伸性能远高于指标要求，相比于其他钢种有较大幅度提高。
[0026](2)本发明钢种经正火+回火热处理后，不同状态下的20°C冲击吸收能量同样保持在较高的水平。钢板热处理及模拟焊后热处理后的冲击吸收能量在100-210J之间，完全满足指标的要求，而且具有较大的余量。
【具体实施方式】
[0027]一种核电机组汽轮机辅机用钢及其制造方法【具体实施方式】如下:
[0028]各实施例化学成分如表1所示。
[0029]表1各实施例钢的化学成分(wt%)
[0030]
【权利要求】
1.一种核电机组汽轮机辅机用钢，其特征在于:钢的化学成分的重量百分比为:.0.15%-0.25% 的 C ；0.15%-0.35% 的 Si ；0.70%-1.0% 的 Mn ； ≤0.010% 的 P ;≤ 0.010% 的S ；1.50%-2.0% 的 Cr ；0.001%_0.003% 的 Al ；0.60%-0.80% 的 Mo ；0.005%-0.015% 的 V ；.0.005%-0.015%的Nb≤020%的W ;其余含量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的核电机组汽轮机辅机用钢，其特征在于:钢中H≤5ppm、.O ≤30ppm、N ≤50ppm。
3.一种用于权利要求1或2所述的核电机组汽轮机辅机用钢的制造方法，其特征在于:包括铁水深脱硫、转炉冶炼、炉外精炼、真空处理和连铸；连铸坯采用高温和大压下进行轧制，开轧温度≥1050°C，终轧温度≥900°C，轧制总压下量≥70%，轧后自然冷却；热处理工艺为:正火温度920±10°C，保温时间2~4min/mm，回火温度685± 10°C，保温时间5~1Omin/mmD
【文档编号】C22C38/26GK103510009SQ201210204271
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月20日 优先权日:2012年6月20日
【发明者】孙殿东, 苏春霞, 王勇, 王长顺, 陈本文, 张起生, 乔馨, 孙明君, 石锋涛 申请人:鞍钢股份有限公司