CN102864396A - 核电用低合金钢无缝钢管及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种第三代核电用低合金钢无缝钢管及其生产方法。所述方法包括：a、冶炼管坯，管坯的化学成分按重量百分比计为：C0.09～0.13％、Si0.65～0.85％、Mn 0.35～0.55％、Cr1.15～1.35％、Mo0.48～0.60％、Cu0～0.10％、As0～0.015％、Sn0～0.010％、Pb0～0.010％、Sb0～0.010％、Bi0～0.010％、P0～0.015％、S0～0.010％及余量Fe和不可避免的杂质；b、将管坯轧制成无缝钢管，轧制前管坯的出加热炉温度为1240～1260℃；c、热处理，正火温度为930～950℃，回火温度为670～690℃。本发明的低合金钢无缝钢管的常温力学性能、常温冲击性能和350℃高温拉伸性能以及钢质纯净度，完全满足第三代核电站机组用无缝钢管的技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及无缝钢管技术领域，更具体地讲，涉及一种第三代核电用低合金钢无缝钢管及其生产方法。
背景技术
第三代核电机组的设计原则，是在采用第二代核电机组已积累的技术储备和运行经验的基础上，针对其不足之处，进一步采用经过开发验证可行的新技术，以显著改善其安全性和经济性。AP1000的堆芯熔化概率和放射性大量释放概率比现有的第二代核电机组大约低2个量级，充分体现了第三代核电技术的优越性，即一台二代核电机组发生严重事故的风险要相当于100多台第三代核电机组发生严重事故的风险。第三代核电技术采用了很多严重事故预防和缓解措施，以降低堆芯熔化和大量放射性向外释放的概率，将预防和缓解严重事故作为设计基准，将其发生的可能性降到极低，完全满足我国现行核安全法规和国际安全标准的要求。
因此，核电管对钢管材料质量要求很高，而且根据用途要求采用不同的无缝钢管，第三代核电机组采用的低合金钢无缝钢管，要求其具有较高强度和良好韧性及良好的常温力学性能、常温冲击性能和350℃高温拉伸性能。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的之一在于提供一种第三代核电用低合金钢无缝钢管，该无缝钢管具有良好的常温力学性能、常温冲击性能和350℃高温拉伸性能，能够满足第三代核电站的技术要求和使用要求。
本发明的一方面提供了一种核电用低合金钢无缝钢管的生产方法，所述生产方法包括步骤：a、冶炼管坯，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.09～0.13％、Si 0.65～0.85％、Mn 0.35～0.55％、Cr 1.15～1.35％、Mo 0.48～0.60％、Cu 0～0.10％、As 0～0.015％、Sn 0～0.010％、Pb 0～0.010％、Sb 0～0.010％、Bi 0～0.010％、P 0～0.015％、S 0～0.010％以及余量的Fe和不可避免的杂质；b、将管坯轧制成无缝钢管，轧制前管坯的出加热炉的温度为1240～1260℃；c、对轧制后的无缝钢管进行热处理，热处理的正火温度为930～950℃，回火温度为670～690℃。
优选地，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.12％、Si 0.75％、Mn 0.45％、Cr 1.25％、Mo 0.54％、Cu 0.08％、As 0.013％、Sn 0.006％、Pb 0.003％、Sb 0.005％、Bi 0.004％、P 0.010％、S 0.005％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
本发明的另一方面提供了一种核电用低合金钢无缝钢管，所述低合金钢无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C 0.09～0.13％、Si 0.65～0.85％、Mn 0.35～0.55％、Cr 1.15～1.35％、Mo 0.48～0.60％、Cu 0～0.10％、As 0～0.015％、Sn 0～0.010％、Pb 0～0.010％、Sb 0～0.010％、Bi 0～0.010％、P 0～0.015％、S 0～0.010％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述低合金钢无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C 0.12％、Si 0.75％、Mn 0.45％、Cr 1.25％、Mo 0.54％、Cu 0.08％、As 0.013％、Sn 0.006％、Pb 0.003％、Sb 0.005％、Bi 0.004％、P 0.010％、S 0.005％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：提供了一种核电用低合金钢无缝钢管，该低合金钢无缝钢管的常温力学性能、常温冲击性能和350℃高温拉伸性能以及钢质纯净度，完全满足第三代核电站机组用无缝钢管的技术要求。具体来讲，所述低合金钢无缝钢管在常温下的屈服强度不小于340MPa、抗拉强度不小于485MPa、延伸率不小于35％、20℃的冲击功不小于230J，并且其在350℃下的屈服强度不小于250MPa、抗拉强度不小于485MPa、延伸率不小于24％。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细描述本发明的核电用低合金钢无缝钢管及其生产方法。
根据本发明一方面的核电用低合金钢无缝钢管的生产方法包括步骤：a、冶炼管坯，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.09～0.13％、Si 0.65～0.85％、Mn 0.35～0.55％、Cr 1.15～1.35％、Mo 0.48～0.60％、Cu 0～0.10％、As 0～0.015％、Sn.0～0.010％、Pb 0～0.010％、Sb 0～0.010％、Bi 0～0.010％、P 0～0.015％、S 0～0.010％以及余量的Fe和不可避免的杂质；b、将管坯轧制成无缝钢管，轧制时管坯的出炉温度为1240～1260℃；c、对轧制后的钢管进行热处理，热处理的正火温度为930～950℃，回火温度为670～690℃。
优选地，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.12％、Si 0.75％、Mn 0.45％、Cr 1.25％、Mo 0.54％、Cu 0.08％、As 0.013％、Sn 0.006％、Pb 0.003％、Sb 0.005％、Bi 0.004％、P 0.010％、S 0.005％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
根据本发明另一方面的核电用低合金钢无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C 0.09～0.13％、Si 0.65～0.85％、Mn 0.35～0.55％、Cr 1.15～1.35％、Mo 0.48～0.60％、Cu 0～0.10％、As 0～0.015％、Sn 0～0.010％、Pb 0～0.010％、Sb 0～0.010％、Bi 0～0.010％、P 0～0.015％、S 0～0.010％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
进一步的，为了使钢管纯净度更高，满足钢管使用的常温冲击性能和350℃高温拉伸性能，优选地，所述低合金钢无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C 0.12％、Si 0.75％、Mn 0.45％、Cr 1.25％、Mo 0.54％、Cu 0.08％、As 0.013％、Sn 0.008％、Pb 0.003％、Sb 0.005％、Bi 0.004％、P 0.010％、S 0.005％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
如果C、Cr高于化学成分规定的上限无缝钢管的常温冲击韧性低、延伸率低，低于化学成分规定的下限，无缝钢管的抗张强度和屈服强度低；有害元素As、Sn、Pb、Sb、Bi在制管过程容易在晶界析出，使晶界开裂形成微细裂纹，影响钢管内在质量，同时As含量高在核电站运行过程中因其衰减对人体有害；P、S高降低钢质纯净度、降低冲击韧性，影响核电站的使用安全。因此选择的化学成分范围，既保证第三代核电站用低合金钢无缝钢管的产品性能，又保证产品的使用性能，给核电站的安全运行提供良好保障。
本发明的正火温度在930～950℃，有利于合金元素固溶和扩散、均匀地分布在奥氏体内，以弥散均匀的碳化物析出，达到强韧化效果，保证拉伸强度和良好的冲击韧性。如果正火温度过低，不利于充分奥氏体化和合金元素扩散均匀，影响正火效果；温度过高，易发生过热、晶粒粗大的问题，对钢管性能产生不良影响。正火处理后宜采用高温回火，得到铁素体、珠光体和回火贝氏体，满足较高的强度和良好的塑韧性能要求。本发明化学成分范围的AC1约为731℃，回火温度过高，将出现加热温度超过AC1相变点发生“过温回火”问题；温度过低，则达不到高温回火的工艺要求，不能满足产品的组织和性能要求。
在本发明的一个示例性实施例中，核电用低合金钢无缝钢管的生产方法也可以通过以下方式实现：
a、冶炼管坯：冶炼管坯，管坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.09～0.13％、Si 0.65～0.85％、Mn 0.35～0.55％、Cr 1.15～1.35％、Mo0.48～0.60％、Cu 0～0.10％、As 0～0.015％、Sn 0～0.010％、Pb 0～0.010％、Sb 0～0.010％、Bi 0～0.010％、P 0～0.015％、S 0～0.010％、余量为Fe和不可避免的杂质；
b、钢管轧制：将管坯轧制成无缝钢管，轧制时管坯的出炉温度1240～1260℃；
c、钢管热处理：轧制后的钢管进行热处理，热处理正火温度为940±10℃，回火温度为680±10℃，保证产品的力学性能。
生产上述无缝钢管的其余步骤与常规无缝钢管的生产方法相同。
下面将结合具体示例来对本发明进行示例性说明。
1、冶炼管坯
通过冶炼和连铸，得到示例1至3的管坯。示例1至3的管坯的化学成分如表1所示。
表1示例1至3的管坯的化学成分(wt％)
在冶炼、炉外精炼、浇铸过程中，严格按照规范进行操作，使钢的化学成分均匀，钢质纯净，以确保钢管的性能。
2、钢管轧制
轧制过程中控制管坯加热温度、终轧温度等各种工艺参数，以满足钢管性能指标。主要工艺参数如下：
环形炉炉温必须保证出炉管坯温度：1240～1260℃。
3、钢管热处理
钢管热处理采用正火加回火工艺，正火温度为940±10℃，回火温度为680±10℃。
4、钢管性能检测
示例1-3的核电用低合金钢无缝钢管的性能检测结果见表2～表4。
表2示例1-3的无缝钢管的常温拉伸性能、冲击性能
| 示例 | 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率/％ | 冲击温度/℃ | 冲击功/J |
| 1 | 355 | 505 | 48 | 20 | 230 |
| 2 | 365 | 500 | 37 | 20 | 286 |
| 3 | 345 | 490 | 40 | 20 | 246 |
表3示例1-3的无缝钢管的350℃高温拉伸性能
| 示例 | 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率/％ |
| 1 | 265 | 505 | 26 |
| 2 | 285 | 490 | 24 |
| 3 | 255 | 515 | 28 |
表4示例1-3的无缝钢管稳定的非金属夹杂检验级别
从表2～表4可以看出，本发明的核电站用低合金钢无缝钢管的性能稳定，钢质纯净，完全满足第三代核电站用低合金钢无缝钢管产品的性能要求，而且具有良好的常温冲击性能和350℃高温拉伸性能。具体来讲，本发明的核电站用低合金钢无缝钢管在常温下的屈服强度不小于340MPa、抗拉强度不小于485MPa、延伸率不小于35％、20℃的冲击功不小于230J，并且其在350℃下的屈服强度不小于250MPa、抗拉强度不小于485MPa、延伸率不小于24％。
综上所述，本发明核电用低合金钢无缝钢管的常温力学性能、常温冲击性能和350℃高温拉伸性能以及钢质纯净度，完全满足第三代核电站机组用无缝钢管的技术要求。本发明为第三代核电站机组用无缝钢管提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (5)
1.一种核电用低合金钢无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括步骤：
a、冶炼管坯，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.09～0.13％、Si 0.65～0.85％、Mn 0.35～0.55％、Cr 1.15～1.35％、Mo 0.48～0.60％、Cu 0～0.10％、As 0～0.015％、Sn 0～0.010％、Pb 0～0.010％、Sb 0～0.010％、Bi 0～0.010％、P 0～0.015％、S 0～0.010％以及余量的Fe和不可避免的杂质；
b、将管坯轧制成无缝钢管，轧制前管坯的出加热炉的温度为1240～1260℃；
c、对轧制后的无缝钢管进行热处理，热处理的正火温度为930～950℃，回火温度为670～690℃。
2.根据权利要求1所述的核电用低合金钢无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.12％、Si 0.75％、Mn 0.45％、Cr 1.25％、Mo 0.54％、Cu 0.08％、As 0.013％、Sn 0.006％、Pb 0.003％、Sb 0.005％、Bi 0.004％、P 0.010％、S 0.005％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
3.一种核电用低合金钢无缝钢管，其特征在于，所述低合金钢无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C 0.09～0.13％、Si 0.65～0.85％、Mn 0.35～0.55％、Cr 1.15～1.35％、Mo 0.48～0.60％、Cu 0～0.10％、As 0～0.015％、Sn0～0.010％、Pb 0～0.010％、Sb 0～0.010％、Bi 0～0.010％、P 0～0.015％、S0～0.010％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的核电用低合金钢无缝钢管，其特征在于，所述低合金钢无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C 0.12％、Si 0.75％、Mn0.45％、Cr 1.25％、Mo 0.54％、Cu 0.08％、As 0.013％、Sn 0.006％、Pb 0.003％、Sb 0.005％、Bi 0.004％、P 0.010％、S 0.005％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求3所述的核电用低合金钢无缝钢管，其特征在于，所述低合金钢无缝钢管在常温下的屈服强度不小于340MPa、抗拉强度不小于485MPa、延伸率不小于35％、20℃的冲击功不小于230J，并且其在350℃下的屈服强度不小于250MPa、抗拉强度不小于485MPa、延伸率不小于24％。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |