CN104894485A - 耐高温抗脆断Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐高温抗脆断Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产方法，该方法包括以下步骤：原料配制；将按配制的无缝钢管原料采用模铸+锻造圆钢锻坯、PQF三辊限动芯棒连轧管工艺热轧成高精度荒管，然后再采用斜轧旋扩工艺将荒管热轧成成品管。本发明的有益效果是采用该方法，所需要的大口径WB36CN1核电站用无缝钢管只需经过两次加热轧制即可达到要求的几何尺寸和精度，而且生产的产品组织致密，晶粒细小，低温冲击韧性优异，高温强度和抗脆断性能优异，同时生产效率高，金属消耗小，适宜于大工业生产。

Description

耐高温抗脆断Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产方法

技术领域

本发明涉及一种耐高温抗脆断Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产方法，属于无缝钢管领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，电力供应日趋紧张。在大力发展先进火力发电技术的同时，核电作为一种高效、经济清洁的发电技术得到了重视和大力发展。核电站常规岛用WB36CN1核电管，应用于核电站常规岛部分的主蒸汽***(VVP)蒸汽管道及给水调节***(ARE)给水管道等，绝大部分为大口径钢管，由于其管体内介质的流速高、流量大(约为火电的1.3～1.6倍)并带有一定湿度的饱和蒸汽，所以会产生流动加速腐蚀现象(FAC)，因此要求核电站用管具有抗流动加速腐蚀的性能。由于对核电站的安全性要求很高，绝对不允许发生蒸汽泄漏，所以对大口径WB36CN1核电用无缝钢管耐高温抗流动加速腐蚀性能要求高于火电站：在达到规定的高温(200、300和400℃)强度值的条件下，不仅对常温冲击性能有要求，而且还对-20℃的低温冲击韧性和NDTT温度等均有严格的规定。其次，为了保证核电站用管使用的安全性，对制作WB36CN1核电管的表面质量、几何尺寸及公差等也提出了比常规锅炉用同类无缝钢管更苛刻的要求。

目前，国内现有的生产大口径类无缝钢管的主要工艺有：大顶管工艺、二次斜轧穿孔工艺、皮尔格周期轧管工艺、拉拔扩管工艺、推制式分段热扩工艺等。其中：大顶管工艺是最古老的生产大直径厚壁无缝钢管的工艺，需要反复顶制几次，且还需要内(镗、磨)，外(车、磨)表面加工，但这种工艺是单工序作业，生产效率低，产品几何尺寸精度差；皮尔格周期轧管工艺可以热轧生产核电站用无缝钢管，但生产效率低，几何尺寸精度和表面质 量较差；国内二次斜轧穿孔+均整工艺生产的核电站用WB36CN1无缝钢管，该工艺的优点是生产流程短，缺点是产品几何尺寸偏差大，且由于塑性变形量小，热处理后组织粗大，产品低温韧性较差。拉拔扩管工艺制造的核电站用大口径无缝钢管虽然表面质量较高，可达到用户要求，但由于每道次扩径量不能太大，所以生产效率低，且由于塑性变形量小，热处理后组织粗大，产品低温韧性较差；分段热扩工艺为轧管供坯+分段加热顶推式扩径，其生产工艺简便、成本低，但钢管的几何尺寸精度及外表面质量水平均较差。

综上所述，现有工艺并不能很好的满足核电站用管对高尺寸精度、高效率以及高的抗脆断安全性能等的要求，尤其是外径508～711mm、壁厚12～30mm的大口径WB36CN1核电站用无缝钢管。为解决现有大口径WB36CN1核电站用无缝钢管生产的不足，急于研发一种耐高温抗脆断性能大口径WB36CN1核电站用无缝钢管的生产方法。

发明内容

针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种耐高温抗脆断Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产方法，从而实现Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产能够满足核电站用管耐高温、高尺寸精度、高效率以及高的抗脆断安全性能等的要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种耐高温抗脆断Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产方法，该方法包括以下步骤：

1)原料配制 所述无缝钢管化学成分(重量百分比)为：0.12％～0.19％C、0.38％～0.44％Si、0.85％～1.10％Mn、0％～0.010％P、0％～0.005％S，0.15％～0.35％Cr、1.15％～1.30％Ni、0.20％～0.45％Mo、0.50％～0.63％Cu、0.01％～0.03％Nb、0～0.04％Al、0～0.010％N，其余为铁及微量杂质元素；

2)将按步骤1)配制的无缝钢管原料采用模铸+锻造圆钢锻坯、PQF三辊 限动芯棒连轧管工艺热轧成高精度荒管、然后再采用斜轧旋扩工艺将荒管热轧成成品管按以下步骤操作：

(1)炼钢和模铸+锻造钢坯 炼钢采用电炉冶炼+钢包精炼+真空脱气的冶炼工艺，以减少钢管成分偏析，保证核电用管的质量，所述钢坯采用模铸+锻造坯，锻造比大于3，模铸时将模铸浇注温度控制在T_L+70～85℃＝1575℃，模铸成钢锭后，对钢锭进行锻造制坯，始锻温度为1150～1170℃，终锻温度为≥850℃，锻后退火热处理温度为≤700℃；

(2)轧制高精度荒管 将上述锻坯加热，加热温度1290℃，加热时间4～6小时，加热后的锻坯首先在460PQF限动芯棒连轧管机组的斜轧穿孔机上穿轧成毛管，毛管喷吹硼砂后，送入五机架PQF连轧机进行热轧、定径，热轧的荒管几何尺寸及公差控制范围为：外径(D)377～457mm，壁厚(S)25～45.4mm，长度8～12m，壁厚(S)公差控制在-5％S～+12.5％S，外径(D)公差控制在±1％D，椭圆度不大于外径公差的80％；

(3)轧制成品管 荒管加热后进行减壁扩径轧制、均整和定径，荒管加热温度控制在1150℃～1200℃范围内，保温时间≥45min，始轧温度1200℃，终轧温度保证大于850℃；

(4)热处理 所述成品管经过淬火温度为890℃～920℃，水基淬火液冷却，回火温度为650℃～670℃，空冷进行调质，或者正火温度为950℃～970℃进行正火+回火温度为650℃～670℃回火热处理，热处理后经修磨无损检测得到合格的成品无缝钢管。

本发明的效果是使用该工艺方法具体表现在：1)通过成分的合理优化，首先C含量控制在0.12％～0.19％左右，其次通过添加0.15％～0.35％的Cr，另外通过控制Cu/Ni比，将Cu控制在0.50～0.63％，Ni控制在1.15～1.30％。大大提高了钢管的综合力学性能；并采用模铸+锻造的工艺，制造出符合要求的锻坯。2)在生产大口径WB36CN1核电站用无缝 钢管方面，采用两步轧管法：首先由460PQF限动芯棒连轧管机组将锻坯热轧成高精度荒管，然后再由720斜轧旋扩机组将荒管热轧成成品管，并制定合理的热处理制度，使钢管具有高强度、耐高温、抗冲刷腐蚀等性能。3)本发明生产的核电用无缝钢管不但产品规格大，而且几何尺寸精度高、性能稳定、生产效率高，适合大工业生产。

具体实施方式

结合实施例对本发明的耐高温抗脆断Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产方法加以说明。

本发明的本发明通过化学成分合理优化，首先C含量控制在0.12％～0.19％左右，这样低的碳含量可提高材料的韧性和延性，且能改善钢管的焊接性能，减少中心偏析，使材料能够抵抗酸性介质；其次通过添加0.15％～0.35％的Cr，大大提高了钢管的抗冲刷腐蚀能力；另外通过控制Cu/Ni比，将Cu控制在0.50～0.63％，Ni控制在1.15～1.30％。避免了热加工过程中产生“热脆”现象，从而大大提高了产品的合格率；Mn是WB36CN1中含量较多的合金元素。虽然高Mn/C对于提高屈服强度和冲击韧性是有利的，但其容易形成偏析带，从而造成组织和硬度的不均匀性，对抗硫化氢性能也不利，因此添加量需要有所限制。Mo的添加能使得钢管具有更高的强度的同时具有更良好的韧性。其材料的重量百分比为：0.12％～0.19％C、0.38％～0.44％Si、0.85％～1.10％Mn、0％～0.010％P、0％～0.005％S，0.15％～0.35％Cr、1.15％～1.30％Ni、0.20％～0.45％Mo、0.50％～0.63％Cu、0.01％～0.03％Nb、0～0.04％Al、0～0.010％N，其余为铁及微量杂质元素。

本发明的耐高温抗脆断Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产方法，该方法包括以下步骤：

1)原料配制 所述无缝钢管化学成分(重量百分比)为： 0.12％～0.19％C、0.38％～0.44％Si、0.85％～1.10％Mn、0％～0.010％P、0％～0.005％S，0.15％～0.35％Cr、1.15％～1.30％Ni、0.20％～0.45％Mo、0.50％～0.63％Cu、0.01％～0.03％Nb、0～0.04％Al、0～0.010％N，其余为铁及微量杂质元素；

2)将按步骤1)配制的无缝钢管原料采用模铸+锻造圆钢锻坯、PQF三辊限动芯棒连轧管工艺热轧成高精度荒管、然后再采用斜轧旋扩工艺将荒管热轧成成品管按以下步骤操作：

(1)炼钢和模铸+锻造钢坯 炼钢采用电炉冶炼+钢包精炼+真空脱气的冶炼工艺，以减少钢管成分偏析，保证核电用管的质量，所述钢坯采用模铸+锻造坯，锻造比大于3，模铸时将模铸浇注温度控制在T_L+70～85℃＝1575℃，模铸成钢锭后，对钢锭进行锻造制坯，始锻温度为1150～1170℃，终锻温度为≥850℃，锻后退火热处理温度为≤700℃；

(2)轧制高精度荒管 将上述锻坯加热，加热温度1290℃，加热时间4～6小时，加热后的锻坯首先在460PQF限动芯棒连轧管机组的斜轧穿孔机上穿轧成毛管，毛管喷吹硼砂后，送入五机架PQF连轧机进行热轧、定径，热轧的荒管几何尺寸及公差控制范围为：外径(D)377～457mm，壁厚(S)25～45.4mm，长度8～12m，壁厚(S)公差控制在-5％S～+12.5％S，外径(D)公差控制在±1％D，椭圆度不大于外径公差的80％；

(3)轧制成品管 荒管加热后进行减壁扩径轧制、均整和定径，荒管加热温度控制在1150℃～1200℃范围内，保温时间≥45min，始轧温度1200℃，终轧温度保证大于850℃；

(4)热处理 所述成品管经过淬火温度为890℃～920℃，水基淬火液冷却，回火温度为650℃～670℃，空冷进行调质，或者正火温度为950℃～970℃进行正火+回火温度为650℃～670℃回火热处理，热处理后经修磨无损检测得到合格的成品无缝钢管。

所述成品无缝钢管特性为：外径(D)508～711mm，壁厚(S)为12～30mm，长度6～12m，壁厚(S)公差-10％S～+12.5％S，外径(D)公差±1％，椭圆度不大于外径公差的80％，壁厚不均度不大于壁厚公差的80％；成品钢管金相组织为：回火贝氏体+铁素体组织，且晶粒度7～10级；力学性能特征为：屈服强度不低于440MPa、抗拉强度610～760MPa、延伸率19～27％、韧脆转变温度为-35℃，NDTT温度≤-10℃。

本发明耐高温抗脆断Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产方法具体通过以下步骤完成：

(a)炼钢 炼钢采用电炉冶炼+钢包精炼+真空脱气的冶炼工艺，原料采用大于40％的高炉铁水+优质废钢，钢水加入硅钙钡和铝铁进行脱氧处理。并经过LF精炼+VD/RH真空处理，在精炼(LF)时尽量提前加入渣料脱硫，并配碳化硅造渣还原。通过VD后进行钙处理，合理、适量的喂钙线，喂钙线：160～284米/炉，不喂铝丝，确保喂钙线后弱搅拌时间不小于10min，使得夹杂物充分上浮，杜绝后期强吹氩搅拌以减少Al₂O₃夹杂。VD炉精炼真空度≤0.5托时间，VD高真空时间不少于10分钟，降低钢中O、H气体含量，同时促进成分的均匀化；严格控制S、P以及其他有害元素的含量，将五害元素总量控制在200ppm以内。

(b)模铸+锻造符合要求的锻坯：为了减少钢管成分偏析，保证核电用管的质量，管坯采用模铸+锻造坯，锻造比大于3。模铸时严格控制模铸浇注温度：T_L+70～85℃＝1575℃。模铸成锭后，对钢锭进行锻造，严格控制始锻和终锻温度，始锻温度1300℃，终锻温度≥790℃，保证锻造比大于3，优化断后退火热处理工艺，热处理退火：≤700℃，保证锻坯质量。

(c)加热锻坯。加热温度1290℃，加热时间4～6小时。加热炉炉堂气氛控制为微还原气氛以减少钢坯的氧化烧损，严格控制加热过程，保证钢坯加热均匀。

(d)轧制高精度荒管。加热后的锻坯首先在460PQF限动芯棒连轧管机组的斜轧穿孔机上穿轧成毛管，毛管喷吹硼砂后送入五机架PQF连轧机进行热轧、定径，轧制成高精度荒管。热轧的荒管的几何尺寸及公差控制范围为：外径(D)377～457mm，壁厚(S)25～45.4mm，长度8～12m，壁厚(S)公差控制在-5～+12.5％S，外径(D)公差控制在±1％D，椭圆度不大于外径公差的80％。

(e)轧制成品管。荒管经无损探伤合格后转运到720斜轧旋扩机组，加热后进行减壁扩径轧制、均整和定径。荒管加热温度控制在1150℃～1200℃范围内，保温时间≥45min，加热炉炉堂气氛控制为微还原性气氛。荒管进入轧机前通过轧制芯棒的顶头对其内表面喷射氯化钠以去除氧化铁皮。热轧过程中对轧制工具进行冷却以提高和改善内外边面质量和几何尺寸精度，始轧温度1200℃，终轧温度保证大于850℃。热轧后的成品钢管几何尺寸及公差为：外径(D)508～711mm、壁厚(S)12～30mm、长度6～12m、壁厚(S)公差控制在-10～+12.5％S、外径(D)公差±1％、椭圆度不大于外径公差的80％、壁厚不均度不大于壁厚公差的80％。

(f)热处理：该产品经过淬火温度：890℃～920℃，水基淬火液冷却，回火温度：650℃～670℃，空冷，进行调质，或者正火+回火，正火温度：950℃～970℃，回火温度：650℃～670℃热处理，热处理后得到回火贝氏体+铁素体组织，严格控制珠光体含量，且晶粒度7～10级，其力学性能特征为：屈服强度不低于440MPa、抗拉强度610～760MPa、延伸率19～27％、韧脆转变温度为-35℃，NDTT温度≤-10℃。

实施例1

1以轧制Φ711×21.50为例具体生产工艺为：

(1)管坯生产工艺：优质废钢+铁水→EAF(100t UHP)→LF→VD→模铸→锻造→退火。锻坯经检查合格后切割成Φ400×4750mm的管坯。成品圆坯规格为直径Φ400mm，长度4750mm；管坯成分均匀，五害元素总量控制 在200ppm以内。

(2)荒管轧制工艺：锻坯在环形炉加热，加热温度1290±10℃，加热时间5小时。加热后的锻坯首先在460PQF限动芯棒连轧管机组的斜轧穿孔机上穿轧成毛管，毛管喷吹硼砂后送入五机架PQF连轧机进行热轧、定径，轧制成高精度荒管尺寸为Φ457×45.40mm。

(3)轧制成品管工艺：荒管经无损探伤合格后转运到720斜轧旋扩机组，加热后进行减壁扩径轧制、均整和定径。荒管加热温度在1200℃，保温时间50min，始轧温度1200℃，终轧温度900℃。

(4)热处理工艺：该规格钢管热处理工艺为：950℃正火保温30min+660℃回火保温120min。

(5)热处理后钢管后续处理流程：水压试验→表面修磨→超声波探伤→磁粉探伤→人工复检喷标→包装入库。

2成品钢管各项性能结果

2.1钢管化学成分、规格及偏差要求和力学性能要求分别见表1、表2和表3。

表1 成品管的化学成分(wt％)

编号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Mo	Nb	N	Alges
													1	0.1	0.4	0.9	0.00	0.00	0.2	1.1	0.6	0.3	0.01	0.005	0.01
2	0.1	0.4	0.9	0.00	0.00	0.2	1.1	0.6	0.3	0.02	0.007	0.01
													3	0.1	0.4	0.9	0.00	0.00	0.2	1.1	0.6	0.3	0.02	0.007	0.01

表2 钢管尺寸测量及偏差实测结果

表3 力学性能要求

2.2 本发明无缝钢管高温短时拉伸性能见下表4

2.3 本发明无缝钢管抗脆断性能

采用P3试样(16×50×130mm)，按照GB/T6803-1986标准测定了NDTT打击能量为370J，断裂情况见下表，可见NDTT＝-65℃。

表5 无塑性转变温度

试验温度，℃	-40	-55	-60	-65	-70	-75	NDTT,℃
								产品实测Ak值，J	00	00	00	×	×	——	-65

 注：0——未断裂，×——断裂

2.4 小结

从以上实施例可以看出，本发明的核电站用无缝钢管性能稳定，钢质纯净，尺寸精度高，且具有良好的低温抗脆断性能和200℃、300℃、400℃的高温拉伸性能，完全满足常规岛核电站站用合金无缝钢管的产品性能要求。

Claims (2)

1.一种耐高温抗脆断Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产方法，该方法包括以下步骤：

1)原料配制 所述无缝钢管化学成分(重量百分比)为：

0.12％～0.19％C、0.38％～0.44％Si、0.85％～1.10％Mn、0％～0.010％P、0％～0.005％S，0.15％～0.35％Cr、1.15％～1.30％Ni、0.20％～0.45％Mo、0.50％～0.63％Cu、0.01％～0.03％Nb、0～0.04％Al、0～0.010％N，其余为铁及微量杂质元素；

2)将按步骤1)配制的无缝钢管原料采用模铸+锻造圆钢锻坯、PQF三辊限动芯棒连轧管工艺热轧成高精度荒管，然后再采用斜轧旋扩工艺将荒管热轧成成品管，按以下步骤操作：

(1)炼钢和模铸+锻造钢坯 炼钢采用电炉冶炼+钢包精炼+真空脱气的冶炼工艺，以减少钢管成分偏析，保证核电用管的质量，所述钢坯采用模铸+锻造坯，锻造比大于3，模铸时将模铸浇注温度控制在T_L+70～85℃＝1575℃，模铸成钢锭后，对钢锭进行锻造制坯，始锻温度为1150～1170℃，终锻温度为≥850℃，锻后退火热处理温度为≤700℃；

(2)轧制高精度荒管 将上述锻坯加热，加热温度1290℃，加热时间4～6小时，加热后的锻坯首先在460PQF限动芯棒连轧管机组的斜轧穿孔机上穿轧成毛管，毛管喷吹硼砂后，送入五机架PQF连轧机进行热轧、定径，热轧的荒管几何尺寸及公差控制范围为：外径(D)377～457mm，壁厚(S)25～45.4mm，长度8～12m，壁厚(S)公差控制在-5％S～+12.5％S，外径(D)公差控制在±1％D，椭圆度不大于外径公差的80％；

(3)轧制成品管 荒管加热后进行减壁扩径轧制、均整和定径，荒管加热温度控制在1150℃～1200℃范围内，保温时间≥45min，始轧温度1200℃，终轧温度保证大于850℃；

(4)热处理 所述成品管经过淬火温度为890℃～920℃，水基淬火液冷却，回火温度为650℃～670℃，空冷进行调质，或者正火温度为950℃～970℃进行正火+回火温度为650℃～670℃回火热处理，热处理后经修磨无损检测得到合格的成品无缝钢管。

2.根据权利要求1所述的耐高温抗脆断Φ508mm以上核电站用无缝钢管的生产方法，其特征是：所述成品无缝钢管特性为：外径(D)508～711mm，壁厚(S)为12～30mm，长度6～12m，壁厚(S)公差-10％S～+12.5％S，外径(D)公差±1％，椭圆度不大于外径公差的80％，壁厚不均度不大于壁厚公差的80％；

成品钢管金相组织为：回火贝氏体+铁素体组织，且晶粒度7～10级；

力学性能特征为：屈服强度不低于440MPa、抗拉强度610～760MPa、延伸率19～27％、韧脆转变温度为-35℃，NDTT温度≤-10℃。