CN108251748A - 一种低碳当量核安全壳用钢板及其生产方法 - Google Patents

一种低碳当量核安全壳用钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低碳当量核安全壳用钢板及其生产方法，钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.09～0.13%，Si：0.25～0.40%，Mn：1.00～1.35%，P≤0.010%，S≤0.005%，Cr：0.15～0.30%，Ni：0.15～0.35%，Mo：0.15～0.25%，Cu≤0.10%，Nb：0.020～0.040%，V≤0.010%，Alt≥0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质，碳当量CEV≤0.42%；生产方法包括冶炼、钢坯加热、钢坯轧制、钢板热处理工序。本发明钢板同时满***货状态和模拟焊后热处理状态的常温拉伸、高温拉伸以及低温冲击性能，可广泛用于国内外核电项目。

Description

一种低碳当量核安全壳用钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低碳当量核安全壳用钢板及其生产方法。
背景技术
核安全壳是核电站的标志性建筑物，核蒸汽供应***的所有设备均安装其内。核安全壳是核电站的保护神，其中内衬钢板的安全性和可靠性要求非常严格，要求屈服强度、抗拉强度高；低温韧性好；有良好的耐高温性能；另外，核安全壳用钢板需变形后进行焊接，故良好的可焊性和冷、热加工性能也很重要。
随着目前我国核电站的迅速崛起，核电站设计越来越严格，对核电用钢板的要求也越来越高，对于核心部位安全壳用钢板更甚，主要表现在可焊性要求提高，还需同时保证交货状态和模焊状态下较高的强韧性。较低的成分设计是保证钢板良好焊接性的必要条件，但这势必会降低钢板的力学性能，尤其是模拟焊后热处理后的性能更加难以保证。本发明低碳当量核安全壳用钢板及其生产方法，在保证钢板良好焊接性的前提下，可有效获得交货状态和模拟焊后热处理状态两套性能，更好的适应了核电钢板市场的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低碳当量核安全壳用钢板及其生产方法；本发明的低碳当量核安全壳用钢板保证交货状态和模拟焊后热处理状态两套性能。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种低碳当量核安全壳用钢板，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.09～0.13%，Si：0.25～0.40%，Mn：1.00～1.35%，P≤0.010%，S≤0.005%，Cr：0.15～0.30%，Ni：0.15～0.35%，Mo：0.15～0.25%，Cu≤0.10%，Nb：0.020～0.040%，V≤0.010%，Alt≥0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板碳当量CEV≤0.42%，其中碳当量计算公式为CEV（%）=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
本发明所述钢板厚度规格为20～45mm。
本发明所述钢板交货状态和模拟焊后热处理状态力学性能均满足：常温拉伸Rp0.2≥415MPa，Rm：585～705MPa，A50≥20.0%；200℃高温拉伸Rp0.2≥345MPa，Rm≥525MPa；-45℃横向冲击功AKV平均值≥54J。
本发明还提供了一种低碳当量核安全壳用钢板的生产方法，所述生产方法包括冶炼、钢坯加热、钢坯轧制、钢板热处理工序；所述钢坯轧制工序，采用Ⅱ型控制轧制工艺；所述钢板热处理工序，采用两次淬火+回火工艺。
本发明所述冶炼工序，采取电炉冶炼+LF炉精炼+VD真空处理；LF炉精炼时，白渣保持时间≥30分钟，总精炼时间≥50分钟，并且应保证全程吹氩良好；VD真空处理时，真空度≤66Pa，真空保持时间≥20分钟。
本发明所述钢坯加热工序，钢坯加热时总加热时间≥8min/cm，最高加热温度≤1260℃，均热温度≥1220℃。
本发明所述钢坯轧制工序，Ⅰ阶段开轧温度1050～1100℃，抢温轧制，终轧温度≥960℃，Ⅰ阶段道次平均压下率≥7%；Ⅱ阶段开轧温度≤950℃，终轧温度≤900℃。
本发明所述钢板热处理工序，一次淬火，加热至910～930℃，保温时间≥2min/mm，出炉后最大水量冷至室温；二次淬火，再次快速加热至910～930℃，保温时间≥2min/mm，出炉后最大水量冷却至室温。
本发明所述钢板热处理工序，回火加热至650～670℃，保温时间4～6min/mm，出炉后空冷。
本发明所述钢板模拟焊后热处理工序，425℃装出炉，425℃以上升降温速率：56℃/h≤220/T*25.4≤220℃/h（T为钢板厚度；升降温速率若超过220℃/h，以220℃/h计，升降温速率若低于56℃/h，以56℃/h计），保温温度620～630℃，保温时间：15h，出炉后空冷至室温状态。
本发明低碳当量核安全壳用钢板产品标准参考ASME SA-738/SA-738M，产品性能检测方法参考ASME SA-370/SA-370M。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过Mn、Cr合金元素形成复合强化，添加少量Ni合金提高基体韧性，添加少量Mo合金保证高温强度，添加微量Nb合金并配合控制轧制技术使钢板晶粒均匀细小。2、本发明采用两次淬火+回火的热处理工艺，反复加热淬火可使奥氏体晶粒得到一定程度的细化。3、本发明满足了核电项目用钢板越来越苛刻的要求，在保证良好焊接性的前提下，钢板满***货状态和模拟焊后热处理状态两套性能。4、本发明所述钢板交货状态和模拟焊后热处理状态力学性能均满足：常温拉伸Rp0.2≥415MPa，Rm：585～705MPa，A50≥20.0%；200℃高温拉伸Rp0.2≥345MPa，Rm≥525MPa；-45℃横向冲击功AKV平均值≥54J。5、本发明通过合理的成分设计及生产工艺控制，在较低碳当量的前提下，使钢板获得良好的强韧性匹配，并同时满***货状态和模拟焊后热处理状态的常温拉伸、高温拉伸以及低温冲击性能，可广泛用于国内外核电项目。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例1
本实施例低碳当量核安全壳用钢板厚度为20mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.10%，Si：0.25%，Mn：1.27%，P：0.005%，S：0.002%，Cr：0.19%，Ni：0.24%，Cu：0.080%，Mo：0.21%，Nb：0.020%，V：0.003%，Alt：0.028%，余量为Fe和不可避免的杂质，碳当量CEV=0.41%。
本实施例低碳当量核安全壳用钢板生产方法包括冶炼、钢坯加热、钢坯轧制、钢板热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼：采取电炉冶炼+LF炉精炼+VD真空处理；LF炉精炼时，白渣保持时间34分钟，总精炼时间58分钟，全程吹氩良好；VD真空处理时，真空度66Pa，真空保持时间25分钟；
（2）钢坯加热：钢坯加热时总加热时间11min/cm，最高加热温度1255℃，均热温度1240℃；
（3）钢坯轧制：采用Ⅱ型控轧，Ⅰ阶段开轧温度1087℃，分5道次从200mm板坯轧成80mm板坯，道次平均压下率为12%，终轧温度981℃；Ⅱ阶段开轧温度878℃，终轧温817℃，得到厚20mm的钢板；
（4）钢板热处理：采用两次淬火+回火的热处理工艺；一次淬火，加热至920℃，保温时间3min/mm，出炉后最大水量冷至室温；二次淬火，再次快速加热至920℃，保温时间3min/mm，出炉后最大水量冷却至室温；回火加热至660℃，保温时间6min/mm，出炉后空冷。
本实施例钢板模拟焊后热处理工艺为：装出炉温度425℃，保温温度620℃，保温时间为15h，升降温速度为220℃/h。
本实施例20mm厚低碳当量核安全壳用钢板交货状态和模拟焊后热处理状态的理化性能检验结果见表1。
表1 实施例1 低碳当量核安全壳用钢板的力学性能
实施例2
本实施例低碳当量核安全壳用钢板厚度为38mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.09%，Si：0.29%，Mn：1.28%，P：0.006%，S：0.002%，Cr：0.17%，Ni：0.28%，Cu：0.070%，Mo：0.25%，Nb：0.030%，V：0.007%，Alt：0.037%，余量为Fe和不可避免的杂质，碳当量CEV=0.41%。
本实施例低碳当量核安全壳用钢板生产方法包括冶炼、钢坯加热、钢坯轧制、钢板热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼：采取电炉冶炼+LF炉精炼+VD真空处理；LF炉精炼时，白渣保持时间30分钟，总精炼时间55分钟，全程吹氩良好；VD真空处理时，真空度60Pa，真空保持时间23分钟；
（2）钢坯加热：钢坯加热时总加热时间11min/cm，最高加热温度1250℃，均热温度1230℃；
（3）钢坯轧制：采用Ⅱ型控轧，Ⅰ阶段开轧温度1092℃，分5道次从200mm板坯轧成90mm板坯，道次平均压下率为11%，终轧温度998℃；Ⅱ阶段开轧温度890℃，终轧温824℃，得到厚38mm的钢板；
（4）钢板热处理：采用两次淬火+回火的热处理工艺；一次淬火，加热至920℃，保温时间2.2min/mm，出炉后最大水量冷至室温；二次淬火，再次快速加热至920℃，保温时间2.2min/mm，出炉后最大水量冷却至室温；回火加热至650℃，保温时间4.5min/mm，出炉后空冷。
本实施例钢板模拟焊后热处理工艺为：装出炉温度425℃，保温温度625℃，保温时间为15h，升降温速度为147℃/h。
本实施例38mm厚低碳当量核安全壳用钢板交货状态和模拟焊后热处理状态的理化性能检验结果见表2。
表2 实施例2 低碳当量核安全壳用钢板的力学性能
实施例3
本实施例低碳当量核安全壳用钢板厚度为45mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.10%，Si：0.34%，Mn：1.35%，P：0.006%，S：0.005%，Cr：0.20%，Ni：0.19%，Cu：0.060%，Mo：0.15%，Nb：0.036%，V：0.002%，Alt：0.042%，余量为Fe和不可避免的杂质，碳当量CEV=0.41%。
本实施例低碳当量核安全壳用钢板生产方法包括冶炼、钢坯加热、钢坯轧制、钢板热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼：采取电炉冶炼+LF炉精炼+VD真空处理；LF炉精炼时，白渣保持时间35分钟，总精炼时间57分钟，全程吹氩良好；VD真空处理时，真空度63Pa，真空保持时间25分钟；
（2）钢坯加热：钢坯加热时总加热时间10min/cm，最高加热温度1260℃，均热温度1240℃；
（3）钢坯轧制：采用Ⅱ型控轧，Ⅰ阶段开轧温度1098℃，分8道次从300mm板坯轧成130mm板坯，道次平均压下率为7%，终轧温度960℃；Ⅱ阶段开轧温度897℃，终轧温814℃，得到厚45mm的钢板；
（4）钢板热处理：采用两次淬火+回火的热处理工艺；一次淬火，加热至920℃，保温时间2min/mm，出炉后最大水量冷至室温；二次淬火，再次快速加热至920℃，保温时间2min/mm，出炉后最大水量冷却至室温；回火加热至650℃，保温时间4min/mm，出炉后空冷。
本实施例钢板模拟焊后热处理工艺为：装出炉温度425℃，保温温度630℃，保温时间为15h，升降温速度为124℃/h。
本实施例45mm厚低碳当量核安全壳用钢板交货状态和模拟焊后热处理状态的理化性能检验结果见表3。
表3 实施例3 低碳当量核安全壳用钢板的力学性能
实施例4
本实施例低碳当量核安全壳用钢板厚度为30mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13%，Si：0.30%，Mn：1.00%，P：0.010%，S：0.004%，Cr：0.30%，Ni：0.25%，Cu：0.09%，Mo：0.20%，Nb：0.025%，V：0.003，Alt：0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质，碳当量CEV=0.42%。
本实施例低碳当量核安全壳用钢板生产方法包括冶炼、钢坯加热、钢坯轧制、钢板热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼：采取电炉冶炼+LF炉精炼+VD真空处理；LF炉精炼时，白渣保持时间35分钟，总精炼时间50分钟，全程吹氩良好；VD真空处理时，真空度65Pa，真空保持时间20分钟；
（2）钢坯加热：钢坯加热时总加热时间8min/cm，最高加热温度1245℃，均热温度1220℃；
（3）钢坯轧制：采用Ⅱ型控轧，Ⅰ阶段开轧温度1050℃，分5道次从200mm板坯轧成80mm板坯，道次平均压下率为12%，终轧温度973℃；Ⅱ阶段开轧温度950℃，终轧温度900℃，得到厚30mm的钢板；
（4）钢板热处理：采用两次淬火+回火的热处理工艺；一次淬火，加热至910℃，保温时间2.5min/mm，出炉后最大水量冷至室温；二次淬火，再次快速加热至910℃，保温时间2.5min/mm，出炉后最大水量冷却至室温；回火加热至670℃，保温时间5min/mm，出炉后空冷。
本实施例钢板模拟焊后热处理工艺为：装出炉温度425℃，保温温度620℃，保温时间为15h，升降温速度为186℃/h。
本实施例30mm厚低碳当量核安全壳用钢板交货状态和模拟焊后热处理状态的理化性能检验结果见表4。
表4 实施例4低碳当量核安全壳用钢板的力学性能
实施例5
本实施例低碳当量核安全壳用钢板厚度为25mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.11%，Si：0.40%，Mn：1.16%，P：0.008%，S：0.003%，Cr：0.15%，Ni：0.35%，Cu：0.10%，Mo：0.18%，Nb：0.028%，V：0.010%，Alt：0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质，碳当量CEV=0.40%。
本实施例低碳当量核安全壳用钢板生产方法包括冶炼、钢坯加热、钢坯轧制、钢板热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼：采取电炉冶炼+LF炉精炼+VD真空处理；LF炉精炼时，白渣保持时间32分钟，总精炼时间55分钟，全程吹氩良好；VD真空处理时，真空度66Pa，真空保持时间25分钟；
（2）钢坯加热：钢坯加热时总加热时间9min/cm，最高加热温度1260℃，均热温度1250℃；
（3）钢坯轧制：采用Ⅱ型控轧，Ⅰ阶段开轧温度1100℃，分6道次从200mm板坯轧成80mm板坯，道次平均压下率为10%，终轧温度985℃；Ⅱ阶段开轧温度935℃，终轧温895℃，得到厚25mm的钢板；
（4）钢板热处理：采用两次淬火+回火的热处理工艺；一次淬火，加热至930℃，保温时间3min/mm，出炉后最大水量冷至室温；二次淬火，再次快速加热至930℃，保温时间3min/mm，出炉后最大水量冷却至室温；回火加热至660℃，保温时间5.5min/mm，出炉后空冷。
本实施例钢板模拟焊后热处理工艺为：装出炉温度425℃，保温温度620℃，保温时间为15h，升降温速度为220℃/h。
本实施例25mm厚低碳当量核安全壳用钢板交货状态和模拟焊后热处理状态的理化性能检验结果见表5。
表5 实施例5低碳当量核安全壳用钢板的力学性能
实施例6
本实施例低碳当量核安全壳用钢板厚度为40mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13%，Si：0.32%，Mn：1.08%，P：0.007%，S：0.002%，Cr：0.24%，Ni：0.15%，Cu：0.03%，Mo：0.23%，Nb：0.040%，V：0.005%，Alt：0.035%，余量为Fe和不可避免的杂质，碳当量CEV=0.42%。
本实施例低碳当量核安全壳用钢板生产方法包括冶炼、钢坯加热、钢坯轧制、钢板热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼：采取电炉冶炼+LF炉精炼+VD真空处理；LF炉精炼时，白渣保持时间30分钟，总精炼时间55分钟，全程吹氩良好；VD真空处理时，真空度60Pa，真空保持时间20分钟；
（2）钢坯加热：钢坯加热时总加热时间12min/cm，最高加热温度1250℃，均热温度1235℃；
（3）钢坯轧制：采用Ⅱ型控轧，Ⅰ阶段开轧温度1056℃，分7道次从300mm板坯轧成130mm板坯，道次平均压下率为8%，终轧温度960℃；Ⅱ阶段开轧温度935℃，终轧温875℃，得到厚40mm的钢板；
（4）钢板热处理：采用两次淬火+回火的热处理工艺；一次淬火，加热至925℃，保温时间2.8min/mm，出炉后最大水量冷至室温；二次淬火，再次快速加热至925℃，保温时间2.8min/mm，出炉后最大水量冷却至室温；回火加热至655℃，保温时间5.5min/mm，出炉后空冷。
本实施例钢板模拟焊后热处理工艺为：装出炉温度425℃，保温温度625℃，保温时间为15h，升降温速度为139℃/h。
本实施例40mm厚低碳当量核安全壳用钢板交货状态和模拟焊后热处理状态的理化性能检验结果见表6。
表6 实施例6低碳当量核安全壳用钢板的力学性能
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种低碳当量核安全壳用钢板，其特征在于，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.09～0.13%，Si：0.25～0.40%，Mn：1.00～1.35%，P≤0.010%，S≤0.005%，Cr：0.15～0.30%，Ni：0.15～0.35%，Mo：0.15～0.25%，Cu≤0.10%，Nb：0.020～0.040%，V≤0.010%，Alt≥0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低碳当量核安全壳用钢板，其特征在于，所述钢板碳当量CEV≤0.42%。
3.根据权利要求1所述的一种低碳当量核安全壳用钢板，其特征在于，所述钢板厚度规格为20～45mm。
4.根据权利要求1所述的一种低碳当量核安全壳用钢板，其特征在于，所述钢板交货状态和模拟焊后热处理状态力学性能均满足：常温拉伸Rp0.2≥415MPa，Rm：585～705MPa，A50≥20.0%；200℃高温拉伸Rp0.2≥345MPa，Rm≥525MPa；-45℃横向冲击功AKV平均值≥54J。
5.基于权利要求1-4任意一项所述的一种低碳当量核安全壳用钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括冶炼、钢坯加热、钢坯轧制、钢板热处理工序；所述钢坯轧制工序，采用Ⅱ型控制轧制工艺；所述钢板热处理工序，采用两次淬火+回火工艺。
6.根据权利要求5所述的一种低碳当量核安全壳用钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板热处理工序，一次淬火，加热至910～930℃，保温时间≥2min/mm，出炉后最大水量冷至室温；二次淬火，再次快速加热至910～930℃，保温时间≥2min/mm，出炉后最大水量冷却至室温。
7.根据权利要求5所述的一种低碳当量核安全壳用钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板热处理工序，回火加热至650～670℃，保温时间4～6min/mm，出炉后空冷。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的一种低碳当量核安全壳用钢板的生产方法，其特征在于，所述冶炼工序，采取电炉冶炼+LF炉精炼+VD真空处理；LF炉精炼时，白渣保持时间≥30分钟，总精炼时间≥50分钟，并且应保证全程吹氩良好；VD真空处理时，真空度≤66Pa，真空保持时间≥20分钟。
9.根据权利要求5-7任意一项所述的一种低碳当量核安全壳用钢板的生产方法，其特征在于，所述钢坯加热工序，钢坯加热时总加热时间≥8min/cm，最高加热温度≤1260℃，均热温度≥1220℃。
10.根据权利要求5-7任意一项所述的一种低碳当量核安全壳用钢板的生产方法，其特征在于，所述钢坯轧制工序，Ⅰ阶段开轧温度1050～1100℃，抢温轧制，终轧温度≥960℃，Ⅰ阶段道次平均压下率≥7%；Ⅱ阶段开轧温度≤950℃，终轧温度≤900℃。
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