CN115772634B - 一种含Cr正火态核电用钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含Cr正火态核电用钢板及其制造方法，所述含Cr正火态核电用钢板包括以下重量百分比的化学成分：C：0.17～0.20％，Si：0.15～0.35％，Mn：1.10～1.20％，Nb：0.010～0.020％，Cr：0.21～0.26％，Als：0.015～0.045％，Ti：0.010～0.020％，CEV≤0.43％，余量为Fe和不可避免的杂质；本发明通过严格控制Mn含量，添加铬和铌元素，生产出厚度为12～75mm的SA516Gr.70钢板，其‑40℃横向冲击值大于80J，屈服强度320‑360MPa，抗拉强度500‑535MPa，伸长率大于28％，耐腐蚀速率不超过1.0g/m2·h，具有优良的耐腐蚀性能和常温和低温力学性能。
Description
技术领域
本发明属于钢铁技术领域，具体涉及一种含Cr正火态核电用钢板及其制造方法。
背景技术
为实现可持续发展，必须加快实施节能减排，大力发展清洁能源，保障国民经济快速、向好发展。世界核电技术发展和运行的实践证明，核能具有清洁、安全和可大规模提供稳定电力的优势，日益受到青睐。
核电站辅机是指电站生产设备辅助机械，它是构成电站设备的重要组成部分，是电站设备正常运行的不可缺少设备，从价值量上，主机与辅机各占设备投资的一半，可见电站辅机占有相当重要的地位。除主机以外的电站配套设备均是辅机，涉及到的门类很多，辅机设备制造难度大，可靠性要求高。
核电站辅机设备，比如清污拦污设备，海水过滤设备，需要耐海水腐蚀，腐蚀速率不超过1.5g/m2·h，同时要求钢板低温韧性良好。中国专利CN102703831A公开了一种含Cu控Cr核电站用无缝钢管及其生产方法，构成无缝钢管的材料的质量百分比化学成分为：C：0.10～0.15；Mn：0.90～1.20；Si：0.20～0.45；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.20～0.30；Mo：0.25～0.40；Ni：1.10～1.25；Cu：0.55～0.65；Nb：0.015～0.025；Altot≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn≤0.012，As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020，其余为Fe及不可避免的杂质；其通过加入Cu、Cr等合金元素，严格控制有害元素，获得高纯净度、低气体、低夹杂物的圆坯，并制定合理的加热制度、轧制工艺及热处理制度，使钢种具有比碳钢高得多的强度及优良的抗FAC性能；但是此专利中并没有关注到含Cu控Cr核电站用无缝钢管的耐腐蚀性能，目前也没有现有技术公开过应用于核电站辅机设备中的耐腐蚀钢板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含Cr正火态核电用钢板及其制造方法，其具有优良的耐腐蚀性能和常温和低温力学性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种含Cr正火态核电用钢板，所述含Cr正火态核电用钢板包括以下重量百分比的化学成分：C：0.17～0.20％，Si：0.15～0.35％，Mn：1.10～1.20％，P：≤0.018％，S≤0.005％，Nb：0.010～0.020％，Cr：0.21～0.26％，Als：0.015～0.045％，Ti：0.010～0.020％，CEV≤0.43％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述含Cr正火态核电用钢板的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度9.0级，带状组织0.5级。
所述含Cr正火态核电用钢板的屈服强度320-360MPa，抗拉强度500-535MPa，延伸率A≥28％，-40℃横向V型冲击吸收能量平均值≥80J，耐腐蚀速率不超过1.0g/m2·h。
本发明还提供了所述含Cr正火态核电用钢板的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼、连铸、热轧、热处理。
所述LF精炼步骤中，白渣操作，白渣保持时间＞20min，控制S≤0.005％，提高钢水纯净度，改善钢的低温韧性。
所述RH真空精炼步骤中，要求真空度≤133Pa进行，真空保持时间≥15min，H含量≤1.5ppm，减轻钢板心部氢致裂纹，提高钢板探伤水平。
所述连铸步骤中，过热度控制在10-30℃范围，恒拉速操作，结晶器液面波动在±3mm范围；连铸后进行坯料清理，坯料角部和表面清理干净，无表面裂纹和角部裂纹。
所述热轧步骤中，坯料预热段温度700-900℃，一加段1100-1200℃，二加段1200-1250℃，均热温度1200-1240℃，在炉时间(1.0-1.2)×H分钟，H为板坯板厚，单位为mm；到温后进行轧制。
所述热轧步骤中，采取两阶段轧制，粗轧开轧温度大于1000℃；精轧开轧温度≤950℃，终轧温度820-860℃，轧后空冷。在再结晶温度以上变形，发生完全再结晶，细化奥氏体晶粒，在动态再结晶温度850℃左右终轧，应变诱导析出，阻止奥氏体晶粒长大。
所述热轧步骤中，粗轧道次压下率大于12％；精轧累计变形率大于50％。
所述热处理为进行正火处理。
经过经验公式计算，钢的AC3温度约为840℃，在略高于AC3温度正火，可以保证钢板获得良好的强韧性。所述热处理步骤中，对于厚度≤15mm的钢板，正火温度860±10℃，在炉时间4×H分钟，H为钢板厚，单位为mm；正火出炉后空冷；对于15mm＜厚度≤75mm的钢板，正火温度865±10℃，在炉时间2.2×H分钟，H为钢板厚，单位为mm；正火出炉后空冷。
本发明提供的含Cr正火态核电用钢板中的各化学成分的控制及作用如下：
C：提高钢材强度最有效的元素，尤其是正火钢，需要增加碳含量，获得更多珠光体，来保证钢板的强度，但是碳含量越高，焊接性能、冲击韧性和伸长率降低，所以本钢种选择C含量在0.17～0.20％。
Mn：是重要的强韧化元素。但是锰含量增加，钢中带状组织严重、偏析会较明显，影响耐蚀性能，所以本钢种需控制Mn含量在1.10～1.20％。
Nb：可延迟奥氏体再结晶，降低相变温度，晶粒细化作用明显，并可改善低温韧性，Nb通过固溶强化、相变强化、析出强化等机制来获得要求的强度，所以本钢种选择Nb含量在0.01-0.02％。
Cr：提高钢的强度，对钢的耐腐蚀性能均有积极的影响，同时减轻带状组织，随着铬含量的增加，钢板低温冲击韧性差，且抗拉强度超标，伸长率不合格，所以本钢种需控制Cr含量在0.21-0.26％。
Si：是炼钢过程中重要的还原剂和脱氧剂，能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。提高钢中硅含量，降低钢板的低温韧性，所以Si含量在0.15-0.35％。
Als：炼钢时的脱氧定氮剂，并且细化晶粒，抑制低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性，过量的铝，不利于板坯浇注，板坯容易产生裂纹，故铝含量控制在0.015～0.045％。
Ti：钛和氮、氧、碳都有极强的亲和力，是一种良好的脱氧去气剂和固定氮、碳的有效元素。TiC微粒在板坯加热过程中有阻止钢晶粒长大粗化的作用，过量的Ti(C,N)第二相粒子恶化低温冲击韧性，故钛的含量0.01-0.02％。
P、S是钢中难以避免的有害杂质元素。高P会导致偏析，影响钢组织均匀性，降低钢的塑性；S易形成硫化物夹杂对低温韧性不利，且会造成性能的各向异性。所以本钢种选择P≤0.018％，S≤0.005％。
本发明提供的含Cr正火态核电用钢板的生产方法中，通过控制轧制+正火工艺，生产出厚度为12～75mm的SA516Gr.70钢板，满足CEV≤0.43％，-40℃横向冲击值大于80J，屈服强度320-360MPa，抗拉强度500-535MPa，伸长率大于28％，耐腐蚀速率不超过1.0g/m2·h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过严格控制Mn含量，适当添加铬和铌元素，降低钢中硫、磷、氢含量，采取两阶段控轧，精准控制终轧温度820～860℃，AC3+20℃正火温度等工艺，生产出厚度为12～75mm的SA516Gr.70钢板，其具有优良的耐腐蚀性能和常温和低温力学性能。
附图说明
图1为实施例3中热轧态钢板的金相组织为铁素体+珠光体，带状组织3.0，晶粒度8.5级；
图2为实施例3中的正火态钢板的金相组织为铁素体+珠光体，带状组织0.5级，晶粒度9.0级。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种核电站辅机用SA516Gr.70钢板，其化学成分及重量百分比如表1中的实施例1所示，其余为Fe和不可避免的杂质。
所述的核电站辅机用SA516Gr.70钢板的生产方法，包括以下工艺：
1)炼钢工序：工艺流程为转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸；转炉出钢P为0.012％，白渣保持时间22分钟，S含量0.005％，RH处理真空度67MPa，真空保持时间16分钟，H含量1.3ppm，过热度23℃，拉速1.0m/min,结晶器液面波动2mm，板坯表面无缺陷。
2)坯料加热工序：250mm厚坯料预热段温度832℃，一加段1175℃，二加段1242℃，均热温度1226℃，在炉时间270分钟，到温后进行轧制；
3)轧制工序：采取两阶段轧制，粗轧开轧温度1058℃，采用高温低速大压下轧制，辊速≤2.5m/s,道次压下率大于12％；精轧开轧温度950℃，钢板厚50mm,终轧温度835℃,轧制至12mm；轧后空冷；
4)热处理工序：钢板正火保温860℃在炉时间48分钟，出炉后空冷。
实施例2
一种核电站辅机用SA516Gr.70钢板，其化学成分及重量百分比如表1中的实施例2所示，其余为Fe和不可避免的杂质。
所述的核电站辅机用SA516Gr.70钢板的生产方法，包括以下工艺：
1)炼钢工序：工艺流程为转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸；转炉出钢P为0.015％，白渣保持时间23分钟，S含量0.002％，RH处理真空度67MPa，真空保持时间16分钟，H含量1.2ppm，过热度25℃，拉速1.0m/min,结晶器液面波动2mm，板坯表面无缺陷。
2)坯料加热工序：250mm厚坯料预热段温度790℃，一加段1196℃，二加段1244℃，均热温度1231℃，在炉时间280分钟，到温后进行轧制；
3)轧制工序：采取两阶段轧制，粗轧开轧温度1062℃，采用高温低速大压下轧制，辊速≤2.5m/s,道次压下率大于12％；精轧开轧温度900℃，钢板厚90mm，终轧温度838℃,轧至40mm，轧后空冷；
4)热处理工序：钢板正火保温865℃在炉时间88分钟，出炉后空冷。
实施例3
一种核电站辅机用SA516Gr.70钢板，其化学成分及重量百分比如表1中的实施例3所示，其余为Fe和不可避免的杂质。
所述的核电站辅机用SA516Gr.70钢板的生产方法，包括以下工艺：
1)炼钢工序：工艺流程为转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸；转炉出钢P为0.016％，白渣保持时间21分钟，S含量0.003％，RH处理真空度67MPa，真空保持时间16分钟，H含量1.1ppm，过热度20℃，拉速1.0m/min,结晶器液面波动2mm，板坯表面无缺陷。
2)坯料加热工序：295mm厚坯料预热段温度760℃，一加段1186℃，二加段1245℃，均热温度1227℃，在炉时间350分钟，到温后进行轧制；
3)轧制工序：采取两阶段轧制，粗轧开轧温度1025℃，采用高温低速大压下轧制，辊速≤2.5m/s,道次压下率大于12％；精轧开轧温度902℃，钢板待厚160mm，终轧温度845℃，轧至75mm，轧后空冷；
4)热处理工序：钢板正火保温865℃在炉时间165分钟，出炉后空冷。
对比例1
一种常用SA516Gr.70钢板，其化学成分及重量百分比如表1中的对比例1所示，其余为Fe和不可避免的杂质。
所述的常用SA516Gr.70钢板的生产方法，包括以下工艺：
1)炼钢工序：工艺流程为转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸；转炉出钢P为0.024％，白渣保持时间15分钟，S含量0.006％，RH处理真空度67MPa，真空保持时间10分钟，H含量1.5ppm，过热度25℃，拉速1.0m/min,结晶器液面波动2mm，板坯表面无缺陷。
2)坯料加热工序：295mm厚坯料预热段温度760℃，一加段1186℃，二加段1245℃，均热温度1227℃，在炉时间350分钟，到温后进行轧制；
3)轧制工序：采取两阶段轧制，粗轧开轧温度1025℃，采用高温低速大压下轧制，辊速≤2.5m/s,道次压下率大于12％；精轧开轧温度850℃，钢板待厚160mm，终轧温度815℃，轧至75mm，轧后空冷；
4)热处理工序：钢板正火保温910℃在炉时间105分钟，出炉后空冷。
对比例2
一种常用SA516Gr.70钢板，其化学成分及重量百分比如表1中的对比例2所示，其余为Fe和不可避免的杂质。
所述的常用SA516Gr.70钢板的生产方法，包括以下工艺：
1)炼钢工序：工艺流程为转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸；转炉出钢P为0.015％，白渣保持时间23分钟，S含量0.002％，RH处理真空度67MPa，真空保持时间16分钟，H含量1.2ppm，过热度25℃，拉速1.0m/min,结晶器液面波动2mm，板坯表面无缺陷。
2)坯料加热工序：250mm厚坯料预热段温度795℃，一加段1190℃，二加段1243℃，均热温度1235℃，在炉时间280分钟，到温后进行轧制；
3)轧制工序：采取两阶段轧制，粗轧开轧温度1062℃，采用高温低速大压下轧制，辊速≤2.5m/s，道次压下率大于12％；精轧开轧温度880℃，钢板厚90mm，终轧温度808℃，轧至40mm，轧后空冷；
4)热处理工序：钢板正火保温900℃在炉时间60分钟，出炉后空冷。
对比例3
一种常用SA516Gr.70钢板，其化学成分及重量百分比如表1中的对比例3所示，其余为Fe和不可避免的杂质。
所述的常用SA516Gr.70钢板的生产方法，包括以下工艺：
1)炼钢工序：工艺流程为转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸；转炉出钢P为0.016％，白渣保持时间20分钟，S含量0.003％，RH处理真空度67MPa，真空保持时间15分钟，H含量1.2ppm，过热度24℃，拉速1.0m/min,结晶器液面波动2mm，板坯表面无缺陷。
2)坯料加热工序：230mm厚坯料预热段温度790℃，一加段1196℃，二加段1249℃，均热温度1245℃，在炉时间265分钟，到温后进行轧制；
3)轧制工序：采取两阶段轧制，粗轧开轧温度1042℃，采用高温低速大压下轧制，辊速≤2.5m/s,道次压下率大于12％；精轧开轧温度900℃，钢板厚65mm，终轧温度803℃，轧至16mm，轧后空冷；
4)热处理工序：钢板正火保温900℃在炉时间35分钟，出炉后空冷。
表1各实施例及对比例中的钢板质量百分含量(wt％)
实施例1-实施例3所述的核电站辅机用SA516Gr.70钢板，对比例1-3常用SA516Gr.70钢板力学性能如下表2。
表2各实施例及对比例中的钢板的性能
发明钢板性能满足：屈服强度330-351MPa，抗拉强度505-524MPa，延伸率A≥28％，-40℃横向V型冲击吸收能量平均值≥80J，钢板强度适中，低温冲击性能良好，对比例强度低，低温冲击值低。使用JB/T 7901-1999方法对钢板进行耐腐试验，实施例1耐腐蚀速率0.83g/m2·h，对比例3的耐腐蚀速度1.74g/m2·h。从试验数据可见，采取上述发明技术生产的钢板完全满足核电站辅机设备SA516Gr.70钢板的设计需求，有利保证核电站安全运行。
上述参照实施例对一种含Cr正火态核电用钢板及其制造方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种含Cr正火态核电用钢板，其特征在于，所述含Cr正火态核电用钢板包括以下重量百分比的化学成分：C：0.17～0.20％，Si：0.15～0.35％，Mn：1.10～1.20％，P：≤0.018％，S≤0.005％，Nb：0.010～0.018％，Cr：0.21～0.26％，Als：0.015～0.045％，Ti：0.010～0.020％，CEV≤0.43％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述含Cr正火态核电用钢板的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度9.0级；
所述含Cr正火态核电用钢板的耐腐蚀速率不超过1.0g/m2·h；
所述含Cr正火态核电用钢板的制造方法包括以下步骤：转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼、连铸、热轧、热处理；
所述热轧步骤中，采取两阶段轧制，粗轧开轧温度大于1000℃；精轧开轧温度≤950℃，终轧温度820-860℃，轧后空冷；
所述热处理为进行正火处理；
所述热处理步骤中，对于厚度≤15mm的钢板，正火温度860±10℃，在炉时间4×H分钟，H为钢板厚,单位为mm；正火出炉后空冷；对于15mm＜厚度≤75mm的钢板，正火温度865±10℃，在炉时间2.2×H分钟，H为钢板厚,单位为mm；正火出炉后空冷。
2.根据权利要求1所述的含Cr正火态核电用钢板，其特征在于，所述含Cr正火态核电用钢板的屈服强度320-360MPa，抗拉强度500-535MPa，延伸率A≥28％，-40℃横向V型冲击吸收能量平均值≥80J。
3.如权利要求1或2所述的含Cr正火态核电用钢板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼、连铸、热轧、热处理。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述LF精炼步骤中，白渣操作，白渣保持时间＞20min，控制S≤0.005％。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述热轧步骤中，坯料预热段温度700-900℃，一加段1100-1200℃，二加段1200-1250℃，均热温度1200-1240℃，在炉时间(1.0-1.2)×H分钟，H为板坯板厚，单位为mm；到温后进行轧制。
6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述热轧步骤中，粗轧道次压下率大于12％；精轧累计变形率大于50％。
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