一種核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼及其制造方法，鋼的化學(xué)成分的重量百分比為：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；其余含量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。連鑄坯采用高溫和大壓下進(jìn)行軋制，開軋溫度≥1050℃，終軋溫度≥900℃，軋制總壓下量≥70%，軋后自然冷卻；正火溫度920±10℃，保溫時(shí)間2~4min/mm，回火溫度685±10℃，保溫時(shí)間5~10min/mm。鋼板屈服強(qiáng)度（Rel）和抗拉強(qiáng)度(Rm)分別≥420N/mm2和≥535N/mm2，模擬焊后熱處理后，屈服強(qiáng)度（Rel）和抗拉強(qiáng)度(Rm)分別為≥380N/mm2和≥500N/mm2，鋼板熱處理及模擬焊后熱處理后的沖擊吸收能量在100-210J之間。
【專利說(shuō)明】一種核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于黑色金屬材料領(lǐng)域，特別涉及核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]—直以來(lái)核電被視為一種清潔、經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定的發(fā)電方式,正是基于其以上優(yōu)點(diǎn)，近60年來(lái)世界各國(guó)一直不遺余力地發(fā)展核電。作為世界核電大國(guó)的法國(guó)1980年到1986年間核電占總發(fā)電量的比例由24%提高到70%，不但取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也取得巨大的社會(huì)效益。在此期間，二氧化硫排放量減少了 56%，氧化氮的排放量減少了 36%，大氣質(zhì)量有了明顯改善。我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，能源結(jié)構(gòu)極其不合理，火力發(fā)電依然占據(jù)相當(dāng)大的比例，因此我國(guó)核電發(fā)展?jié)摿薮螅穗姰a(chǎn)業(yè)在未來(lái)5年內(nèi)，相關(guān)建設(shè)和投資將迎來(lái)新一輪高潮。
[0003]核電機(jī)組中的汽輪機(jī)是用具有一定溫度和壓力的蒸汽來(lái)做功的重要設(shè)備，而低壓加熱器、高壓加熱器、除氧器、凝汽器等構(gòu)件作為汽輪機(jī)輔機(jī)設(shè)備，其作用不可忽視。特別是日本福島事件之后，世界各國(guó)更加重視核電機(jī)組的安全運(yùn)行，對(duì)核電站建設(shè)過(guò)程中的材料使用提出了更高的要求。
[0004]而現(xiàn)有核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)加熱器用的管板、水室筒體、補(bǔ)強(qiáng)板、吊耳以及給水出口接管等零件所使用的材料為ASME SA 516 Grade 70，其厚度規(guī)格為38mm化學(xué)成分要求為:≥0.28%的C ；0.85%~1.20%的Mn ;≥0.035%的P ；0.15%~0.40%的S ;其余含量為Fe,已經(jīng)難以滿足核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)所用材料越來(lái)越嚴(yán)格的化學(xué)成分要求。從力學(xué)性能指標(biāo)來(lái)看，厚度規(guī)格為38mm的SA 516 Grade 70鋼板經(jīng)正火處理后，屈服強(qiáng)度(Rel)和抗拉強(qiáng)度(Rm)分別為 370N/mm2 和 535N/mm2 (指標(biāo)要求 Rel ≥ 260N/mm2、Rm:485_620N/mm2)。從性能指標(biāo)來(lái)看，鋼板經(jīng)正火處理后，強(qiáng)度完全滿足指標(biāo)要求，但抗拉強(qiáng)度在中下限，難以滿足核電機(jī)組更高的安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，并且厚規(guī)格鋼板還應(yīng)具有在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間模擬焊后熱處理后的力學(xué)性能穩(wěn)定性。針對(duì)上述問(wèn)題，并結(jié)合CPR1000、EPR和AP1000等核電機(jī)組安全性要求，制造一種高強(qiáng)度和性能穩(wěn)定性好的核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼及其制造方法，通過(guò)合理地控制鋼種的各種化學(xué)元素含量和采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，在大幅度提高交貨態(tài)鋼板強(qiáng)度指標(biāo)的同時(shí)，使20°C沖擊吸收能量仍保持在較高的水平，使交貨狀態(tài)鋼板具有良好的強(qiáng)度和塑韌性匹配；特別是模擬焊后熱處理狀態(tài)下的鋼板力學(xué)性能仍保持較高的強(qiáng)度水平，完全滿足于核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼的力學(xué)性能和焊接工藝要求。
[0006]本發(fā)明提供的一種核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼及其制造方法?？梢越鉀Q現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，具體技術(shù)方案是:
[0007]核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼，按重量百分比包含如下組分: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 ;其余含量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0008]采用上述成分設(shè)計(jì)理由如下:
[0009](1)C=C為鋼中的重要元素，在鋼的組織沒有變化的情況下，鋼的強(qiáng)度和硬度隨著碳含量的增加而增加，為了保證鋼板在交貨狀態(tài)和模擬焊后熱處理下的強(qiáng)度，規(guī)定鋼中碳含量的下限為0.10% ;但碳含量過(guò)高，會(huì)明顯地降低鋼的韌性和塑性，同時(shí)導(dǎo)致鋼的焊接性能顯著下降。為了保證鋼板在使用過(guò)程中的強(qiáng)度和良好的低溫沖擊韌性，并具備良好的焊接性能，因此本發(fā)明要求鋼中C含量宜控制在0.15-0.25%范圍內(nèi)。
[0010](2)S1:當(dāng)鋼中Si的含量小于0.5%時(shí)，為有益元素。Si溶于鐵素體后有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，能顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但Si提高鋼的時(shí)效敏感性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度，為使鋼板具有良好的強(qiáng)韌性匹配，本發(fā)明要求鋼中Si含量控制在為0.15-0.35%。
[0011](3)Mn:鋼中Mn元素能通過(guò)固溶強(qiáng)化的方式強(qiáng)化鐵素體，可以提高鋼的淬透性，但同時(shí)Mn會(huì)促進(jìn)有害元素在晶界上偏聚，提高鋼回火脆性的傾向，因此要求鋼中Mn含量控制在0.70-1.0%范圍內(nèi)。
[0012](4)Cr:鋼中Cr作為縮小Y相區(qū)元素，并降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，提高鋼的淬透性，尤其含鉻1.5%時(shí)增大鋼的硬度和強(qiáng)度且不降低其塑性。因此本發(fā)明要求鋼中Cr含量控制為 1.50-2.0%。
[0013](5)A1:鋼中加入少量Al元素能有效細(xì)化奧氏體晶粒，從而細(xì)化了鐵素體晶粒和組織，提高鋼的沖擊韌性，但是Al缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。因此本發(fā)明要求鋼中Al含量為0.001-0.003%。
[0014](6) Mo:鑰作為合金元素加入鋼中，有效地提高鋼的淬透性，能增加強(qiáng)度而降低其塑性和韌性，同時(shí)能使鋼在高溫下有足夠的強(qiáng)度，且改善鋼的耐蝕、冷脆性等，有減少輻照脆化的趨勢(shì)。因此本發(fā)明要求鋼中Mo含量控制為0.60-0.80%。
[0015](7)V、Nb:鋼中V和C形成的VC質(zhì)點(diǎn)，能有效地細(xì)化晶粒，提高鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)，尤其是提高鋼的高溫強(qiáng)度；鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過(guò)熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。因此鋼中加入V、Nb的范圍為0.005-0.015%。
[0016](8)W:鎢的作用主要是增加鋼的回火穩(wěn)定性、紅硬性、熱強(qiáng)性以及形成特殊碳化物而增加其耐磨性。但鋼中W的作用與Mo相似，因?yàn)殇撝幸烟砑覯o元素，因此W作為殘余元素應(yīng)控制在≤0.020%范圍內(nèi)。
[0017](9)P:磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。同時(shí)輻照試驗(yàn)表明，P對(duì)輻照脆化亦非常敏感，因此要求鋼中的P含量越低越好，本發(fā)明要求低于0.010%。
[0018](10)S:硫在通常情況下是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，同時(shí)S也有加速輻照脆化的傾向。所以通常要求硫含量小于0.055%,優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。因此本發(fā)明要求鋼中S含量應(yīng)限制在0.010%以下。
[0019]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明在生產(chǎn)工藝上采取以下技術(shù)措施:
[0020]采用鐵水深脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、真空處理和連鑄工藝進(jìn)行生產(chǎn)；連鑄坯采用高溫和大壓下進(jìn)行軋制，開軋溫度≥ 1050°C，終軋溫度≥ 900°C，軋制總壓下量≥ 70%,軋后自然冷卻。
[0021]鋼板軋后采用正火+回火熱處理工藝，得到細(xì)致、均勻的回火貝氏體組織，并使鋼板具有良好的綜合力學(xué)性能。
[0022]熱處理工藝為:正火溫度920± 10°C，保溫時(shí)間2~4min/mm，
[0023]回火溫度685±10°C,保溫時(shí)間5~10min/mm。
[0024]本發(fā)明提供了一種核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼及其制造方法，生產(chǎn)的鋼板厚度為20-80mm，同現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果如下:
[0025]( I)本發(fā)明工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，通過(guò)化學(xué)成分優(yōu)化和熱處理工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，具有優(yōu)良的強(qiáng)度指標(biāo)。鋼板經(jīng)正火+回火處理后屈服強(qiáng)度(Rel)和抗拉強(qiáng)度(Rm)分別> 420N/mm2和≥535N/mm2 (指標(biāo)要求Rel≥260N/mm2、Rm:485-620N/mm2);模擬焊后熱處理后，屈服強(qiáng)度(Rel)和抗拉強(qiáng)度(Rm)分別為> 380N/mm2 和> 500N/mm2 (指標(biāo)要求 Rel ^ 260N/mm2、Rm:485-620N/mm2);從交貨狀態(tài)和模擬焊后熱處理后室溫拉伸來(lái)看，不同狀態(tài)鋼板拉伸性能遠(yuǎn)高于指標(biāo)要求，相比于其他鋼種有較大幅度提高。
[0026](2)本發(fā)明鋼種經(jīng)正火+回火熱處理后，不同狀態(tài)下的20°C沖擊吸收能量同樣保持在較高的水平。鋼板熱處理及模擬焊后熱處理后的沖擊吸收能量在100-210J之間，完全滿足指標(biāo)的要求，而且具有較大的余量。
【具體實(shí)施方式】
[0027]一種核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼及其制造方法【具體實(shí)施方式】如下:
[0028]各實(shí)施例化學(xué)成分如表1所示。
[0029]表1各實(shí)施例鋼的化學(xué)成分(wt%)
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼，其特征在于:鋼的化學(xué)成分的重量百分比為:.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 ;其余含量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼，其特征在于:鋼中H≤5ppm、.O ≤30ppm、N ≤50ppm。
3.一種用于權(quán)利要求1或2所述的核電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)用鋼的制造方法，其特征在于:包括鐵水深脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、真空處理和連鑄；連鑄坯采用高溫和大壓下進(jìn)行軋制，開軋溫度≥1050°C，終軋溫度≥900°C，軋制總壓下量≥70%，軋后自然冷卻；熱處理工藝為:正火溫度920±10°C，保溫時(shí)間2~4min/mm，回火溫度685± 10°C，保溫時(shí)間5~1Omin/mmD
【文檔編號(hào)】C22C38/26GK103510009SQ201210204271
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】孫殿東, 蘇春霞, 王勇, 王長(zhǎng)順, 陳本文, 張起生, 喬馨, 孫明君, 石鋒濤 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司