本發(fā)明屬于黑色金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及特別涉及550mpa級(jí)核電穩(wěn)壓器設(shè)備用鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
：核能作為一種清潔、安全、穩(wěn)定的能源，已越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視，安全利用核能、大力發(fā)展核電已成為一種趨勢(shì)。我國(guó)目前已經(jīng)成為世界上在建核電機(jī)組最多的國(guó)家，同時(shí)作為核電技術(shù)輸出國(guó)，已先后與南非、巴基斯坦、土耳其等國(guó)家簽訂相關(guān)協(xié)議，為其建設(shè)先進(jìn)核電機(jī)組。其中在核島設(shè)備中穩(wěn)壓器屬于核一級(jí)裝備，由于需要與具有放射性的高溫、高壓的水相接觸，因此應(yīng)用位置極為關(guān)鍵。同時(shí)為保證安全、減少焊縫，通常情況下，穩(wěn)壓器筒體是由上、中、下三塊鋼板壓制、焊接而成，每塊鋼板厚度為119mm。穩(wěn)壓器封頭由上、下封頭組成，每個(gè)封頭均由一張鋼板壓制而成，鋼板厚度為100mm，因此上述鋼板不僅超厚，而且還超寬(寬度為4000mm以上)，同時(shí)在綜合性能要求方面更為嚴(yán)格，因此從國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)裝備能力來(lái)看，生產(chǎn)此類鋼板均有較大難度。目前世界上生產(chǎn)該類鋼板的企業(yè)主要是法國(guó)industeel，鋼種是rcc-mm2126標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的16mnd5，生產(chǎn)方式是采用大型鋼錠軋制而成。從其生產(chǎn)情況來(lái)看主要存在兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是按rcc-mm2126標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，鋼中的c及ni、mo等元素含量控制不盡合理，調(diào)質(zhì)處理(以下簡(jiǎn)稱qt)后雖然可以獲得回火索氏體組織，但 再經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間模擬焊后熱處理(以下簡(jiǎn)稱spwht)，鋼中會(huì)析出大量合金碳化物，從而造成強(qiáng)度及韌性下降，難以滿足要求。通常情況下，此類鋼只能滿足10小左右的spwht，而難以滿足實(shí)際生產(chǎn)中長(zhǎng)達(dá)16-16.5小時(shí)的spwht要求；二是由鋼錠直接軋制成鋼板，通常情況下由于軋機(jī)能力的限制，鋼板中心部位不能充分參與變形，因此一些中心疏松、裂紋不能得到有效焊合，從而造成探傷不合，這對(duì)于核一級(jí)設(shè)備用鋼而言是極為致命的。本發(fā)明通過(guò)實(shí)踐，在合金元素方面進(jìn)行了改進(jìn)，引入固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化及細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制，再配合適宜的軋制和熱處理工藝，從而保證鋼板在不同狀態(tài)下的性能滿足要求；同時(shí)利用水壓機(jī)優(yōu)勢(shì)，將鋼錠鍛造成適宜的鋼坯，確保鋼坯中心部位缺陷焊合，組織致密，從根本上解決了上述問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)核電用鋼已形成較多專利及文獻(xiàn)《核電站安全殼用厚鋼板及其制造方法》(申請(qǐng)?zhí)枺?01210269122.1)，公開了一種核電站安全殼用厚鋼板，其厚度為10-60mm，其化學(xué)成分為:c:0.06-0.15％；si:0.10-0.40％；mn:1.0-1.5％；mo:0.10-0.30％；p≤0.012％；s≤0.003％；al:0.015-0.050；ni:0.20-0.50％；以及v≤0.05％，ti≤0.03％，cr≤0.25，nb≤0.03％，ca:0.0005-0.005％中的至少一種；余量為fe和其他不可避免的雜質(zhì)。主要涉及的核電站安全殼用厚鋼板具有高強(qiáng)度、高韌性，并且在低溫情況下母材及熱影響區(qū)都具有良好的沖擊韌性，適合應(yīng)用于核電站安全殼制造領(lǐng)域?！兑环N第三代核電站反應(yīng)堆安全殼用鋼板及其制造方法》(申請(qǐng)?zhí)枺?01210282831.3)，主要涉及一種第三代核電站反應(yīng)堆安全殼用鋼板及其制造方法，其成分范圍為：c:0.08-0.12％；si:0.15-0.55％；mn:0.9-1.5％；p≤0.007％；s≤0.004％；ni:0.1-0.5％；cr:0.0-0.3％； mo:0.10-0.35％；v:0.010-0.050％；nb:0.010-0.030％；ti:0.008-0.035％；al:0.020-0.050％；n≤0.006％；nb+v≤0.08％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明制造的鋼板，抗拉強(qiáng)度達(dá)到600mpa以上，耐200℃高溫性能，成本低廉，焊接性能優(yōu)良。但檢驗(yàn)核反應(yīng)堆安全殼用鋼板的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)是模擬焊后熱處理后鋼板的力學(xué)性能，該專利中未提及其模擬焊后熱處理的性能。上述兩項(xiàng)發(fā)明均涉及核反應(yīng)堆安全殼的建造，而本發(fā)明主要涉及的核級(jí)設(shè)備安注箱殼體建造?！兑环N核電工程用復(fù)合鋼板及其制備方法》(申請(qǐng)?zhí)枺?01210349026.8)，主要涉及一種核電工程用復(fù)合鋼板，包含基板和復(fù)板，基板為鎮(zhèn)靜鋼鋼板，復(fù)板為鉻鎳奧氏體不銹鋼鋼板?；宄煞譃椋篶≤0.025％；si:0.10-0.50％；mn:1.00-1.80％；p≤0.015％；s≤0.015％；ni:0.30-0.80％；cr≤0.25％；mo:0.35-0.70％；cu≤0.12％；v≤0.06％；nb≤0.02％；ti≤0.03％；co≤0.25％；al≥0.02％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。該專利除公開了鋼板化學(xué)成分外，重點(diǎn)公開了復(fù)合鋼板的制備方法，雖然提到了基板與復(fù)板的成分，但對(duì)于復(fù)合鋼板的軋制工藝和熱處理工藝并沒有提出。《一種核電站壓力容器及設(shè)備閘門用鋼板及其制造方法》(申請(qǐng)?zhí)枺?01310076884.4)，主要涉及一種核電站壓力容器及設(shè)備閘門用鋼板，鋼板包括：c:0.10-0.20％；si:0.15-0.35％；mn:1.00-1.65％；p≤0.015％；s≤0.005％；ni:0.50-0.85％；cr≤0.15％；cu≤0.06％；mo≤0.05％；v≤0.020％；nb≤0.040％；ti≤0.020％；al:0.020-0.050％； n≤0.015％；as≤0.015％；sn≤0.010％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。該專利主要公開了在現(xiàn)有設(shè)備條件下采用轉(zhuǎn)爐冶煉，實(shí)現(xiàn)了潔凈鋼的生產(chǎn)。同時(shí)鋼板生產(chǎn)成本低，具有穩(wěn)定的組織性能，低溫韌性和高溫性能，焊接性能、冷熱加工性能優(yōu)良，其韌脆轉(zhuǎn)變溫度tndt≤-28℃。但與本發(fā)明相比，一方面用途不同(本發(fā)明主要涉及核島設(shè)備——安注箱殼體基板用鋼)，對(duì)比專利的組織為鐵素體+珠光體，并且該發(fā)明中提出熱處理狀態(tài)為正火?！兑环N核電工程設(shè)備用超大厚度鋼板及生產(chǎn)方法》(201210309621.9)，主要涉及一種核電工程設(shè)備用超大厚度鋼板及生產(chǎn)方法，屬于煉鋼生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域：
?；瘜W(xué)成分包括：c≤0.020％；si:0.10-0.30％；mn:1.15-1.60％；p≤0.012％；s≤0.010％；ni:0.50-0.80％；cr≤0.20％；mo:0.45-0.55％；cu≤0.18％；v≤0.01％；nb≤0.02％；ti≤0.03％；al總≥0.020％；cu+6sn≤0.33％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。該專利主要應(yīng)用于核電站蒸發(fā)器、高壓封頭及壓力容器等關(guān)鍵設(shè)備的制造。與本發(fā)明涉及的鋼板雖同樣屬于特厚板(厚度≥100mm)，但在成分設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝及性能方面存在明顯不同?！兑环N核電站機(jī)械模塊支撐件用高強(qiáng)韌鋼板及其制造方法》(申請(qǐng)?zhí)枺?01310083274.7)，主要涉及一種核電站模塊支撐件用鋼板，成分包括：c:0.08-0.22％；si:0.15-0.45％；mn:0.60-1.10％；p≤0.020％；s≤0.015％；ni:0.60-1.00％；cr:0.40-0.70％；cu:0.15-0.55％；mo:0.40-0.60％；v:0.020-0.080％；ti:0.008-0.030％；b:0.0005-0.005％； al:0.020-0.050％，余量為鐵及雜質(zhì)。該專利在低碳含量設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上適當(dāng)添加合金元素，使鋼的抗拉強(qiáng)度達(dá)到800mpa以上。不足之處在于，厚度規(guī)格僅限于6-65mm、沖擊功平均值為160mpa，不適于安注箱基板的制造。文獻(xiàn)“核電壓力容器用厚鋼板sa533b的組織及力學(xué)性能，《材料熱處理學(xué)報(bào)》，2012，第33卷，第8期”報(bào)道了一種620mpa級(jí)核電壓力容器用鋼，其經(jīng)模擬焊后熱處理后板材組織中有鉬的析出，使板材的韌性降低；文獻(xiàn)“核電壓力容器鍛件用16mnd5鋼的熱處理工藝，《鋼鐵研究學(xué)報(bào)》，2012，第21卷，第1期”報(bào)道了采用鍛造工藝生產(chǎn)16mnd5鋼的方法，與本發(fā)明采用鍛造、軋制結(jié)合工藝生產(chǎn)存在生產(chǎn)成本高、周期長(zhǎng)等問(wèn)題，同時(shí)二者在成分控制、其他生產(chǎn)工藝方面存在較大區(qū)別；“核電先進(jìn)堆型與我國(guó)核電發(fā)展，《中國(guó)工程科學(xué)》，2005，第7卷，第11期”主要介紹的是核電機(jī)組堆型以及我國(guó)核電技術(shù)的發(fā)展，并沒有涉及具體裝備及鋼種，與本發(fā)明有較大差別。從上述專利及文獻(xiàn)對(duì)比來(lái)看，均與本發(fā)明提到的550mpa級(jí)核電穩(wěn)壓器設(shè)備用鋼存在較大的區(qū)別，均不能用于制造核電穩(wěn)壓器封頭、筒體等設(shè)備。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用發(fā)明的目的在于克服上述問(wèn)題和不足而提供一種550mpa級(jí)核電穩(wěn)壓器設(shè)備用鋼及其制造方法，鋼板在調(diào)質(zhì)態(tài)(qt)、模擬焊后熱處理態(tài)(spwht)兩種狀態(tài)的力學(xué)性能均保持較高水平，鋼板 厚度1/4處、1/2處的強(qiáng)度及韌性匹配良好、組織穩(wěn)定，完全滿足核電機(jī)組穩(wěn)壓器封頭、筒體等設(shè)備建造的需求。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種550mpa級(jí)核電穩(wěn)壓器設(shè)備用鋼，該鋼板的成分按重量百分比計(jì)如下：c：0.10％～0.20％、si：0.10％～0.40％、mn：1.30％～1.60％、mo：0.40～0.60％、ni：0.60％～0.80％、cr：0.25％～0.45％、v：0.02％～0.05％，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。鋼中的雜質(zhì)元素控制：p≤0.012％、s≤0.008％，[h]≤2.0ppm、[o]≤30ppm。成分設(shè)計(jì)理由如下：c：鋼中c是保證鋼板強(qiáng)度的主要元素，在本技術(shù)方案中，c含量低于0.10％，抗拉強(qiáng)度通常會(huì)滿足不了要求，尤其經(jīng)過(guò)16小時(shí)長(zhǎng)時(shí)間spwht后強(qiáng)度會(huì)進(jìn)一步下降。主要表現(xiàn)為厚規(guī)格鋼板厚度1/2及1/4處難以獲得理想的回火索氏體組織，基體固溶強(qiáng)化作用不足；相反，c含量大于0.20％，會(huì)直接引起韌塑性的下降。因此本發(fā)明要求鋼中c含量范圍為0.10％～0.20％，優(yōu)選控制范圍為0.10％-0.16％。si：si是有效的強(qiáng)化元素，起到脫氧作用，在本技術(shù)方案中要求si含量不小于0.10％；但含量較高會(huì)帶來(lái)韌塑性下降，并惡化焊接性能，因此控制si含量上限為0.40％。而從保證鋼板不同狀態(tài)強(qiáng)韌性能方面考慮，將si含量控制在中限為好，即優(yōu)選控制范圍為0.20％-0.30％。mn：鋼中mn元素除了起強(qiáng)化基體作用外，還能有效地提高鋼的淬透性，同樣有助于提高強(qiáng)度卻降低韌、塑性，因此本技術(shù)方案 mn含量控制為1.30％～1.60％。在實(shí)際生產(chǎn)鋼中mn含量宜控制在中上限，即優(yōu)選控制范圍為1.40％-1.60％。mo：mo的作用是提高淬透性、耐熱性，并與cr、mn共同作用減少或抑制回火脆性。當(dāng)鋼中mo含量控制在0.5％左右時(shí)，幾乎可以完全消除回火脆性；但當(dāng)mo含量小于0.20％或大于0.80％時(shí)，則對(duì)鋼的低溫回火脆性的作用效果不大，因此確定mo成分范圍內(nèi)為0.40～0.60％，優(yōu)選控制mo含量為0.45％-0.55％。ni：ni能夠明顯改善鋼的低溫韌性，同時(shí)提高厚截面鋼板的低溫韌性，使鋼板在具有足夠強(qiáng)度的同時(shí)還具有較高的韌性，滿足指標(biāo)的要求?？紤]到本發(fā)明涉及的鋼板厚度≥100mm，為確保強(qiáng)度及韌、塑性達(dá)到較好匹配，因此本發(fā)明ni含量確定為：0.60％～0.80％。cr：cr在鋼中能顯著改善鋼的抗氧化作用，增加抗腐蝕能力。同時(shí)縮小奧氏體相區(qū)，提高鋼的淬透性能。但cr還會(huì)顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，促進(jìn)回火脆性。為進(jìn)一步保證鋼板不同狀態(tài)時(shí)強(qiáng)度的穩(wěn)定性，本發(fā)明cr含量控制范圍為：0.25％～0.45％，優(yōu)選范圍為0.30％-0.40％。v：核電用鋼要求是細(xì)晶粒鋼，比粗晶粒鋼輻照脆性小。鋼中加入v有細(xì)化晶粒、提高晶粒粗化溫度作用。同時(shí)更為主要的是鋼中加v后，析出第二相粒子在長(zhǎng)時(shí)間spwht過(guò)程中可以起到有效地晶界“釘軋”作用，延緩強(qiáng)度的下降。因此本發(fā)明v含量范圍為0.02％-0.05％，優(yōu)選控制范圍為0.02％-0.04％。p：輻照試驗(yàn)表明，p對(duì)輻照脆化非常敏感，同時(shí)p含量較高， 也易于加劇中心偏析及中心疏松的產(chǎn)生，因此要求鋼中p含量越低越好，本發(fā)明p含量控制范圍為≤0.012％。s：s在鋼中易形成s化物夾雜，降低沖擊韌性，影響焊接性能，同時(shí)加劇中心偏析、疏松等缺陷的產(chǎn)生，因此本發(fā)明s含量控制范圍為≤0.008％，優(yōu)選控制為≤0.002％。氣體[h]、[o]：總體來(lái)講，它們對(duì)鋼的性能均有害，同時(shí)還會(huì)增加輻照脆化效應(yīng)，因此希望把它們的含量要降低到最低水平。本發(fā)明[h]、[o]含量控制范圍為[h]≤2.0ppm、[o]≤30ppm。一種550mpa級(jí)核電穩(wěn)壓器設(shè)備用鋼的制造方法，包括冶煉、鍛造、軋制、熱處理，冶煉：采用電爐、模鑄工藝進(jìn)行生產(chǎn)，冶煉過(guò)程中采用lf爐外精煉和vd真空處理，合格鋼水澆鑄成多角鋼錠；鍛造：多角鋼錠經(jīng)過(guò)多火次燉粗、拔長(zhǎng)，最終生產(chǎn)出的鋼坯厚度330-450mm，整個(gè)過(guò)程始鍛溫度≥1180℃，終鍛溫度≥800℃，鍛造比≥6.0；軋制：鋼坯加熱溫度≥1100℃，軋制鋼板厚度≥100mm，總壓下比≥2.5，平均軋制道次變形量≥10％；熱處理：鋼板軋后需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，確保組織均勻、晶粒細(xì)小、性能穩(wěn)定。調(diào)質(zhì)工藝為：淬火：900℃±15℃，保溫時(shí)間：2-4min/mm，充分保溫以保證形成均勻的奧氏體組織，然后立即進(jìn)行水淬直到鋼板表面溫度降至 100℃以下?；鼗穑?45℃±15℃，保溫時(shí)間：1-3min/mm，充分保溫以保證鋼中碳化物析出，并形成穩(wěn)定的回火索氏體組織。本發(fā)明的有益效果在于：鋼板厚度≥100mm，寬度及長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行生產(chǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果如下(以119mm板為例)：⑴本發(fā)明鋼板經(jīng)qt后，不同狀態(tài)下均具有較好的強(qiáng)度水平：從qt和spwht兩種狀態(tài)來(lái)看，鋼板厚度1/4處及1/2處的強(qiáng)度下降幅度均較小且可控，完全可以滿足指標(biāo)要求。⑵本發(fā)明鋼板經(jīng)qt后，不同狀態(tài)下的-20℃沖擊吸收能量同樣保持在較高的水平，不僅滿足指標(biāo)的要求，而且具有較大的余量：附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1調(diào)質(zhì)態(tài)厚度1/4處顯微組織圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1模擬焊后熱處理厚度1/4處顯微組織圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2調(diào)質(zhì)態(tài)厚度1/2處顯微組織圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2模擬焊后熱處理態(tài)厚度1/2處顯微組織圖。具體實(shí)施方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)技術(shù)方案的組分配比，進(jìn)行冶煉、鍛造、軋制、熱處理。本發(fā)明實(shí)施例鋼的成分見表1。本發(fā)明實(shí)施例鋼的鍛造工藝參數(shù)見表2。本發(fā)明實(shí)施例鋼的軋制和熱處理見表3。本發(fā)明實(shí)施例鋼性能見表4。表1本發(fā)明實(shí)施例鋼的成分見表2本發(fā)明實(shí)施例鋼的鍛造工藝參數(shù)實(shí)施例始鍛溫度/℃終鍛溫度/℃終鍛尺寸(厚度)/mm鍛造比112008403509.44212208503509.44312509104008.26412609204008.26512309204207.86612008904207.86712509304506.86812609404506.86表3本發(fā)明實(shí)施例鋼的軋制和熱處理表4本發(fā)明實(shí)施例鋼性能當(dāng)前第1頁(yè)12