【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種低碳當(dāng)量高性能核反應(yīng)堆安全殼用鋼及其制造方法。
技術(shù)介紹
1、ap1000、cap1000等三代壓水堆核電機(jī)組采用雙層安全殼設(shè)計，其中外層為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為鋼制安全殼，組成整個核電機(jī)組最后一道安全防線。鋼制安全殼主要采用asme?sa-738gr.b建造，工程應(yīng)用要求該鋼種在具有中高強(qiáng)度的同時，具有良好的低溫韌性。但隨著更大功率核電技術(shù)的提出及應(yīng)用，對核電站建造所需鋼鐵材料的要求也隨之提高，不僅要求鋼板具有良好的調(diào)質(zhì)態(tài)性能，還必須保證在605℃下，保溫長達(dá)15小時后的模焊態(tài)性能依然保持良好，而且鋼板的高溫拉伸試驗溫度也從150℃提高到了200℃，此外部分厚度鋼板更是增加了應(yīng)變時效敏感性要求。基于應(yīng)用位置的特殊性，核反應(yīng)堆安全殼用鋼在具備優(yōu)異強(qiáng)韌性的同時，還必須保持較低的碳當(dāng)量和焊接裂紋敏感性系數(shù)，以保證鋼板具有良好的焊接性能。
2、現(xiàn)有關(guān)于此類鋼的專利技術(shù)專利中，存在著綜合性能差，模焊態(tài)性能無法保證等問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本專利技術(shù)提供了一種不大于60mm厚低碳當(dāng)量高性能核反應(yīng)堆安全殼用鋼及其制造方法，按照本專利技術(shù)制造的鋼板不僅具有良好的強(qiáng)韌性、而且具有較低的碳當(dāng)量、焊接裂紋敏感性系數(shù)、應(yīng)變時效敏感性系數(shù)，而且易焊接，更重要的是鋼板在長時、高溫模擬焊后熱處理后依然能保持良好的力學(xué)性能，完全滿足更大功率核電機(jī)組對安全殼用鋼高安全性能的使用要求。
2、本專利技術(shù)提供的是一種低碳當(dāng)量高性能核
3、一種低碳當(dāng)量高性能核反應(yīng)堆安全殼用鋼，按重量百分比包含如下成分：c：0.05～0.10％；si：0.10％～0.30％；mn：0.30％～0.90％；p≤0.010％；s≤0.005％；ni：0.10％～0.35％；cu：0.15％～0.45％；mo：0.21％～0.65％；v：0.051％～0.085％；nb：0.041％～0.085％；al：0.055％～0.095％；n：0.02％～0.05％；ca：0.002％-0.005％；1＜mn/mo＜2；余量為fe和不可避免的雜質(zhì)；ceq＜0.40％；pcm＜0.20％。
4、所述低碳當(dāng)量高性能核反應(yīng)堆安全殼用鋼的厚度不大于60mm。
5、采用上述成分設(shè)計理由如下：(主要成分的機(jī)理細(xì)化)
6、(1)c：主要用于促進(jìn)貝氏體的生成，并強(qiáng)化基體組織；與v、nb形成細(xì)小的碳化物，在加熱、軋制和冷卻過程中起到沉淀強(qiáng)化作用，從而提高鋼板的強(qiáng)韌性。如果碳含量過低，會使碳化物等的生成量降低，影響沉淀強(qiáng)化效果；碳含量過高，將促進(jìn)馬氏體和貝氏體復(fù)相組織的形成，損壞鋼板的應(yīng)變沖擊性能和性能穩(wěn)定性。因此，本專利技術(shù)鋼中c含量設(shè)計為0.05-0.10％。
7、(2)si：硅在本專利技術(shù)鋼中主要用于還原劑和脫氧劑，特別是與ca聯(lián)合使用，能顯著提高脫氧效果，從而保證本專利技術(shù)鋼中al的合金作用。硅含量過高，降低鋼的焊接性能，且易形成粗大的硅酸鹽夾雜物，損壞鋼的塑韌性。因此，根據(jù)需要本專利技術(shù)鋼中si含量控制為0.10-0.30％。
8、(3)mn：用于擴(kuò)大奧氏體未再結(jié)晶區(qū)和奧氏體穩(wěn)定性，提高形變位錯亞結(jié)構(gòu)和形變帶密度。冷卻過程中，細(xì)化板條貝氏體組織，提高鋼板強(qiáng)韌性。更重要的是本專利技術(shù)通過mn與mo的合理搭配使用，在模擬焊后熱處理過程中可以有效抑制鋼中碳化物的聚集長大，保證碳化物尺寸在50nm以下，彌散分布在貝氏體板條間，從而使鋼板在模擬焊后熱處理后依然保持良好的力學(xué)性能。錳含量過高不僅提高碳當(dāng)量，影響鋼板的焊接性能，而且具有促進(jìn)馬氏體形成的傾向，無法保證本專利技術(shù)鋼強(qiáng)韌性的良好控制，因此本專利技術(shù)設(shè)計mn含量為0.30～0.90％。
9、(4)p、s：在本專利技術(shù)鋼中均為有害元素，控制含量越低越好，但考慮到煉鋼條件和成本，本專利技術(shù)要求控制鋼中的p≤0.010％，s≤0.005％。
10、(5)ni：本專利技術(shù)鋼中通過添加適量的ni用于擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，提高控軋變形效果，促進(jìn)細(xì)小形變組織的生成。ni還可以提高鋼的疲勞抗力，減小鋼的時效敏感性，對提高鋼的時效沖擊性能具有積極的作用。鎳含量增加，不利于焊接性能的提高，且鎳為貴金屬，應(yīng)用成本較高，所以本專利技術(shù)ni含量為0.10％～0.35％。
11、(6)cu：用于抑制γ→α轉(zhuǎn)變，避免先共析鐵素體的產(chǎn)生。用于擴(kuò)大奧氏體未再結(jié)晶區(qū)以細(xì)化晶粒和提高鋼板淬透性、提高析出強(qiáng)化效果。提高鋼板的高溫拉伸性能，降低鋼板經(jīng)模擬焊后熱處理后強(qiáng)度的損失。銅含量過高易產(chǎn)生脆化現(xiàn)象，因此本專利技術(shù)設(shè)計cu：0.15-0.45％。
12、(8)mo：mo與mn的合理搭配使用，在模擬焊后熱處理過程中可以有效抑制鋼中碳化物的聚集長大，保證碳化物尺寸在50nm以下，彌散分布在板條貝氏體間，從而使鋼板在模擬焊后熱處理后依然具有良好的強(qiáng)韌性?？山档拓愂象w轉(zhuǎn)變的臨界冷速，有利于在較寬的冷速范圍內(nèi)促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變，使較厚的鋼板具有較好的工藝適應(yīng)性。當(dāng)鉬與鈮同時加入時，鉬在控軋過程中可提高nb的碳氮化物對奧氏體再結(jié)晶的抑制作用，進(jìn)而促使奧氏體的細(xì)化。過多的鉬會損害焊接時形成的熱影響區(qū)的韌性，降低鋼的焊接性，因此本專利技術(shù)設(shè)計mo含量為0.21％～0.65％。
13、(9)v：在富氮條件下，用于形成穩(wěn)定的氮化物，用于軋制變形和冷卻中彌散析出，從而釘扎晶界，細(xì)化晶粒。在回火和模擬焊后熱處理過程中形成大量穩(wěn)定的碳氮復(fù)合析出物，提高鋼板的耐回火和模擬焊后熱處理性能。本專利技術(shù)鋼中v含量控制為0.051％～0.085％。
14、(10)nb：高含量的鈮在鋼坯加熱中可阻止奧氏體晶粒的粗化，使鋼板具有較小的原始晶粒度。用于抑制高溫變形過程中的再結(jié)晶，擴(kuò)大奧氏體未再結(jié)晶區(qū)范圍，從而有利于奧氏體未再結(jié)晶區(qū)的多道次軋制，起到很好的晶粒細(xì)化效果。在焊接時，可以抑制先共析鐵素體的生成，提高熱影響區(qū)的低溫韌性。本專利技術(shù)鋼中nb含量為0.041％～0.085％。
15、(11)al：在本專利技術(shù)鋼中，al作為合金元素加入，主要作用有：1)固溶強(qiáng)化；2)減輕鋼板的時效敏感性，改善鋼板的低溫韌性；3)提高鋼板的高溫抗氧化性，使鋼板在模擬焊后熱處理后依然保持良好的高溫拉伸性能。本專利技術(shù)鋼中al含量控制在0.055％～0.095％。
16、(12)n：用于擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，提高控軋變形效果，促進(jìn)細(xì)小形變組織的生成。用于形成氮化物，提高v、nb等的強(qiáng)化效果，改善鋼板的綜合性能。起到一定的固溶強(qiáng)化作用。提高鋼板的高溫強(qiáng)度。氮含量過高增加鋼板時效傾向以及冷脆性和熱脆性，損壞鋼板的焊接性能，因此本專利技術(shù)設(shè)計n含量為0.02％～0.05％。
17、(13)ca：用于球化夾雜物，脫氧、去硫，并改善鋼水的流動性，降低成分偏析，提高鋼板組織和性能均勻性。與si聯(lián)合使用，能顯著提高脫氧效果，降低al的損耗，從而保證本專利技術(shù)鋼中al的合金作用得以充分發(fā)揮。因此根據(jù)需要，本專利技術(shù)鋼中ca含量設(shè)計為0.002％-0.005％。...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種低碳當(dāng)量高性能核反應(yīng)堆安全殼用鋼，其特征在于，按重量百分比包含如下成分：C：0.05％～0.10％；Si：0.10％～0.30％；Mn：0.30％～0.90％；P≤0.010％；S≤0.005％；Ni：0.10％～0.35％；Cu：0.15％～0.45％；Mo：0.21％～0.65％；V：0.051％～0.085％；Nb：0.041％～0.085％；Al：0.055％～0.095％；N：0.02％～0.05％；Ca：0.002％-0.005％；1＜Mn/Mo＜2；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；Ceq＜0.40％；Pcm＜0.20％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳當(dāng)量高性能核反應(yīng)堆安全殼用鋼，其特征在于，厚度不大于60mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳當(dāng)量高性能核反應(yīng)堆安全殼用鋼，其特征在于，鋼板室溫拉伸抗拉強(qiáng)度為640-680MPa，屈服強(qiáng)度為555-604MPa，斷后伸長率為26-29％；200℃高溫拉伸抗拉強(qiáng)度為569-641MPa，屈服強(qiáng)度為481-557MPa；-45℃沖擊功＞270J，6％應(yīng)變時效沖擊功＞250J；-45℃下的應(yīng)變時效敏感
4.權(quán)利要求1-3中任意一項所述的低碳當(dāng)量高性能核反應(yīng)堆安全殼用鋼的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：冶煉—連鑄—加熱—控軋控冷—緩冷—離線回火熱處理；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述冶煉的方式為轉(zhuǎn)爐+LF精煉+RH精煉；所述連鑄的方式為澆鑄，所述連鑄坯的厚度為200～300mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述LF精煉后期喂Si-Ca線，喂線速度為150～260m/min，喂完Si-Ca線進(jìn)行軟吹，軟吹5～10min；所述RH精煉中真空循環(huán)脫氣的時間為17～26min。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述澆鑄時，控制中間包過熱度為17～25℃，在連鑄末端投入壓下裝置，壓下量為12-20mm，并控制拉坯速度為0.7～1.2m/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述加熱溫度為1140～1210℃，保溫時間為1～5h。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種低碳當(dāng)量高性能核反應(yīng)堆安全殼用鋼，其特征在于，按重量百分比包含如下成分：c：0.05％～0.10％；si：0.10％～0.30％；mn：0.30％～0.90％；p≤0.010％；s≤0.005％；ni：0.10％～0.35％；cu：0.15％～0.45％；mo：0.21％～0.65％；v：0.051％～0.085％；nb：0.041％～0.085％；al：0.055％～0.095％；n：0.02％～0.05％；ca：0.002％-0.005％；1＜mn/mo＜2；余量為fe和不可避免的雜質(zhì)；ceq＜0.40％；pcm＜0.20％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳當(dāng)量高性能核反應(yīng)堆安全殼用鋼，其特征在于，厚度不大于60mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳當(dāng)量高性能核反應(yīng)堆安全殼用鋼，其特征在于，鋼板室溫拉伸抗拉強(qiáng)度為640-680mpa，屈服強(qiáng)度為555-604mpa，斷后伸長率為26-29％；200℃高溫拉伸抗拉強(qiáng)度為569-641mpa，屈服強(qiáng)度為481-557mpa；-45℃沖擊功＞270j，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡海洋，高天宇，張瀚寧，陳捷，王爽，顏秉宇，王勇，孫殿東，黃健，張建平，
申請(專利權(quán))人：鞍鋼股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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