一种核反应堆压力容器用钢及其制备方法技术

技术编号:14137603 阅读:283 留言:0更新日期:2016-12-10 10:56
本发明专利技术提供了一种核反应堆压力容器用钢,按质量百分比计,包括以下组分:0.12%~0.20%的C,0.05%~0.15%的Si,0.25%~0.40%的Mn,≤0.006%的P,≤0.004%的S,3.0%~3.9%的Ni,1.5%~2.9%的Cr,0.45%~0.70%Mo,0.01%~0.02%的Al,余量的Fe。在本发明专利技术中,在所限定的成分基础上,淬透性得到明显提高,确保各组分间的协调配合,保证各组分单独存在时作用的充分发挥;各组分协调配合影响相变过程中所析出的碳化物的大小、分布状态、形状、含量,进而影响组织的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于压力容器用钢
,尤其涉及一种核反应堆压力容器用钢及其制备方法
技术介绍
随着各国经济的快速发展和传统能源的局限性扩大,核能作为人类最具发展前景的能源受到各国的青睐,各国均加大了对核能的开发和利用。核反应堆压力容器是核反应堆堆芯的主要支撑结构,通过冷却循环水传输堆芯释放的热量,从而驱动发电机组进行发电,是堆芯的第二道安全屏障。核反应堆压力容器用钢多属于含碳量为0.2%的Mn-Ni-Mo低合金钢,该类钢属于第三代核反应堆压力容器用钢。核反应堆压力容器逐渐向大型化和一体化的方向发展,工作温度和压力更大,要求压力容器具有大厚度、大尺寸和大断面组织性能均匀等特点。但是现有核反应堆压力容器材料用钢淬透性较差,双面淬透深度浅,在进行淬火热处理过程中,尤其是当材料的厚度大于500mm时,难以全部转变为马氏体组织;当材料无法全部得到马氏体组织时,进行调质处理无法形成均匀的组织,进而导致力学性能不均匀,尤其是材料的1/2厚度处,性能最差,其中低温冲击韧性较差。为了弥补性能上的缺陷,需要增加材料的厚度,但是材料厚度的增加会导致核反应堆压力容器原料的重量增大,如建造大于1350MW级的核电站,采用现有Mn-Ni-Mo低合金高强钢材料制备核反应堆压力容器时,原材料的钢锭重达500t,锻件重达350t,由于该类钢的双面淬透深度不足500mm,以目前生产制造水平是难以对如此大的钢锭进行生产,也无法确保大断面处组织及性能的均匀性。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种核反应堆压力容器用钢,本专利技术提供的核反应堆压力容器用钢的具有良好的淬透性,力学性能均匀。为了实现上述专利技术目的,本专利技术提供以下技术方案:本专利技术提供了一种核反应堆压力容器用钢,按质量百分比计,包括以下组分:0.12%~0.20%的C,0.05%~0.15%的Si,0.25%~0.40%的Mn,≤0.006%的P,≤0.004%的S,3.0%~3.9%的Ni,1.5%~2.9%的Cr,0.45%~0.70%Mo,0.01%~0.02%的Al,余量的Fe。优选的,按质量百分比计,包括以下组分:0.13%~0.14%的C,0.05%~0.10%的Si,0.25%~0.40%的Mn,≤0.006%的P,≤0.004%的S,3.0%~3.9%的Ni,1.5%~2.9%的Cr,0.65%~0.70%Mo,0.01%~0.015%的Al,余量的Fe。优选的,所述钢还含有不可避免的气体元素,具体为氮的含量不高于30ppm,氢的含量不高于1.0ppm,氧的含量不高于20ppm。本专利技术还提供了核反应堆压力容器用钢的制备方法,包括以下步骤:(1)提供上述技术方案所限定组分的合金;(2)加热所述合金,在再结晶区进行第一阶段锻造,所述第一阶段锻造的累积变形量为200%~350%:(3)在未再结晶区进行第二阶段锻造后空冷,得到预热处理钢锭,所述第二阶段锻造的累积变形量为50%~150%;(3)将所述步骤(3)得到的预热处理钢锭进行调制处理,得到核反应堆压力容器用钢,所述调质处理的淬火温度为930~950℃,所述调质处理的回火温度为650~670℃。优选的,所述步骤(2)的加热温度为1180~1250℃。优选的,所述第一阶段锻造的始锻温度为1120~1220℃,所述第一阶段锻造的终锻温度不低于1000℃。优选的,所述第二阶段锻造的温度为830~870℃。优选的,在所述淬火温度的保温时长以钢锭的厚度计,所述保温时长为2~3min/mm。优选的,在所述回火温度的保温时长以钢锭的厚度计,所述保温时长为2~4min/mm。本专利技术提供了一种核反应堆压力容器用钢,按质量百分比计,包括以下组分:0.12%~0.20%的C,0.05%~0.15%的Si,0.25%~0.40%的Mn,≤0.006%的P,≤0.004%的S,3.0%~3.9%的Ni,1.5%~2.9%的Cr,0.45%~0.70%Mo,0.01%~0.02%的Al,余量的Fe。在本专利技术中,在所限定的成分基础上,淬透性得到明显提高,确保各组分间的协调配合,保证各组分单独存在时作用的充分发挥;各组分协调配合影响相变过程中所析出的碳化物的大小、分布状态、形状、含量,进而影响组织的性能,本专利技术提供的压力容器用钢按照所限定的组分,确保形成分布均匀的碳化物,提高用钢组织均匀性和力学性能。本专利技术采用再结晶区和未再结晶区两阶段锻造方法,使得组织在发生变形的同时发生动态再结晶,以限定的累积变形量进行锻造,促进动态再结晶的发生,以从而最大程度细化组织和晶粒,提高组织均匀性。经过细化后的组织和晶粒为后续热处理提供组织基础,确保热处理过程中的相变强化、细晶强化、固溶强化和析出强化发挥最佳的强化作用,进一步提高材料的性能。本专利技术实施例的结果表明,本专利技术提供的压力容器用钢的锻造件在多种状态下的力学性能满足核反应堆压力容器用钢的要求:经调质处理,屈服强度≥450MPa,抗拉强度达到750~900MPa;在模拟焊后热处理状态,屈服强度≥420MPa,抗拉强度在700~850MPa之间;在550~610℃高温拉伸状态,屈服强度≥400MPa,抗拉强度在600~700MPa之间;不同状态下的-29℃冲击吸收能量均保持在50J以上。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例1得到的核反应堆压力容器用钢的金相组织示意图;图2为高温拉伸试验工艺曲线示意图;图3为高温拉伸试验后工件示意图;图4为本专利技术得到的核反应堆压力容器用钢的CCT曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种核反应堆压力容器用钢,按质量百分比计,包括以下组分:0.12%~0.20%的C,0.05%~0.15%的Si,0.25%~0.40%的Mn,≤0.006%的P,≤0.004%的S,3.0%~3.9%的Ni,1.5%~2.9%的Cr,0.45%~0.70%Mo,0.01%~0.02%的Al,余量的Fe。本专利技术提供的核反应堆压力容器用钢在所限定的成分基础上,淬透性得到明显提高,确保各组分间的协调配合,保证各组分单独存在时作用的充分发挥;各组分协调配合影响相变过程中所析出的碳化物的大小、分布状态、形状、含量,进而影响组织的性能,本专利技术提供的压力容器用钢按照所限定的组分,确保形成分布均匀的碳化物,提高用钢组织均匀性和力学性能。本专利技术提供的核反应堆压力容器用钢,以质量百分含量计,包括0.12%~0.20%的C,优选为0.121%~0.19%,进一步优选为0.13%~0.14%。本专利技术,上述质量百分含量的C确保所述用钢的强度的提高的同时提高韧性,避免所述用钢的焊接性能的下降以及减弱所述用钢的辐照脆化倾向。本专利技术提供的核反应堆压力容器用钢,以质量百分含量计,包括0.055~0.15%的Si,优选为0.05%~0.10%,进一步优选为0.084%~0.095%。在本专利技术中,所述Si作为有效的强化元素,并且能够弱化所述用钢应用过程中随辐照温度的增加,辐照效应的增高趋势,进一步提高所述用钢的强度。本专利技术提供的核反应堆压力容器用钢,以质量百分含量计,包括0.25%~0.40%的Mn,优选为0.25%~0.40%,进一步优选为0.29%~0.361%。在本专利技术中,所述Mn起本文档来自技高网...
一种核反应堆压力容器用钢及其制备方法

【技术保护点】
一种核反应堆压力容器用钢,按质量百分比计,包括以下组分:0.12%~0.20%的C,0.05%~0.15%的Si,0.25%~0.40%的Mn,≤0.006%的P,≤0.004%的S,3.0%~3.9%的Ni,1.5%~2.9%的Cr,0.45%~0.70%Mo,0.01%~0.02%的Al,余量的Fe。

【技术特征摘要】
1.一种核反应堆压力容器用钢,按质量百分比计,包括以下组分:0.12%~0.20%的C,0.05%~0.15%的Si,0.25%~0.40%的Mn,≤0.006%的P,≤0.004%的S,3.0%~3.9%的Ni,1.5%~2.9%的Cr,0.45%~0.70%Mo,0.01%~0.02%的Al,余量的Fe。2.根据权利要求1所述的核反应堆压力容器用钢,其特征在于,按质量百分比计,包括以下组分:0.13%~0.14%的C,0.05%~0.10%的Si,0.25%~0.40%的Mn,≤0.006%的P,≤0.004%的S,3.0%~3.9%的Ni,1.5%~2.9%的Cr,0.65%~0.70%Mo,0.01%~0.015%的Al,余量的Fe。3.根据权利要求1或2所述的核反应堆压力容器用钢,其特征在于,所述钢还含有不可避免的气体元素,具体为氮的含量不高于30ppm,氢的含量不高于1.0ppm,氧的含量不高于20ppm。4.权利要求1~3任一项所述的核反应堆压力容器用钢的制备方法,包括以下步骤:(1)提供包括权利要求1~3任意一项中限定组分的...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈重毅麻永林邢淑清白庆伟王卫东
申请(专利权)人:内蒙古科技大学
类型:发明
国别省市:内蒙古;15

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