一种低合金钢制造技术

本发明专利技术公开了一种低合金钢，以质量百分比计，其成分为：C：0.16～0.22%，Si：0.10～0.30%，Mn：1.20～1.60%，P：0.008%以下，S：0.005%以下，Cr：0.15%以下，Ni：0.50～0.80%，Mo：0.43～0.57%，V：0.01%以下，Cu：0.08%以下，Al：0.04%以下，Co：0.03%以下，As：0.010%以下，Sn：0.010%以下，Sb：0.002%以下，B：0.0005%以下，H：0.8ppm以下，其余成分为Fe。本发明专利技术的优点在于，辐照敏感性低，耐辐照脆化性能优越，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种低合金钢
本专利技术涉及一种辐照敏感性低的低合金钢。本专利技术的低合金钢适用于制造反应堆 压力容器。
技术介绍
反应堆压力容器是压水堆核电厂的关键设备之一，其主要安全功能是：容纳反应 堆的堆芯部件、堆内构件及堆芯测量部件；支承反应堆控制棒驱动机构和其他堆顶结构部 件；组成反应堆冷却剂系统的压力边界；构筑核岛堆芯放射性安全防护的第二道重要屏 障。由于其寿期内不可更换，因而反应堆压力容器的可靠性是决定压水堆核电厂寿命的关 键因素。随着核工业的发展，提高核电厂的经济性是必然的发展趋势，因此反应堆压力容器 寿命的延长和可靠性的增强是保证核电厂长寿期运行的关键。 反应堆压力容器长时间在高剂量辐照环境下工作。因此，通常要求用于制造反应 堆压力容器的材料具备较低的辐照敏感性以及较低的初始无延性转变温度(初始RT mT)。 当前，用于制造反应堆压力容器的材料主要为16MND5,但是其中的辐照敏感元素 的含量依然较高，且初始无延性转变温度(初始RT ndt)偏高，制约了反应堆压力容器的使用 寿命，其使用寿命一般为40年左右。
技术实现思路
本专利技术的目的即在于提供一种辐照敏感性低、耐辐照脆化性能优越以及使用寿命 长的低合金钢。 为了达到上述目的，专利技术人针对16MND5,详细研究了其中化学组织对低合金钢辐 照敏感性和初始无延性转变温度的影响。结果，得到了如下新的见解： I. Mn和Ni能够增加 γ相、细化晶粒、提高淬透性，改善钢材的综合性能。在热环境 中Ni和S容易化合，在晶界上形成低熔点的NiS网状组织而产生热脆，当Ni含量高于0. 8% 时热脆程度逐步增强，因此必须控制Ni含量上限。Cr和Mo能够提高钢的淬透性、降低无延 性转变温度。经辐照后，固溶的Cr原子可以捕获自由的C原子和N原子，减少间隙原子对 辐照的影响。Mo能降低回火脆性，明显抑制辐照脆化，而且基体中的Mo有控制P、S等杂质 原子偏聚的作用，但是Mo含量过高则导致基体中Mo含量的降低，因此Mo含量必须进行控 制。V能够细化晶粒、提高钢的强度、韧性，但是V是对辐照敏感性害的元素，不仅产生辐照 脆化，辐照时V的碳化物析出同样会引起脆化。V含量增加容易引起焊接热影响区脆化，增 加了钢的热裂纹敏感性。因此必须控制V含量上限。 2. Co受中子辐照后生成放射性同位素6°Co,继续衰变后生成6°Ni，并放射出对人 体严重危害的Y射线，因此必须严格控制Co含量。B的同位素 kiB具有很大的中子吸收截 面，钢中含有B会导致辐照脆化明显加剧，需要严格控制其含量。Si有稳定辐照缺陷的作 用，随着辐照温度增高，会降低点缺陷的自愈能力，辐照效应随之增加。因此，Si含量过高 会导致低合金钢的辐照敏感性提高，因此其含量不宜偏高。P和S不仅降低钢的塑性，而且 有加速辐照脆化的倾向，必须严格控制，尽量降低其含量。 3. Cu对辐照脆化影响很大，其原因是低合金钢材料中残余Cu含量远大于300°C 时0. 002%的溶解度，同时辐照能使Cu的沉淀提高几个数量级。沉淀出的自由Cu对中子串 级碰撞产生的微孔洞具有稳定作用，而微孔洞又是辐照脆化的重要原因。辐照会加速产生 微小的含有Ni和Mn的富Cu沉淀，它们因阻碍位错运动而引起材料的脆化和脆化。 Ni是扩大奥氏体相、细化晶粒、球化碳化物和保证综合性能以及提高淬透性的有 效元素。但试验表明Ni对材料辐照脆化的影响与Cu含量和快中子注量的高低密切相关。 Ni和Cu有相互促进的作用。当Cu含量较低时，Ni对辐照危害较小；当Cu含量较高时，Ni 对辐照危害较大。同样当Ni含量较高时，Cu对辐照影响也愈大。二者相辅相成的现象同 Ni、Cu及空位形成更稳定的Cu-Ni-空位复杂缺陷有关。Ni和Cu的合理成分匹配可以明显 减小辐照效应，即Ni含量不宜过高，Cu含量应尽量低。 P对辐照脆化的影响与P在晶界的偏析有关。P原子扩散到晶界呈现P、Ni、Mn的 大量富集，引起偏析使晶界表面能降低，从而使初始无延性转变温度(初始RT ndt)升高，加大 材料的辐照脆化程度。同时P对辐照脆化的影响与Cu含量有关，当Cu较低时，聚集成几个 纳米大小的P原子群和磷化物沉淀比较多，因此表现出P对辐照很敏感；当Cu含量高时，P 被结合在富Cu沉淀中，产生铜磷化物，P的单独影响随着Cu增加而被降低了。 S易与Mn和Fe反应生成低熔点的FeS和MnS，增加了低合金钢材料的脆性并降低 最大冲击功，从而使上平台能量降低。 基于上述分析，Cu与Ni和P的交互作用是影响低合金钢的辐照性能的最不利因 素。Ni是钢中的合金元素，当适当增加 Ni以提高钢的韧性时，必须伴随降低Cu含量，以免 辐照效应增大；而Cu含量低时P的危害增大，因此同时应降低P含量。 本专利技术是基于上述见解完成的，其要旨在于下述低合金钢。 一种低合金钢，以质量百分比计，其成分为：C :0. 16?0. 22%，Si :0. 10?0. 30%， Mn :1. 20 ?1. 60%，P :0. 008% 以下，S :0. 005% 以下，Cr :0. 15% 以下，Ni :0. 50 ?0. 80%，Mo : 0· 43 ?0· 57%，V :0· 01% 以下，Cu :0· 08% 以下，Al :0· 04% 以下，Co :0· 03% 以下，As :0· 010% 以下，Sn :0· 010%以下，Sb :0· 002%以下，B :0· 0005%以下，H :0· 8ppm以下，其余成分为Fe。 作为优化，其中P的质量百分比在0. 006%以下，Cu的质量百分比在0. 05%以下，B 的质量百分比在〇. 0003%以下。 作为进一步的优化，一种低合金钢，以质量百分比计，其成分为：C :0. 18%，Si : 0. 18%, Mn ：1, 36%, P ：0. 005%, S ：0. 002%, Cr ：0. 12%, Ni ：0. 75%, Mo ：0. 48%, V ：0. 004%, Cu ： 0. 02%, Al ：0. 007%, Co ：0. 02%, As ：0. 002%, Sn ：0. 002%, Sb ：0. 0007%, B ：0. 0002%, H ：0. 6ppm, 其余成分为Fe。 作为进一步的优化，一种低合金钢，以质量百分比计，其成分为：C :0. 17%，Si : 0. 19%, Mn ：1, 40%, P ：0. 005%, S ：0. 002%, Cr ：0. 12%, Ni ：0. 71%, Mo ：0. 48%, V ：0. 01%, Cu ： 0. 02%, Al ：0. 01%, Co ：0. 02%, As ：0. 002%, Sn ：0. 002%, Sb ：0. 0007%, B ：0. 0002%, H ：0. 8ppm, 其余成分为Fe。 本专利技术的优点和有益效果在于： 本专利技术的低合金钢，在反应堆堆芯辐照照射的情况下，也能实现以往的低合金钢（如 16MND5)难以达到的低辐照敏感性和低初始无延性转变温度(初始RTndt),抗辐照脆化能力 强。因此，将本专利技术用于反应堆压力容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低合金钢，其特征在于，以质量百分比计，其成分为：C：0.16～0.22%，Si：0.10～0.30%，Mn：1.20～1.60%，P：0.008%以下，S：0.005%以下，Cr：0.15%以下，Ni：0.50～0.80%，Mo：0.43～0.57%，V：0.01%以下，Cu：0.08%以下，Al：0.04%以下，Co：0.03%以下，As：0.010%以下，Sn：0.010%以下，Sb：0.002%以下，B：0.0005%以下，H：0.8ppm以下，其余成分为Fe。

【技术特征摘要】
1. 一种低合金钢，其特征在于，以质量百分比计，其成分为：c :0. 16?0.22%，Si : 0. 10 ?0. 30%，Mn :1. 20 ?1. 60%，P :0. 008% 以下，S :0. 005% 以下，Cr :0. 15% 以下，Ni : 0· 50 ?0· 80%，M〇 :0· 43 ?0· 57%，V :0· 01% 以下，Cu :0· 08% 以下，A1 :0· 04% 以下，Co :0· 03% 以下，As :0· 010% 以下，Sn :0· 010% 以下，Sb :0· 002% 以下，B :0· 0005% 以下，Η :0· 8ppm 以下， 其余成分为Fe。2. 根据权利要求1所述的一种低合金钢，其特征在于；P的质量百分比在0. 006%以下， Cu的质量百分比在0. 05%以下，B的质量百分比在0. 0003%以下。3. 根据权利要求1所述的一种低合金钢，其特征在于，以质量百分比计，其成分为： C ：0. 18%, Si ：0. 18%, Μη...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱天，马姝丽，罗英，余志伟，杨敏，钟元章，周高斌，李长香，谢国福，曾鹏，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51