一种核电机组一体化堆顶组件用钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种核电机组一体化堆顶组件用钢及其制造方法。钢中含有C：0.09％～0.13％；Si：0.10％～0.25％；Mn：1.30％～1.80％；P≤0.012％；S≤0.008％；Cr：0.40％～0.80％；Mo：0.30％～0.50％；Al：0.020％～0.045％；Ni：0.50％～0.80％，其余为Fe和不可避免的杂质。开轧温度≥1050℃，终轧温度≥850℃，轧制速度≤2.5m/s、单道次最大压下量不低于10％；淬火温度920±20℃，保温时间2～4min/mm；回火温度610±20℃，保温时间5～10min/mm。成品钢板厚度为30～110mm，具有良好综合力学性能，并且完全满足GB/T 2970标准Ⅰ级超声波探伤要求。

A kind of steel for integral pile top assembly of nuclear power unit and its manufacturing method

The invention discloses a steel used for integrated pile top assembly of nuclear power units and a manufacturing method thereof. The steel contains C:0.09%-0.13%; Si:0.10%-0.25%; Mn:1.30%-1.80%; P<0.012%; S<0.008%; Cr:0.40%-0.80%; Mo:0.30%-0.50%; Al:0.020%-0.045%; Ni:0.50%-0.80%; the rest are Fe and inevitable impurities. The rolling speed is less than 2.5m/s and the maximum reduction per pass is less than 10%. The quenching temperature is 920 20 and the holding time is 2-4 min/mm. The tempering temperature is 610 20 and the holding time is 5-10 min/mm. The finished steel plate has a thickness of 30-110 mm, and has good comprehensive mechanical properties, and fully meets the requirements of GB/T 2970 standard I ultrasonic flaw detection.

【技术实现步骤摘要】
一种核电机组一体化堆顶组件用钢及其制造方法
本专利技术属于黑色金属材料，特别涉及Z向性能优良的核电机组一体化堆顶组件用厚钢板。
技术介绍
核电作为一种高效、清洁、安全的能源，已经成为当今世界第二大电力来源。进入21世纪以来，受全球变暖的影响，世界主要发达国家和发展中国家纷纷重新审视其能源发展战略，把核能发电作为国家能源的重要发展战略。从核电技术的发展趋势来看，目前在役的核电机组主要采用的是二代或二代加技术，其经济性和安全性也得到了时间的验证，但日本福岛核事故后，世界核电大国纷纷开展了第三代核电技术研究，对核电机组的安全性、经济性提出了更高的要求。第三代核电技术在安全理念设计方面，主要采用了非能动安全系统或增加安全系统冗余度、增设预防和缓解严重事故的工程措施、应用数字化仪控系统等先进技术，降低核电厂的严重事故风险，实现更高的安全目标。一体化堆顶组件为先进压水堆中非能动安全系统的关键设备。主要由反应堆压力容器封头组件、屏蔽罩组件、提升装置、冷却风机系统、电气部件、金属反射保温层、封头排气管、及各种电缆组成。正是由于一体化堆顶组件制造工艺和服役环境复杂，对材料的各项指标提出了更高的要求：一是最大厚度规格达到200mm；二是对钢板内部质量提出了更高的要求，增加了超声波探伤检测(包括直射波和斜射波)；三是增加了-15℃低温冲击要求；四是增加了钢板头尾Z向性能要求，钢板具有更高的性能均匀性。目前生产的三代核电机组一体化堆顶组件钢板相关专利如下：舞阳钢铁有限责任公司申请的名为“一种核电工程设备用超大厚度钢板及生产方法”的专利，专利申请号为201210309621.9，公开号为CN102851578A，钢中含有C≤0.20％，Si：0.10％～0.30％，Mn：1.15％～1.60％，P≤0.012％、S≤0.010％，Mo：0.45％～0.55％，Ni：0.50％～0.80％，Cr≤0.20％，V≤0.010％，Cu≤0.18％，Nb≤0.02％，Ti≤0.030％，Al总≥0.020％，Cu+6Sn≤0.33％，余量为铁及杂质。该专利技术的超大厚度钢板及生产方法，钢板的厚度为155mm，生产方法新颖独特，钢板强度适中，低温冲击韧性和高温拉伸性能良好，抗层状撕裂性能、冷加工及焊接性能均良好，满足核电关键设备的要求，可应用于核电站蒸发器、高压封头及压力容器等关键设备的制造。但是该钢可生产的最大厚度为155mm，没有明确钢板内部质量能够达到的无损检测标准等级，并且采用制造成本更大的模铸生产方式。舞阳钢铁有限责任公司申请的名为“大厚度核电用Q345D钢板及其生产方法”的专利，专利申请号为201610361358.6，公开号为CN105803329A，钢中含有C≤0.18％，Si≤0.50％，Mn≤1.70％，P≤0.020％、S≤0.015％，Ni≤0.50％，Cr≤0.30％，Cu≤0.30％，Mo≤0.10％，Al总≥0.020％，Nb：0.020％～0.030％，V：0.025％～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质。该专利技术涉及大厚度核电用Q345D钢板及其生产方法，钢板的厚度达到380mm，生产方法新颖独特，钢板屈服强度350MPa左右，低温冲击韧性良好，满足核电设备的要求。但可生产的380mm钢板没有Z向拉伸指标，没有明确钢板内部质量能够达到的无损检测标准等级，并且采用制造成本更大的电渣重熔生产方式。
技术实现思路
基于上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种生产厚度规格30～110mm，能满足超声检测要求并具有优良Z向性能的核电机组一体化堆顶组件用厚钢板。具体的技术方案是：一种核电机组一体化堆顶组件用钢，钢中按质量百分比包含如下组分：C：0.09％～0.13％；Si：0.10％～0.25％；Mn：1.30％～1.80％；P≤0.012％；S≤0.008％；Cr：0.40％～0.80％；Mo：0.30％～0.50％；Al：0.020％～0.045％；Ni：0.50％～0.80％，其余为Fe和不可避免的杂质。采用上述成分设计理由如下：C：C作为钢中的重要元素，在钢的组织没有变化的情况下，钢的强度和硬度随着碳含量的增加而增加，但碳含量过高，不利于焊接和渗碳体等第二相难控制，同时会使韧性、塑性和钢板焊接性能明显恶化，同时碳作为间隙元素对材料起到辐照硬化作用。为了保证厚钢板具备良好的综合力学性能和焊接性能匹配，因此本专利技术要求钢中C含量控制在0.09％～0.13％范围内。Si：Si具有很强的固溶强化作用，能显著提高钢的强度和硬度，同时起到脱氧剂的作用，但Si过高会增加钢的时效敏感性和韧脆转变温度，易出现夹杂物，钢材易生锈，但实验表明含硅高有稳定辐照缺陷的作用，因此本专利技术要求钢中Si含量控制在0.10％～0.25％。Mn：钢中Mn元素在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响，并且能通过固溶强化的方式强化铁素体，可以提高钢的淬透性，在非调质钢中Mn降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，提高钢的冲击功，但Mn含量过高时，则钢硬化而延展性变坏，严重影响钢的Z向性能，并且有增大辐照脆化的趋势，因此本专利技术要求钢中Mn含量控制在1.30％～1.80％范围内。Cr：Cr能使组织细化而又均分，能提高钢的强度、硬度和耐磨性，并且固溶Cr可以捕获自由C和N，降低间隙原子对材料的辐照脆化作用，但Cr含量过高，会降低钢的塑性和韧性，影响钢的Z向性能，因此本专利技术要求钢中Cr含量控制在0.40％～0.80％。Mo：Mo能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，而不减其塑性和韧性，所以能提高钢的Z向性能和高温性能，并且Mo元素与C、N、O的亲和力强，抑制辐照脆化。因此本专利技术要求钢中Mo含量控制在0.30％～0.50％。Al：Al可作为氮化铝形成元素，有效细化奥氏体晶粒，从而细化了铁素体晶粒和组织，提高钢的冲击韧性，但是超过0.07％时，脱氧作用达到饱和；再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。因此本专利技术要求钢中Al含量为0.020％～0.045％。Ni：镍通过降低钢种位错运动阻力，使应力松弛，进而改变基体组织的亚结构，从而提高钢的韧度，但镍元素有增加辐照脆化的趋势。因此钢中加入Ni的范围为0.50％～0.80％。P：磷是钢中有害元素，磷偏析晶界，恶化韧性，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，并且磷元素有加速辐照脆化的倾向。因此要求钢中的P含量越低越好，本专利技术要求不高于0.012％。S：硫在通常情况下是有害元素。硫化锰有一定塑性，随轧制方向拉长延伸，加大了钢的各向异性，这对钢的横向性能非常不利。硫形成的硫化铁使钢在热轧和焊接中产生热脆裂纹，尽量控制其含量最低，并且硫元素有加速辐照脆化的倾向。因此本专利技术要求钢中S含量应限制在0.008％以下。一种核电机组一体化堆顶组件用钢的制造方法，包括：铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、轧制及调质热处理工艺，主要采取以下技术措施：采用铁水深脱硫、转炉冶炼、炉外精炼、真空处理和连铸工艺生产连铸坯；连铸坯采用高温、慢辊速和大压下进行轧制，通过在高温奥氏体再结晶区慢辊速(轧制速度≤2.5m/s)和大压下(单道次最大压下量不低于10％)轧制，通过动态再结晶使奥氏体晶粒得到充分细化的同时，提高生产效率，替代普遍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核电机组一体化堆顶组件用钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.09％～0.13％；Si：0.10％～0.25％；Mn：1.30％～1.80％；P≤0.012％；S≤0.008％；Cr：0.40％～0.80％；Mo：0.30％～0.50％；Al：0.020％～0.045％；Ni：0.50％～0.80％，其余为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种核电机组一体化堆顶组件用钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.09％～0.13％；Si：0.10％～0.25％；Mn：1.30％～1.80％；P≤0.012％；S≤0.008％；Cr：0.40％～0.80％；Mo：0.30％～0.50％；Al：0.020％～0.045％；Ni：0.50％～0.80％，其余为Fe和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的一种核电机组一体化堆顶组件用钢，其特征在于，钢板的厚度为30～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙殿东，胡海洋，王爽，段江涛，颜秉宇，李黎明，刘祥，李叶忠，欧阳鑫，隋松言，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21