一种三代压水堆核电站支吊架用钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种三代压水堆核电站支吊架用钢及其制造方法。钢中含有C：0.10％～0.17％、Si：0.25％～0.35％、Mn：0.45％～0.90％、P≤0.015％、S≤0.003％、Ni：0.20％～0.45％、Cr：0.90％～1.10％、Mo：0.30％～0.50％、Ti：0.01％～0.03％、V：0.01％～0.03％、Cu：0.1％～0.3％、B：0.001％～0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。1580～1610℃真空脱气，过热度≥50℃，拉坯速度＞1.5m/min；铸坯加热温度1100～1150℃，开轧温度≥1000℃，终轧温度880～920℃；淬火温度890～920℃，保温时间2.5～4.5min/mm；回火温度620～650℃，保温时间2～4min/mm。产品用于三代压水堆核电站支吊架，低温韧性和强度优良。

A Steel for Support and Suspension of Three Generation PWR Nuclear Power Station and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种三代压水堆核电站支吊架用钢及其制造方法
本专利技术属于核电设备用钢制造领域，特别涉及到一种三代压水堆核电站支吊架用钢及其制造方法。
技术介绍
核级支吊架是核电站的一个重要组成部分，核电站设计对安全性要求很高，支吊架的设计、制造以及安装都要考虑地震载荷所引起的破坏。因此，核级管道支吊架的设计、制造、安装是否合理，它直接影响核电站的运行可靠性，影响核电站建设周期和投资。在国外，由于核电站发展较快，所以其支吊架的规格、类型、适用范围比较全面。国外几大核电设备制造商长期制造核级管道支吊架，其产品已系列化、标准化，技术成熟，大量应用于各核电厂的设计、建造和维护中，但我国已建和在建的核电站许多核级管道支吊架采用进口产品，三代压水堆核电站机组是在消化、吸收、全面掌握我国引进的第三代先进核电AP1000非能动技术的基础上，通过再创新开发出具有我国自主知识产权、功率更大的非能动大型先进压水堆核电机组，而核电厂的核级管道支吊架还没有完全形成国产化的体系和标准，制造商对核电规范缺乏了解。随着我国核电事业的大力发展，核电产品市场前景广阔，未来的发展方向应该是形成一套与国际接轨的核电厂用核级管道支吊架的标准、系列，以满足核电站的国产化需要。核电站中支吊架主要包括横力支吊架、弹簧支吊架、管部件、连接件和根部支承等支承部位，据统计管道支吊架共三万多只，每台三代压水堆核电站机组中，管部件占据了绝大部分，所以与其相匹配的支吊架用钢需要量极大，需要的钢种也较为复杂。由于对三代压水堆核电站机组安全性要求更高，以及核电机组的装机容量日趋增大，对三代压水堆核电站机组支吊架用钢也提出了更高的要求。目前国内外对核电用钢已形成较多专利：CN201510765103.1公开了一种具有抗裂耐腐蚀性能的支吊架的生产工艺，涉及一种锻轧结合的钢材生产工艺，选用合金坯料化学成分的质量百分比为：Cr：28.0％～29.0％，Ni：2.1％～3.3％，C≤0.05％，Mo：3.0％～5.0％，Cu：0.52％～0.54％，Si：0.89％～0.93％，Nb：0.14％～0.16％，Ti：0.097％～0.099％，Ca：0.15％～0.17％，Se：0.05％～0.15％，Te：0.15％～0.19％，S：0.015％～0.025％，P：0.021％～0.023％，镧系稀土：5.5％～6.6％，其余为Fe和不可避免杂质；该钢种为不锈钢，此外，其制造方法为锻造-热处理-机械粗加工-表面涂覆生产工艺，既加增加成本又加长了生产周期。CN201510312965.9公开了一种耐腐蚀高强度支吊架组件及其制造工艺，生产方法包括下述依次的步骤：轧制：粗轧温度为1270～1290℃，精轧温度为960～980℃，终轧温度为830～850℃，热轧后先采用油冷，以10～12℃/s的冷却速率将钢板冷却至580～620℃，再采用风冷，以6～8℃/s的冷却速率将钢板冷却至330～350℃，最后采用水冷，以3～6℃/s的冷却速率将钢板冷却至室温；该专利中采用控轧控冷的轧制工艺，其中控冷过程分别采用油冷、风冷和水冷三种冷却方式，工艺复杂。CN201510764113.3公开了一种适用于低温环境的抗压耐腐蚀支吊架的生产工艺，适用于低温环境的抗压耐腐蚀支吊架的生产，其特征在于，采用罩式炉进行三段式固溶热处理，具体为：第一段加热温度为700～750℃，到温后保温10～15min，第二段加热温度为850～880℃，到温后保温35～40min，第三段加热温度为1010～1150℃，到温后保温15～18min；冷却时控制冷却速度为5.5～6℃/s，保证锻件能够在3分钟内冷却至40℃；本专利技术生产的支吊架，其抗拉强度≥520MPa；延伸≥38％；布氏硬度180≥HB≥140；-196℃冲击功：横向侧膨胀量大于0.38mm；同时，具有良好的耐晶间腐蚀的性能，同时本专利技术中的涂料具有良好的附着力，所得涂层具有优异的冲击强度和耐磨性。该专利技术三段式加热制度复杂，并且钢板的抗拉强度较低。
技术实现思路
本专利技术提供一种三代压水堆核电站支吊架用钢及其制造方法，通过冶炼过程中合金元素的设计，连铸工艺的设定，并制定合适的热处理工艺，使钢板在热处理状态、模拟焊后热处理状态及360℃高温状态的力学性能均保持较高水平，完全满足技术指标的要求，钢板Z向断面收缩率均≥35％；同时-18℃冲击吸收能量仍保持在较高的水平，体现出较好的钢板强度及韧性的匹配，完全能够满足三代压水堆核电站支吊架用钢的要求。具体的技术方案是：一种三代压水堆核电站支吊架用钢，其化学成分按重量百分比为：C：0.10％～0.17％、Si：0.25％～0.35％、Mn：0.45％～0.90％、P≤0.015％、S≤0.003％、Ni：0.20％～0.45％、Cr：0.90％～1.10％、Mo：0.30％～0.50％、Ti：0.01％～0.03％、V：0.01％～0.03％、Cu：0.1％～0.3％、B：0.001％～0.005％，其余含量为Fe和不可避免的杂质。采用上述成分设计理由如下：C：C为钢种主要组成元素，随着C含量的增加，钢的屈服强度和抗拉强度会对应提高，但过低的C元素含量会导致热处理后钢中的碳化物析出减少，致使模拟焊后热处理的强度和韧性较低。为了保证钢板在各种状态均具有良好性能的匹配，因此本专利技术要求钢中C含量宜控制在0.10％～0.17％范围内。Si：Si是有效的强化元素，尤其在调质结构钢中，加入一定量的Si元素能够显著提高钢的屈服强度和抗拉强度，但过高含量的Si元素会降低焊接性能，因此本专利的Si含量控制在0.25％～0.35％。Mn：Mn元素在钢种能够通过固溶强化的方式强化铁素体，在调质钢中可以提高钢的强韧性和淬透性，因此本专利技术中把Mn含量控制在0.45％～0.90％。P：在核电用钢中P元素会提高中子辐照脆化的敏感性，并且P元素的增多会严重影响板坯的心部质量，因此要求钢中的P含量越低越好，本专利技术将P含量控制在低于0.015％。S：S通常易与钢中的合金元素形成脆性硫化物，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，同时S也有加速辐照脆化的倾向，过高的S元素在钢坯心部凝固后期容易造成偏析，严重影响钢坯的Z向性能。因此本专利技术要求钢中S含量限制在0.003％以下。Ni：Ni元素能够提高钢的强度并且能够明显改善钢的低温韧性，尤其对厚规格钢板的韧性能够起到保障作用，考虑到该专利专利技术的核电钢板对模拟焊后热处理的韧性也有较高的要求，因此本专利技术将Ni含量控制在0.20％～0.45％。Cr：Cr元素在结构钢中能够显著提高强度、硬度和耐磨性，在钢中能够改善钢的抗氧化作用，增加抗腐蚀能力，并且Cr能够提高一定的淬透性，但Cr含量过高，会增加钢的焊后裂纹敏感性，因此本专利技术要求钢中Cr含量控制为0.90％～1.10％。Mo：Mo能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时能够保证钢具有足够的强度和抗蠕变能力，结构钢中加入钼，能提高机械性能，因此本专利技术要求钢中Mo含量控制为0.30％～0.50％。V、Ti：V和Ti属于微合金元素，钢中V和Ti能够形成细小的第二相粒子，起到钉扎晶界和析出强化的作用，能够有效地细化晶粒，尤其是提高钢的高温强度，因此钢中加入V、Ti的范围为0.010％～0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三代压水堆核电站支吊架用钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.10％～0.17％、Si：0.25％～0.35％、Mn：0.45％～0.90％、P≤0.015％、S≤0.003％、Ni：0.20％～0.45％、Cr：0.90％～1.10％、Mo：0.30％～0.50％、Ti：0.01％～0.03％、V：0.01％～0.03％、Cu：0.1％～0.3％、B：0.001％～0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种三代压水堆核电站支吊架用钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.10％～0.17％、Si：0.25％～0.35％、Mn：0.45％～0.90％、P≤0.015％、S≤0.003％、Ni：0.20％～0.45％、Cr：0.90％～1.10％、Mo：0.30％～0.50％、Ti：0.01％～0.03％、V：0.01％～0.03％、Cu：0.1％～0.3％、B：0.001％～0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。2.一种如权利要求1所述的三代压水堆核电站支吊架用钢的制造方法，钢板的生产工艺为：转炉冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、热处理，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜秉宇，王爽，胡海洋，王永才，孙殿东，刘徐源，梁福鸿，王勇，隋松言，石锋涛，
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