130mm安全壳核电用钢及其连铸坯低压缩比制造方法技术

本发明专利技术公开了一种130mm安全壳核电用钢及其连铸坯低压缩比制造方法，该核电用钢采用低C、Ni‑Cr‑Mo成分系列合金设计，在确保强度韧性的同时兼顾辐照效应。其制造方法实现了利用厚度规格为320‑330mm的连铸坯，生产厚度为130mm钢板，在轧制压缩比小于3的情况下，获得贝氏体回火组织及少量铁素体为基础，并大量弥散分布第二相粒子，有效地钉扎在奥氏体晶界。得到的钢板性能具有强韧性匹配优异，组织性能均质性良好的特点，冲击韧性富余量较大。并且，性能合格率达到96％，适用于工业化批量生产。

130mm containment nuclear steel and its continuous casting billet low compression ratio manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
130mm安全壳核电用钢及其连铸坯低压缩比制造方法
本专利技术涉及一种核电用钢，具体涉及一种130mm安全壳核电用钢及其连铸坯低压缩比制造方法。
技术介绍
国内新建的第三代核电站以美国标准的AP1000为主，安全壳采用美国的SA738Gr.B优质钢板。该材料对钢材的强度、韧性、化学成分和尺寸精度等方面要求极为严格。尤其近些年，设备逐步向大型化方向发展，部分安全壳闸门设备用钢厚度已经达到130mm，更进一步加大了钢企的生产难度，主要体现在以下几个方面：1、为保证厚度130mm钢板的组织性能符合要求，必须选择可以保证压缩比大于3的坯料尺寸，这就要求坯料的厚度规格至少在390mm以上，而大部分钢企生产的连铸坯不能满足该要求，因此只能选择大厚度钢锭，而能生产符合要求钢锭的企业少之又少。客户可选择的制造商范围较窄，导致生产能力不足，出现供不应求的局面。2、连铸坯的厚度规格最厚可达到330mm，在生产厚度130mm的钢板时，由于压缩比小于3，相关质量不符合技术要求，性能合格率低下，无法满足客户使用要求，无法实现量产。3、在目前竞争激烈的钢铁行业，增加新的生产设备对钢企的生产成本影响巨大，甚至会带来亏损。因此，在不增加生产设备的前提下，开发一种连铸坯低压缩比生产特厚钢质安全壳核电用钢的制造方法，很有必要。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术的缺陷，本专利技术公开一种130mm安全壳核电用钢，其钢板性能具有强韧性匹配优异，组织性能均质性良好的特点，能够满足核电用钢的要求。本专利技术的另一目的是提供一种上述核电用钢的连铸坯低压缩比制造方法。技术方案：本专利技术所述的一种130mm安全壳核电用钢，由以下质量百分比的成分组成：C：0.11～0.15％、Mn：1.2～1.6％、Si：0.20～0.50％、P：≤0.020％、S：≤0.010％、Ni：0.30～0.60％、Cr：0.10～0.30％、Mo：0.10～0.30％、Al：0.010～0.050％、Nb：0.01～0.04％、V：0.02～0.05％、Ti：0.010～0.020％，余量为Fe和杂质。其合金成分设计机理如下：核电设备用钢在使用环境上有其特殊性，要承受反应堆堆芯极强的辐照，从而引起辐照脆化。影响辐照脆化的因素很多，主要分为外部环境和材料本身。外部环境指辐照温度、中子注入量等，该因素很难进行改变。材料本身主要受钢质的影响，特别是钢中的合金元素和残余元素含量的影响，这些可以通过冶炼技术和工艺技术的提高而改善。因此，严格控制化学成分对核电设备用钢来说至关重要。而合金元素或多或少地增大钢的辐照脆化趋势，但合金元素是细化晶粒、提高淬透性和减少回火脆性以及保证综合性能所必需的，即不可缺少的。故只能根据辐照规律对钢中元素提出合理的限制。具体的，C是提高钢材强度最有效的元素，随着w(C)的增加，钢中Fe3C增加，淬硬性也增加，钢的抗拉强度和屈服强度提高。钢材的伸长率和冲击韧性下降，尤其是低温韧性下降的幅度更大。并且，钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。因此，核电设备用钢中w(C)应控制在0.20％以内，以便获得优良的综合性能，本专利技术的C控制在0.11～0.15wt.％。Si不是特意添加的合金元素，而是冶炼时从废钢和生铁原料中带入的。但经研究发现在钢中添加过高的w(Si)后，钢的辐照缺陷恢复能力降低。这表明含高w(Si)具有稳定辐照缺陷的作用，故使恢复效应不明显。可见，Si对辐照有害，因此应严格控制非合金元素的w(Si)，本专利技术的Si控制在0.20～0.50wt.％。Mn和Ni是扩大γ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，但实验表明它们都有增大辐照脆化的趋势；原因与Mn、Ni降低了钢Ac3温度，使满足奥氏体化温度的热峰数量增加有关，即类似于被淬火的微区增多。但Ni对辐照的影响和w(Cu)与中子注量的高低有关。当w(Ni)不变时，w(Cu)越高，辐照效应越大，反之亦然。本专利技术不含w(Cu)，控制Ni含量为0.30～0.60wt.％，控制Mn含量为1.2～1.6wt.％。Al是钢中的主要脱氧元素，在γ中的最大溶解度大约0.6％，它溶入奥氏体后仅微弱地增大淬透性，所以认为Al对焊接氢致裂纹基本没有影响。但是当w(Al)过高时，易导致钢中夹杂增多，对钢的韧性不利，因此，本专利技术控制Al含量为0.010～0.050wt.％。Mo是有效提高钢材强度特别是高温强度的元素，还能提高钢材抗氢脆能力和回火稳定性。因此，本专利技术控制Mo含量为0.10～0.30wt.％。Nb和V是相当强烈的碳化物形成元素，它通过细化晶粒与碳化物的形成可提高钢材的常温和高温强度，但V对辐照硬化比较敏感。因此本专利技术控制Nb：0.01～0.04wt.％，V：0.02～0.05wt.％。P和S属于杂质元素，有加速辐照脆化的倾向。对辐照敏感与P在晶界偏析有关。在冶炼过程中应进行严格限制。对应于上述130mm安全壳核电用钢，本专利技术所述的制造方法所采用的技术方案的工序包括铁水预处理→转炉冶炼→LF+RH精炼→连铸→坯料检验→坯料堆冷→坯料加热→坯料除鳞→轧制→控制冷却→淬火→回火；其中，连铸工序全程采用无氧化保护浇注并配以弱冷慢拉速工艺，得到320-330mm的连铸坯；轧制工序采用高渗透轧制技术，采用CVC窜辊技术，利用120000KN轧制压力与8488KNM轧制力矩的配合，进行两阶段控制轧制，得到130mm厚度的钢板。有益效果：该130mm安全壳核电用钢，采用低C、Ni-Cr-Mo成分系列合金设计，在确保强度韧性的同时兼顾辐照效应。其制造方法利用现有设备及工艺技术资源，架构出均质洁净精炼核心技术路线，保证了钢板轧制所用钢坯钢质纯净、致密、化学成分稳定。采用高渗透轧制技术实现了钢板表面至中心轧制渗透行为控制，为钢板热处理提供良好均匀原始组织准备。实现了利用厚度规格为320-330mm的连铸坯，生产厚度为130mm钢板，在轧制压缩比小于3的情况下，获得贝氏体回火组织及少量铁素体为基础，并大量弥散分布第二相粒子，有效地钉扎在奥氏体晶界。得到的钢板性能具有强韧性匹配优异，组织性能均质性良好的特点，冲击韧性富余量较大。并且，性能合格率达到96％，适用于工业化批量生产。附图说明图1是本专利技术实施例1的钢板断口扫描电镜观察图；图2是本专利技术实施例1的钢板的光学金相组织结构图；图3是本专利技术实施例1的钢板的透射电镜观察图。具体实施方式以下提供7组实施例以及5组对比例对本专利技术的130mm安全壳核电用钢做详细说明。各案例钢的化学成分如表1所示：表1钢的化学成分(余量为Fe和杂质)序号CMnSiPSNiMoCrNbTiAlV10.111.2<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种130mm安全壳核电用钢，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：C：0.11～0.15％、Mn：1.2～1.6％、Si：0.20～0.50％、P：≤0.020％、S：≤0.010％、Ni：0.30～0.60％、Cr：0.10～0.30％、Mo：0.10～0.30％、Al：0.010～0.050％、Nb：0.01～0.04％、V：0.02～0.05％、Ti：0.010～0.020％，余量为Fe和杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种130mm安全壳核电用钢，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：C：0.11～0.15％、Mn：1.2～1.6％、Si：0.20～0.50％、P：≤0.020％、S：≤0.010％、Ni：0.30～0.60％、Cr：0.10～0.30％、Mo：0.10～0.30％、Al：0.010～0.050％、Nb：0.01～0.04％、V：0.02～0.05％、Ti：0.010～0.020％，余量为Fe和杂质。


2.根据权利要求1所述的130mm安全壳核电用钢，其特征在于，晶粒度等级为9.5级以上。


3.根据权利要求1所述的130mm安全壳核电用钢，其特征在于，光学金相组织由贝氏体回火组织及铁素体组成。


4.根据权利要求3所述的130mm安全壳核电用钢，其特征在于，通过透射电镜能观察到基体中有弥散分布的第二相粒子，所述第二相粒子主要为NbC。


5.一种根据权利要求1-4任一项所述的130mm安全壳核电用钢的连铸坯低压缩比制造方法，其特征在于，工序包括铁水预处理→转炉冶炼→LF+RH精炼→连铸→坯料检验→坯料堆冷→坯料加热→坯料除鳞→轧制→控制冷却→淬火→回火；...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚艳红，吴俊平，方磊，姜金星，靳星，于生，姜在伟，张仪杰，刘心阳，王思聪，张淼，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32