高温气冷堆压板构件用极限宽规格核电钢板及制备方法技术

本发明专利技术提供一种高温气冷堆压板构件用极限宽规格核电钢板及制备方法，所述核电钢板的化学成分及质量百分比为：C：0.10％～0.14％、Si：0.10％～0.30％、Mn：0.30％～0.60％、P≤0.006％、S≤0.002％、Cr：2.05％～2.55％、Mo：0.80％～1.10％、Nb：0.01％～0.03％、Alt：0.020％～0.045％，余量为Fe及不可避免夹杂。制备方法包括冶炼、精炼、真空脱气、浇铸、堆垛缓冷、加热、轧制、热处理，得到极限宽规格且耐570℃高温及加工性能优异的核电钢板，满足高温气冷堆压板构件的使用条件。温气冷堆压板构件的使用条件。温气冷堆压板构件的使用条件。

【技术实现步骤摘要】
高温气冷堆压板构件用极限宽规格核电钢板及制备方法


[0001]本专利技术涉及高温气冷堆压板构件用钢
，具体而言是一种高温气冷堆压板构件用极限宽规格核电钢板及制备方法。

技术介绍

[0002]高温气冷堆是被世界公认为的第四代核电堆型技术之一，不同于第三代水堆核电机组的工作原理，其采用模块式高温气冷堆技术，通过核能
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热能
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机械能
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电能的转化实现发电。另外，高温气冷堆能够达到其它堆型达不到的冷却剂出口温度，让它不只能高效发电，还能利用高温特性发展核能的非电应用，如热电联产、制氢、稠油热采、化工、冶金等领域，实现综合利用、一举多得。因此，高温气冷堆凭借其固有安全性、系统简单、发电效率高、用途广泛等特点，将成为二十一世纪核电大国角力的主战场。我国是高温气冷堆研究和建设较早的国家之一，并于2021年实现了2个高温气冷堆的并网发电，是世界上首个实际建成该类核电站并实现了全部关键材料的国产化的国家。随着首期两个堆的成功运行，2022年高温气冷堆项目持续推进，设计人员总结了首期建设中存在的问题，在后续的设计中进行了改进，其中对堆芯压板构件由原来两个半圆拼焊完成改为整张圆板应用，尺寸规格为65mm
×
5100mm
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5100mm。这种设计不仅免除了原设计拼板过程中的开坡口、焊接、探伤、焊后消应力及见证等人力、物力和财力资源浪费，而且缩短了制造周期并大大提高了设备运行的安全。但在这种大尺度，极宽规格材料的开发上仍属于技术空白。
[0003]已公开的专利技术专利“一种高温气冷堆蒸汽发生器用镍基耐蚀合金管材及其制造方法”(公开号CN107557616A)，从公开的成分、生产方法和有益效果来看，该专利产品为主要含有Cr、Ni元素的合金材料，不是钢铁材料，用于高温堆设备为二回路的蒸汽发生器的管路系统，与本专利技术开发的堆芯压板用板材，无论在材质、用途和形状上均有本质区别，无法互相替代。
[0004]公开的专利技术专利“高温气冷堆堆内构件用大规格尺寸核石墨材料及制备方法”(公开号CN108341669A)，从公开的成分、生产方法和有益效果来看，该专利产品为石墨材料，虽然用于堆内构件且为大尺寸规格，但与本专利技术产品在高温气冷堆内的用途不同，缺一不可，因此二者在原料成分、制造方法及用途上有本质区别，不可替代。
[0005]公开的专利技术专利“一种宽、厚规格核电用钢板及制造方法”(公开号CN201910725047.7)，从公开的成分、生产方法和有益效果来看，该专利虽然能够开发宽厚规格核电用钢，实施例中最大厚度101mm、最大宽度4300mm，涉及的力学性能仅能保证150℃工作环境温度下的使用要求，对于更高使用温度无说明或保障，并且明确说明该专利是用于三代核电安全壳用钢SA738Gr.B的制造。
[0006]上述公开的专利技术专利主要内容，虽然涉及了高温气冷堆的关键材料和工艺开发，但主要涉及的是镍基材料和石墨材料，在钢铁关键材料上没有针对尺寸规格进行相关工艺研究。本专利技术主要解决高温气冷堆堆芯压板构件用大尺度、极限宽规格耐热合金板材及极限生产工艺开发，开发满足高温气冷堆核电站所需的关键核心材料，解决我国核电重大装
备的“卡脖子”问题。

技术实现思路

[0007]根据上述技术问题，而提供一种高温气冷堆压板构件用极限宽规格核电钢板及制备方法。本专利技术通过全新的化学成分设计，采用特定的生产制造工艺，获得板形优异的(50～70)mm
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(5000～5300)mm
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(5000～5300)mm规格，耐570℃高温、高温韧性及加工性能优异的优异钢板，满足高温气冷堆堆芯压板用钢的制造及使用要求。
[0008]本专利技术采用的技术手段如下：
[0009]一种高温气冷堆压板构件用极限宽规格核电钢板，所述核电钢板的化学成分及质量百分比为：
[0010]C：0.10％～0.14％、Si：0.10％～0.30％、Mn：0.30％～0.60％、P≤0.006％、S≤0.002％、Cr：2.05％～2.55％、Mo：0.80％～1.10％、Nb：0.01％～0.03％、Alt：0.020％～0.045％，余量为Fe及不可避免夹杂。
[0011]所述核电钢板具有15～25％等轴铁素体、2～5％的微细亚晶和70～80％的贝氏体回火组织的复相组织。
[0012]所述核电钢板的规格为(50～70)mm
×
(5000～5300)mm
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(5000～5300)mm，表面不平度≤10mm/m，板面厚度公差1.0～2.0mm。
[0013]所述核电钢板的力学性能表现为常温475MPa≤R
eL
≤515MPa、620MPa≤R
m
≤655MPa；570℃的370MPa≤R
m
≤385MPa；(100℃)KV2≥300J，HBW≤195，厚度方向性能差异小、机加工性能优异。
[0014]钢板中C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Nb、Alt各化学元素限定量的理由详述如下：
[0015]C是提高钢强度的最主要元素，通过固溶强化基体的强度，保证钢板的室温及高温强度，但过高的碳含量会影响钢材的机加工性能，因此本专利技术将C含量范围设定为0.10％～0.14％。
[0016]Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，但硅含量超过0.5％时，会造成钢的韧性下降，因此本专利技术将Si含量范围设定为0.20％～0.30％。
[0017]Mn能增加钢的强度和硬度，是强烈稳定奥氏体的元素，可有效地降低奥氏体的分解速度，提高钢的淬透性，但Mn含量高会增强回火脆性，因此本专利技术将Mn含量范围设定为0.30％～0.60％。
[0018]S、P作为钢中的有害元素，为保证钢质的纯净度和力学性等综合指标必须严格控制，因此本专利技术限定为S≤0.002％，P≤0.008％。
[0019]Cr是强烈的碳化物形成元素，它与钢中的C生成稳定的碳化物，起到提高压板结构钢的常温及高温强度作用。另外，钢中添加Cr能使钢具有高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀作用，因此本专利技术将Cr含量范围设定在2.05％～2.55％。
[0020]Mo在钢中能推迟奥氏体转变孕育时间，使珠光体和铁素体转变曲线右移，促进中温转变，提高淬透性，同时钼是强碳化物形成元素，回火过程中固溶于基体中的钼容易形成MxC等合金化合物，保证回火后的强度，但Mo含量过高反而会导致钢的脆化，本专利技术将Mo含量范围设定在0.80％～1.10％。
[0021]Nb能生成高度分散的强碳化物NbC，具有细化晶粒作用，加热至1100～1200℃时，
仍可阻止晶粒长大，从而提高钢的强韧性，但含量过高时，会生成铁素体δ相或其它脆性相，而使其韧性降低，因此Nb含量限定在0.01％～0.03％。
[0022]Alt是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，过高的铝会影响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温气冷堆压板构件用极限宽规格核电钢板，其特征在于，所述核电钢板的化学成分及质量百分比为：C：0.10％～0.14％、Si：0.10％～0.30％、Mn：0.30％～0.60％、P≤0.006％、S≤0.002％、Cr：2.05％～2.55％、Mo：0.80％～1.10％、Nb：0.01％～0.03％、Alt：0.020％～0.045％，余量为Fe及不可避免夹杂。2.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆压板构件用极限宽规格核电钢板，其特征在于，所述核电钢板具有15～25％等轴铁素体、2～5％的微细亚晶和70～80％的贝氏体回火组织的复相组织。3.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆压板构件用极限宽规格核电钢板，其特征在于：所述核电钢板的规格为(50～70)mm
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(5000～5300)mm
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(5000～5300)mm，表面不平度≤10mm/m，板面厚度公差1.0～2.0mm。4.一种如权利要求1～3任一项权利要求所述的一种高温气冷堆压板构件用极限宽规格核电钢板的制备方法，其特征在于，包括：根据所述核电钢板的成分设计，将原料依次进行冶炼、精炼、真空脱气得到钢水，对钢水进行浇铸、堆垛缓冷和加热得到加热后的钢坯；对加热后的所述钢坯进行轧制：以加热后的所述钢坯的长度作为目标轧板的宽度，采用横轧到底的轧制方式，采用三阶段轧制法进行轧制，且轧制过程中不转钢；在1000℃以上完成第一阶段的高温轧制，单道次压下量均≥40mm，辊速0.6～0.8m/s，轧制道次为3～4次；在830～930℃范围内进行第二阶段轧制，辊速0.8～1.0m/s；在770～800℃内进行第三阶段轧制，轧制道次2～3次，道次压下量为3～8mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：王储，段江涛，王勇，韩旭，艾芳芳，张坤，王刚，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：