一种核电站低压加热器用钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种核电站低压加热器用钢及其制造方法，钢的成分：0.10％～0.18％的C，0.20％～0.60％的Si，0.30％～0.90％的Mn，≤0.015％的P，≤0.010％的S，0.02％～0.08％的V，0.01％～0.03％的Ti，0.01％～0.03％的Nb，余为Fe和不可避免杂质。其制造方法包括冶炼和两阶段控轧，钢坯加热温度为1150～1200℃，再结晶区轧制终轧温度≥1000℃；未再结晶区轧制温度为930℃～Ar3，累积变形量大于50％，轧后自然冷却，再进行正火处理，正火温度890℃±10℃，保温时间2-3min/mm。本发明专利技术钢种只加入少量微合金化元素，其生产工艺简单稳定，可操作性强，产品完全能满足AP1000机组低压加热器用钢的设计要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于黑色金属材料
，特别涉及一种AP1000核电机组低压加热器用钢及其制造方法。
技术介绍
我国的一次能源主要以煤炭为主，随着经济发展对电力需求的不断增长，给煤炭生产、交通运输和环境保护带来巨大压力。而核电作为一种清洁的能源，不会造成对大气的污染排放，对于实现经济、社会与环境的可持续发展具有重要意义。在当今IOOOMWe级核电机组中，美国西屋公司的AP1000机组以其能动安全性好，可采用模块化建造模式，能大大缩短建设工期等优势成为第三代核电技术的代表。低压加 热器是AP1000核电机组中一个重要的构件，能够减少汽轮机排往凝汽器中的蒸汽量，降低能源损失，提高热力系统的循环效率。AP1000核电机组低压加热器用钢目前基本设计要求采用的是屈服强度为235MPa级别的压力容器用钢，在实际使用过程中，需要与蒸汽接入口管进行焊接成型，而AP1000蒸汽接入管用钢采用Cr-Ni-Mo钢，为了保证焊接结构的稳定性，需进行在650 680°C的焊后热处理。因此，低压加热器用钢板除了需要钢板具有良好的力学性能和焊接性能外，还必须保证钢板经过长时间模拟焊后热处理后的力学性能稳定性。现有AP1000机组低压加热器用钢采用的是ASME SA_285Gr. C，其化学成分要求为彡O. 22%的C ;彡O. 90%的Mn ;彡O. 035%的P ;彡O. 035 %的S ;其余含量为Fe。SA-285Gr. C钢是一种压力容器用碳素钢板，主要依靠渗碳体强化作用，铁素体韧化。模拟焊后热处理过程后钢板强度和韧性急剧下降。以20mm厚的钢板为例，热轧态钢板的屈服强度为290MPa，抗拉强度为420MPa，断后伸长率达到35. 5 %，(TC冲击吸收能量达到140J，力学性能满足标准的要求。经过650 690°C模拟焊后热处理6小时后，钢板的屈服强度和抗拉强度均下降约40MPa，(TC冲击吸收能量只有10J，模拟焊后热处理后钢板的性能不能满足使用要求。武汉钢铁公司申请了公开号为101892442A、名为“高韧性高延性低辐照催化核电承压设备用钢及其制造方法”的中国专利，在成分设计时考虑钢板的高韧性、高延性、低辐照性和生产工艺可行性，但没有考虑钢板的焊接性能及其模拟焊后热处理后力学性能，该钢的化学成分按重量百分数计为c 0. 08% O. 15%、Si 0. 20% O. 35%、Mn 0. 80% I.60 %, P ^ O. 012 %, S ^ O. 005 %, Alt 0. 01 % O. 05 %、Ti 0. 008 % O. 015 %、NS O. 010%，其余为Fe及不可避免的杂质。首钢总公司申请了公开号为101845593A、名为“20控Cr核电用钢及其生产方法”的中国专利，其中C元素含量为O. 17% O. 25%, Mn含量为O. 40% I. 0%, Si元素含量为O. 18% O. 25%，Cr元素O. 18% O. 30%，采用了中碳、低Mn、控Cr的设计思路，钢板经过正火后具有良好的力学性能，主要适用于处理高温紊流状态下的核电管件用钢。该专利碳含量成分较高，不利于焊接性能，也没有考虑钢板模拟焊后热处理后力学性能，此外还添加入了 Cr元素。重庆钢铁有限责任公司申请了公开号为CN101787490、名为“一种微合金化的Q345R钢”的中国专利，其主要特征是通过加入Ti元素提高钢板的性能合格率，钢板的屈服强度较高，为345MPa级别，但未考虑钢板模拟焊后热处理后的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种能满足AP1000机组低压加热器用钢设计和使用要求、具有良好的强度和塑韧性匹配、经650 690°C高温模拟焊后热处理后强度下降不明显且0°C冲击吸收能量还能保持在较高水平的钢种及其制造方法。本专利技术核电站低压加热器用钢的化学成分重量百分比为0. 10% O. 18%的C，O. 20 % O. 60 % 的 Si，O. 30 % O. 90 % 的 Mn，( O. 015 % 的 P，( O. 010 % 的 S，O. 02 % O. 08%的V，O. 01 % O. 03%的Ti，O. 01 % O. 03%的Nb，其余含量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术化学成分的设计理由如下C :钢中C元素是保证钢板强度的主要元素，通过形成渗碳体使钢强化，且成本低廉；但C含量较高时会降低钢的冲击韧性和可焊接性能。因此本专利技术要求C含量O. 10% O. 18%。Si =Si是钢中强化元素之一，Si元素扩散缓慢，能抑制渗碳体的聚集长大过程，对于保证钢板模拟焊后热处理后性能有明显作用，但是Si含量过高会损害钢板的冲击韧性，因此本专利技术要求Si含量为O. 20% O. 60%。Mn :Mn元素是钢中主要的强化元素之一，但Mn元素恶化钢的焊接性能，减低钢的塑性和韧性，因此考虑到钢的使用强度等级及焊接性能要求，Mn含量的设计要求范围为O.30% O. 90%。P :P元素降低钢的冲击韧性，且在连铸过程中易于在铸坯中心形成偏析和疏松，因此要求P含量越低越好，但考虑到脱P成本，本专利技术中设计P含量为< O. 015%。S S元素在钢中易形成MnS夹杂，降低钢的冲击韧性和可焊性，同时加剧中心偏析、疏松等缺陷的产生，因此要求S含量越低越好，但考虑到脱S成本，本专利技术中设计S含量为< O. 010%。V :V元素能够细化钢的晶粒，是强的碳化物形成元素，且析出强化作用明显，在模拟焊后热处理过程中V能有效的阻碍碳化物的聚集长大。因此本专利技术设计中V元素的含量为 O. 02% O. 08%。Ti =Ti能抑制原始奥氏体晶粒粗化，Ti的碳氮化物析出强化效果显著，在模拟焊后热处理过程中Ti能有效的阻碍碳化物的聚集长大。因此本专利技术设计中Ti元素的含量为O.01% O. 03%。Nb =Nb是控轧控冷钢中的主要元素，它能够延迟奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，可以明显起到细化晶粒的作用。在模拟焊后热处理过程中Nb能阻碍碳化物的聚集长大。因此本专利技术设计中Nb兀素的含量为O. 01 % O. 03%。为实现本专利技术在生产工艺上采取以下技术措施本专利技术钢的冶炼采用转炉冶炼，通过炉外精炼和真空脱气处理；钢的轧制采用控制轧制技术，钢坯加热温度在1150 1200°C，在再结晶和未再结晶区两阶段控轧，再结晶区轧制终轧温度彡1000°c;未再结晶区轧制温度控制在930°C Ar3，累积变形量大于50%，轧后自然冷却；为满足最终的使用要求，需要对钢板进行正火处理，以消除轧制过程的组织应力和热应力，使组织更加均匀，正火温度为890°C ±10°C，保温时间为2-3min/mm。本专利技术钢种只加入少量微合金化元素，成本不会明显增加；生产工艺简单稳定，可操作性强。本专利技术从钢板使用状态、模拟焊后热处理状态的力学性能和焊接性能的需求出 发，通过合理化学成分和生产工艺设计，使正火态钢板具有良好的强度和塑韧性匹配，经过高温模拟焊后热处理后强度不会明显下降，且0°c冲击吸收能量还能保持在较高的水平，完全能满足AP1000机组低压加热器用钢的设计要求。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术实施例根据所提供的钢种成分及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核电站低压加热器用钢，其特征在于钢的化学成分重量百分比为：0.10％～0.18％的C，0.20％～0.60％的Si，0.30％～0.90％的Mn，≤0.015％的P，≤0.010％的S，0.02％～0.08％的V，0.01％～0.03％的Ti，0.01％～0.03％的Nb，其余为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张起生，王勇，王长顺，苏春霞，董恩龙，孙殿东，陈本文，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：