核島無縫鋼管用鋼及其生產方法
2023-09-19 15:15:20 2
專利名稱：核島無縫鋼管用鋼及其生產方法
技術領域：
本發明屬於冶金技術領域，特別涉及核島無縫鋼管用鋼及其生產方法。
背景技術：
隨著我國核電工業的發展，核電站建設呈增長趨勢，而我國核電站用的核電鋼 鐵材料基本依靠進口，儘快開發出適合核電站建設要求的國產鋼材，已成為我國核電工 業發展的重要戰略步驟。由於核電站核島無縫鋼管使用環境惡劣，要求管材力學性能除 滿足常溫性能檢驗外、還規定高溫性能、(0°c、-20°c )低溫衝擊性能，試樣模擬熱處理 後的性能和管體性能必須同時滿足性能指標要求，嚴格按RCC-M規範進行分層缺陷探 傷，因此核電站核島用無縫鋼管對產品質量要求很高。核島用無縫鋼管屬於核級管，材 質為P280GH，國內具備核島蒸汽系統和核輔助系統用核2、3級無縫鋼管生產能力的企 業寥寥無幾。國內武漢重工鑄鍛有限責任公司生產核島用P280GH鋼的生產工藝為電爐一LF 精煉一VD真空一模鑄鋼錠工藝生產。選用的原材料為優質廢鋼、鍛件料頭、生鐵，其比 例5: 3 2，但是原材料廢鋼中的有害元素如As、Sn、Pb、Sb含量較高，在冶煉過程 中難於去除。澆模鑄鋼錠鋼水容易被中柱管和湯道磚的耐火材料汙染，形成大型非金屬 夾雜，而且鋼錠的冷卻是靠空氣自然冷卻，鋼液的凝固是從鋼錠外部向內部逐漸進行， 根據鋼液選分結晶原理，低熔點的夾雜物最後凝固，從而使鋼中的非金屬夾雜物大量聚 集在鋼錠的中上部，大大降低了鋼質的純淨度。綜上所述，核島主蒸汽管道材料對鋼質純淨度和性能穩定性要求很高，目前國 內材料達不到這樣的標準，因此不能廣泛應用於核電站核島領域。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種核島無縫鋼管用鋼，其化學成分按重量 百分比計為0<C<0.20%, 0.10%<Si<0.35%, 0.80%<Mn< 1.60%, 0<Ρ<0.020%,
0 < S<0.015%, 0 < Cr<0.25%, 0 < Ni <0.50%, 0 < Cu<0.18%, 0 <Mo<0.10%, 0 < V<0.06%, 0.020%< Al <0.050%, 0 < Sn<0.030%, Fe 為餘量。優選的，核島無縫鋼管用鋼化學成分按重量百分比計為0.13%SCS0.18%， 0.15%< Si <0.30%, 1.10%<Mn< 1.30%, 0 < P<0.010%, 0 < S <0.008 %, 0.16 % <Cr<0.24%, 0.12%<Ni<0.25%, 0 < Cu<0.10%, 0 <Mo<0.05%, 0 < V<0.04%, 0.025%< Al<0.045%, 0 < Sn<0.010%, Fe 為餘量。本發明的核島無縫鋼管用鋼在設計化學成分時，滿足碳當量(Ceq = C+Mn/6+( Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15) <0.48的條件下，控制鋼的主要元素碳(C)、錳(Mn)含量， 穩定鋼管模擬消除應力熱處理後的拉伸性能，確保管體和模擬消除應力熱處理試樣拉伸 性能同時滿足技術標準要求。將殘餘元素鎳(Ni)作為合金元素加入，提高了核島無縫鋼 管用鋼低溫衝擊韌性，滿足其0°C、-20°C衝擊韌性要求。
本發明所要解決的第二個技術問題是提供上述核島無縫鋼管用鋼的生產方法， 包括以下步驟a、電弧爐冶煉生產初煉鋼水電爐入爐原料為廢鋼和鐵水，鐵水用量為廢鋼重量的25 35%，氧槍供氧流量 為1500 2100Nm7h，氧氣壓力為1.2 1.8MPa ；出鋼過程加入鐵合金錳鐵10 13Kg/ t鋼，脫氧劑鋁球2.5 3.5Kg/t鋼；出鋼溫度1630 16600C0b、LF精煉爐精煉初煉鋼水到精煉爐後，鋼包底吹氬氣，用專用精煉渣造發泡白渣，專用精煉渣 成分 CaO: 72 78%，Al2O3 15 20%，CaF2 7 10%，S 0 ~ 0.05%,出鋼溫 度1590 1610°C，出鋼時酸溶鋁為0.055 0.075%。C、弧形圓坯連鑄精煉的鋼水送到圓坯連鑄機澆鑄，連鑄鋼包、中間包和結晶器全程加保護套 管，鋼包與保護套管連接處採用氬氣加密封墊保護；使用Mg質中間包塗料。d、連鑄坯表面噴砂鑄坯表面噴砂去除其表面的氧化鐵。e、電渣重熔鋼錠噴過砂的連鑄坯作自耗電極坯料進行電渣重熔，使用的二元渣Al20330 40%、 CaF260 70% ；重熔電流 11200 15500A、電壓 75 84V。f、重熔鋼錠緩冷電渣重熔鋼錠帶模冷卻40 90min，鋼錠脫模後吊入砂坑緩慢冷卻50 90小 時。進一步的，步驟a電爐入爐原料中廢鋼化學成分C 0.08 0.50%、Si: 0.10 0.50%, Mn 0.35 0.70%、P 0.004 0.025%、S 0.003 0.025%，Fe 為餘量； 鐵水化學成分 C: 4.0 4.5%、Si: 0 0.35%、P 0 0.09%、S 0.010 0.040%、 Fe為餘量。電爐初煉得到的鋼水成分C: 0.05 0.08%、P 0.0010 0.0040%、S 0.010 0.040%、Fe 為餘量。步驟a利用電能熔化廢鋼，石灰造渣脫磷，RCB氧槍吹氧脫碳。電爐出鋼採用 無渣出鋼。步驟b精煉過程加入矽鐵、錳鐵、鉻鐵、鎳板、鋁等進行合金化，根據生產所 需的最終產品各元素含量調整鋼水化學成分；精煉結束餵CaSi線0.4 0.8Kg/t鋼，保證 8 10分鐘的靜吹氬氣時間。連鑄澆鑄和電渣重熔過程中易氧化元素鋁的燒損較大，為 確保產品Al滿足0.020 0.050%要求，出鋼時酸溶鋁為0.055 0.075%。步驟c連鑄規格Φ 220mm Φ 350mm ；連鑄二次冷卻水的分布為一段佔14 20%, 二段佔16 22%，三段佔10 16%，四段佔26 34%，五段佔18 23%， 比水量0.25 0.55L/Kg，防止鑄坯產生內部裂紋；鋼水過熱度控制在15 35°C，恆 拉速澆鑄得到圓連鑄坯；不同規格圓坯連鑄機拉速優選為Φ 220mm 1.2 1.7m/min， Φ 280mm 0.7 l.Om/min， Φ 350mm 0.45 0.65m/min。步驟e電渣重熔的鋼錠錠型為Φ 350mm Φ 600mm。重熔冶煉步驟每6 8分鐘加一次Al粉，鋁粉的用量具體為燒正常後開始加 Al粉，前35分鐘內，每次加入量23 30g/t鋼；35分鐘以後至交換第二支自耗電極後
5熔化25min之間，每次加入量35 50g/t鋼；第二支自耗電極熔化25min以後至電渣鋼 錠重熔結束，每次加入量50 63g/t鋼。採用上述方法製得的鋼的化學成分(重量百分比)為0<CS0.20%，0.10% <Si<0.35%, 0.80%<Mn<1.60%, 0 <P<0.020%, 0 < S<0.015%, 0 < Cr<0.25%, 0 < Ni < 0.50 %, 0 < Cu < 0.18 %, 0 < Mo < 0.10 %, 0 < V < 0.06 %, 0.020 % < Al <0.050%, 0 < Sn<0.030%, Fe 為餘量。本發明方法的有益效果是1、合理控制鑄機二次冷卻水分布及二次冷卻水比水量，保證二次冷卻的均勻， 防止鑄坯產生內部裂紋和表面裂紋。2、連鑄過程鋼包到中間包、中間包到結晶器採用全程加保護套管保護澆鑄，鋼 包與保護套管連接處採用氬氣保護，防止鋼水二次氧化，採用Mg質中間包塗料減輕中間 包耐火材料浸蝕帶來的鋼液夾雜物含量增加，保證鋼水的純淨度。3、採用電渣重熔時鋼水液滴穿過渣層進入熔池的渣洗過程，進一步去除鋼水 中的夾雜物，提高鋼質純淨度；利用電渣重熔邊熔化邊凝固的特點，改變鋼錠的凝固組 織，提高鋼錠的緻密度，使鋼管性能穩定。
具體實施例方式本發明生產工藝流程電弧爐冶煉一LF精煉一圓坯連鑄一冷床一檢驗一噴砂一 電渣重熔鋼錠一鋼錠緩冷。具體包括下列步驟1、電弧爐冶煉電弧爐入爐原料為廢鋼和鐵水，廢鋼化學成分C 0.08 0.50%、Si 0.10 0.50%, Mn 0.35 0.70%、P 0.004 0.025%、S 0.003 0.025%，Fe 為餘量， 鐵水化學成分 C: 4.0 4.5%、Si: 0 0.35%、P 0 0.09%、S 0.01 0.04%、Fe 為餘量。鐵水用量為廢鋼重量的25 35%，利用電能熔化廢鋼，石灰造渣脫磷，氧槍 吹氧脫碳；電爐初煉鋼水成分C: 0.05 0.08%、P 0.0010 0.0040%、S 0.010 0.040%, Fe為餘量；出鋼過程加入鐵合金錳鐵10 13Kg/t鋼，脫氧劑鋁球2.5 3.5Kg/ t鋼；電爐出鋼採用無渣出鋼。2、LF精煉爐精煉初煉鋼水到精煉爐後，鋼包底吹氬氣，用專用精煉渣造發泡性白渣，專用精煉 渣成分 CaO: 72 78%，Al2O3 15 20%，CaF2 7 10%，S 0 0.05%;精煉 過程加入矽鐵、錳鐵、鉻鐵、鎳板、鋁等進行合金化，根據生產所需的最終產品各元素 含量調整鋼水化學成分；精煉結束餵CaSi線0.4 0.8Kg/t鋼，保證8 10分鐘的靜吹 氬氣時間，出鋼溫度1590 1610°C，連鑄澆鑄和電渣重熔過程中易氧化元素鋁的燒損較 大，為確保產品Al滿足0.020 0.050%要求，出鋼時酸溶鋁為0.055 0.075%。3、弧形圓坯連鑄精煉的鋼水送到圓坯連鑄機澆鑄，連鑄鋼包、中間包和結晶器全程加保護套 管，鋼包與保護套管連接處採用氬氣加密封墊保護；使用Mg質中間包塗料。連鑄規格Φ 220mm Φ 350mm ；連鑄二次冷卻水的分布為一段佔14 20%， 二段佔16 22%，三段佔10 16%，四段佔26 34%，五段佔18 23%，比水量
60.25 0.55L/Kg，防止鑄坯產生內部裂紋；鋼水過熱度控制在15 35°C，恆拉速澆鑄得 到圓連鑄坯；不同規格圓坯連鑄機拉速優選為Φ220ιηιη: 1.2 1.7m/min，Φ 280mm 0.7 l.Om/min, Φ 350mm 0.45 0.65m/min。4、連鑄坯表面噴砂鑄坯表面噴砂去除其表面的氧化鐵。5、電渣重熔鋼錠噴過砂的連鑄坯作自耗電極坯料進行電渣重熔，電渣重熔使用的二元渣 Al20330 40%、CaF260 70% ；重熔電流 11200 15500A、電壓 75 84V。電渣重熔的鋼錠錠型為Φ 350mm Φ 600mm,重熔冶煉步驟每6 8分鐘加一 次Al粉，鋁粉的用量具體為燒正常後開始加Al粉，前35分鐘內，每次加入量23 30g/t鋼；35分鐘以後至交換第二支自耗電極後熔化25min之間，每次加入量35 50g/t 鋼；第二支自耗電極熔化25min以後至電渣鋼錠重熔結束，每次加入量50 63g/t鋼。6、重熔鋼錠緩冷電渣重熔鋼錠帶模冷卻40 90min，鋼錠脫模後吊入砂坑緩慢冷卻50 90小 時。由於核島核級管對鋼質純淨度要求嚴格，因此精煉爐需控制好鋼水脫氧、脫 硫、合金化和造渣過程初煉鋼水快速強化脫氧，採用專用精煉渣快速造白渣，白渣保 持時間大於20分鐘，快速造白渣確保合金元素不被氧化和精煉白渣對鋼水夾雜物的吸 附，提高鋼水純淨度；吹氬過程避免鋼液大翻，有效脫出鋼中氣體和夾雜物；精煉結束 後餵CaSi線0.40 0.80Kg/t鋼，對夾雜物進行變形處理，改善鋼水流動性；精煉結束 後，保證8 10分鐘的靜吹氬氣時間，使鋼中化學成分和溫度均勻，夾雜物得到進一步 去除。弧形圓坯連鑄需合理控制鑄機二次冷卻水分布及二次冷卻水比水量，保證二次 冷卻均勻；連鑄鋼包到中間包、中間包到結晶器採用全程加保護套管保護澆鑄，同時鋼 包與保護套管連接處採用氬氣保護，防止鋼水二次氧化，保證鋼質純淨度；使用Mg質 中間包塗料，減輕中間包耐火材料浸蝕帶來的鋼液夾雜物含量增加。以下結合實施例對本發明作進一步的闡述。實施例僅用於說明本發明，而不是 以任何方式來限制本發明。實施例1一、電爐冶煉初煉鋼水電爐入爐優質廢鋼56噸、鐵水30噸，鐵水主要化學成分C 4.0%、Si: 0.35%, P 0.09%, S 0.010%, Fe為餘量，優質廢鋼主要化學成分C 0.50%, Si: 0.50%, Mn: 0.70%, P 0.025%, S 0.003%, Fe 為餘量。石灰造渣脫磷，石灰用 量51kg/t鋼，用氧槍吹氧脫碳，氧氣消耗41Nm3/t鋼。出鋼過程加入鐵合金錳鐵13Kg/ t鋼，脫氧劑鋁球3.5Kg/t鋼；電爐採用無渣出鋼。電爐初煉鋼水成分C: 0.08%, P 0.004%, S 0.024%, Fe 為餘量。二、LF精煉爐精煉電爐冶煉的初煉鋼水在LF精煉爐進行精煉，使用的精煉渣成分為CaO: 77%, Al2O3 15%, CaF2 7%, S 0.05%,餘量為灰份；精煉過程加入低碳鉻鐵150Kg、 鎳板80Kg、鋁80Kg、低錳300Kg進行合金化，調整合金元素成分；精煉結束後餵CaSi線0.4Kg/t鋼，對鋼水中夾雜物進行變性處理；精煉爐出鋼溫度1610°C ；出鋼酸溶鋁為 0.075%。精煉結束後停電靜吹氬氣8分鐘，吹完氬氣出鋼，吊到連鑄工序進行圓坯澆鑄。三、弧形圓坯連鑄連鑄澆鑄規格Φ350ιηιη，連鑄機二次冷卻水的分布為一段佔15 %，二段佔 22%,三段佔16%，四段佔26%，五段佔21%，比水量0.25L/Kg ；連鑄鋼包到中間包、 中間包到結晶器採用全程加保護套管保護澆鑄，同時鋼包與保護套管連接處採用氬氣加 密封墊保護；中間包塗料為Mg質，鋼水過熱度35°C，拉速0.45m/min。鑄坯切割後，在翻轉冷床上冷卻，鑄坯冷卻後送到噴砂站。四、噴砂連鑄坯表面進行噴砂處理，去掉鑄坯表面氧化鐵皮，噴砂後的鑄坯送電渣爐進 行電渣重熔。五、電渣重熔鋼錠採用Φ350ιηιη的連鑄坯作自耗電極重熔Φ600ιηιη、5.5噸的圓鋼錠，渣系由 Al2O3> CaF2組成，其配比為Al20335%、CaF265%,用量28kg/t支鋼；重熔冶煉供電 制度為電壓84V、電流15500A。Al粉加入量燒正常後開始加Al粉，前35分鐘每7 分鐘加一次，每次加入量30g/t鋼；35分鐘以後至交換第二支電極後熔化25分鐘之間， 每7分鐘加一次，每次加入量50g/t鋼；第二支電極熔化25分鐘後至電渣重熔結束，每 7分鐘加一次，每次加入量63g/t鋼。六、鋼錠緩冷電渣重熔鋼錠帶模冷卻90min，鋼錠脫模後吊入砂坑緩慢冷卻90小時即得產品。製得的P280GH 鋼成品含 C 0.13%, Si: 0.30%, Mn: 1.30%, P 0.008%, S 0.003%, Cr: 0.16%, Ni 0.25%, Cu: 0.08%, Mo: 0.02%, V 0.01%, Al: 0.029%, Sn0.006%, Fe 為餘量。電渣重熔製得的電渣鋼錠凝固結構緻密，鋼質純淨度高，表面質量好，性能穩 定，滿足核島核級管材料的質量要求。表1產品非金屬夾雜評級/級
權利要求
1.核島無縫鋼管用鋼，其特徵在於其化學成分按重量百分比計為0<C < 0.20 %, 0.10 % < Si < 0.35 %, 0.80 % < Mn < 1.60 %, 0 < P < 0.020 %, 0<S<0.015%, 0 < Cr<0.25%, 0 <Ni<0.50%, 0 < Cu<0.18%, 0 < Mo<0.10%, 0 < V<0.06%, 0.020%< Al<0.050%, 0 < Sn <0.030%, Fe 為餘量。
2.根據權利要求1所述的核島無縫鋼管用鋼，其特徵在於化學成分按重量百分比 計為0.13%<C<0.18%, 0.15%<Si<0.30%, 1.10%< Mn < 1.30%, 0 < Ρ<0.010%,0 < S < 0.008 %, 0.16 % < Cr < 0.24 %, 0.12 % < Ni < 0.25 %, 0 < Cu < 0.10 %, 0<Mo<0.05%, 0 < V<0.04%, 0.025%< Al<0.045%, 0 < Sn<0.010%, Fe 為餘量。
3.核島無縫鋼管用鋼的生產方法，其特徵在於包括以下步驟a、電弧爐冶煉生產初煉鋼水電爐入爐原料為廢鋼和鐵水，鐵水用量為廢鋼重量的25 35%，氧槍供氧流量為 1500 2100Nm7h，氧氣壓力為1.2 1.8MPa ；出鋼過程加入鐵合金錳鐵10 13Kg/t 鋼，脫氧劑鋁球2.5 3.5Kg/t鋼；出鋼溫度1630 1660°C ；b、LF精煉爐精煉初煉鋼水到精煉爐後，鋼包底吹氬氣，用專用精煉渣造發泡白渣，專用精煉渣成分 CaO: 72 78%，Al2O3 15 20 %，CaF2: 7 10%，S 0 ~ 0.05%,出鋼溫度 1590 1610°C，出鋼時酸溶鋁為0.055 0.075% ；C、弧形圓坯連鑄精煉的鋼水送到圓坯連鑄機澆鑄，連鑄鋼包、中間包和結晶器全程加保護套管，鋼 包與保護套管連接處採用氬氣加密封墊保護；使用Mg質中間包塗料；d、連鑄坯表面噴砂鑄坯表面噴砂去除其表面的氧化鐵；e、電渣重熔鋼錠噴過砂的連鑄坯作自耗電極坯料進行電渣重熔，使用的二元渣Al20330 40 %、 CaF260 70% ；重熔電流 11200 15500A、電壓 75 84V ；f、重熔鋼錠緩冷電渣重熔鋼錠帶模冷卻40 90min，鋼錠脫模後吊入砂坑緩慢冷卻50 90小時。
4.根據權利要求3所述的核島無縫鋼管用鋼的生產方法，其特徵在於步驟a電爐 入爐原料中廢鋼化學成分C 0.08 0.50%、Si: 0.10 0.50%、Mn: 0.35 0.70%、 P 0.004 0.025%、S 0.003 ~ 0.025%, Fe 為餘量；鐵水化學成分 C 4.0 4.5%、 Si: 0 0.35%、P 0 0.09%、S 0.010 0.040%、Fe 為餘量。
5.根據權利要求3所述的核島無縫鋼管用鋼的生產方法，其特徵在於步驟a用石灰 造渣脫磷，RCB氧槍吹氧脫碳。
6.根據權利要求3所述的核島無縫鋼管用鋼的生產方法，其特徵在於步驟a電爐出 鋼採用無渣出鋼。
7.根據權利要求3所述的核島無縫鋼管用鋼的生產方法，其特徵在於步驟b精煉 結束餵CaSi線0.4 0.8Kg/t鋼，保證8 10分鐘的靜吹氬氣時間；出鋼時酸溶鋁為 0.055 0.075%。
8.根據權利要求3所述的核島無縫鋼管用鋼的生產方法，其特徵在於步驟c連鑄規格Φ 220mm Φ 350mm ；連鑄二次冷卻水的分布為一段佔14 20 %，二段佔16 22%,三段佔10 16%，四段佔26 34%，五段佔18 23%，比水量0.25 0.55L/ Kg,防止鑄坯產生內部裂紋；鋼水過熱度控制在15 35°C，恆拉速澆鑄得到圓連鑄坯； 不同規格圓坯連鑄機拉速優選為Φ 220mm 1.2 1.7m/min，Φ 280mm 0.7 1.0m/ min, Φ 350mm 0.45 0.65m/min。
9.根據權利要求3所述的核島無縫鋼管用鋼的生產方法，其特徵在於步驟e電渣重 熔的鋼錠錠型為Φ 350mm Φ 600mm。
10.根據權利要求9所述的核島無縫鋼管用鋼的生產方法，其特徵在於重熔冶煉步 驟每6 8分鐘加一次Al粉，鋁粉的用量具體為燒正常後開始加Al粉，前35分鐘內， 每次加入量23 30g/t鋼；35分鐘以後至交換第二支自耗電極後熔化25min之間，每次 加入量35 50g/t鋼；第二支自耗電極熔化25min以後至電渣鋼錠重熔結束，每次加入 量50 63g/t鋼。
全文摘要
本發明屬於冶金技術領域，特別涉及核島無縫鋼管用鋼及其生產方法。本發明的核島無縫鋼管用鋼化學成分按重量百分比計為0＜C≤0.20％，0.10％≤Si≤0.35％，0.80％≤Mn≤1.60％，0＜P≤0.020％，0＜S≤0.015％，0＜Cr≤0.25％，0＜Ni≤0.50％，0＜Cu≤0.18％，0＜Mo≤0.10％，0＜V≤0.06％，0.020％≤Al≤0.050％，0＜Sn≤0.030％，Fe為餘量。本發明的核島無縫鋼管用鋼滿足碳當量(Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15)≤0.48的條件，控制鋼的主要元素碳、錳含量，穩定鋼管模擬消除應力熱處理後的拉伸性能，確保管體和模擬消除應力熱處理試樣拉伸性能同時滿足技術標準要求。將殘餘元素鎳作為合金元素加入，提高了核島無縫鋼管用鋼低溫衝擊韌性，滿足其0℃、-20℃衝擊韌性要求。
文檔編號C22C33/04GK102021488SQ201010565800
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者楊文明, 胡茂會, 蘇雄傑, 賈寧波, 黃國玖 申請人:攀鋼集團成都鋼釩有限公司, 攀鋼集團鋼鐵釩鈦股份有限公司