一種核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板及其製造方法
2023-05-22 14:28:11 3
專利名稱：一種核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種高強韌鋼板及其製造方法，尤其涉及一種核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板及其製造方法。
背景技術：
核電是應對氣候變化的首選。核電基本上沒有碳排放，是安全、穩定、可靠的大電源，是實現電力可持續供應的不可替代的戰略選擇，加快規模發展核電已經成為我們國家的國策，核電建設將成為國家關鍵基礎設施建設的一個重要組成部分。國家將安全高效發展核電，到2015年，總裝機容量將超過1600萬千瓦；全面參與第三代核電引進、消化、吸收、再創新工作。核電站機械模塊支撐件用鋼服役條件苛刻複雜，必須有優良的綜合性能。但是，鋼質純淨度、內部質量、低溫和高溫下的高強韌性能、抗變形能力、焊接性能等指標都比較低。鋼板在軋制後需要進行不同的熱處理工藝實驗以尋求最佳熱處理工藝參數，因此生產過程具有較高的難度。本發明採用合理的化學成分設計和相匹配的淬火+回火的熱處理工藝的是保證鋼板具有合理的微觀組織和各項力學性能滿足標準的必要條件。合理的熱處理工藝能夠保證鋼板具有均勻的微觀組織，從而保證鋼板具有良好的常溫拉伸性能、低溫韌性等指標，保證鋼板在使用的安全性。
發明內容
本發明所要解決的技術問題，就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板的技術方案，該方案通過採用低碳含量設計基礎上適當添加合金元素，嚴格控制鋼中 的磷、硫、氮、砷等雜質元素和殘餘元素，以合理的工藝手段使鋼的抗拉強度達到SOOMPa以上，並適用於厚度較小的鋼板；同時本發明還提供了一種核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板的技術方案的製造方法。本方案是通過如下技術措施來實現的:
本發明的核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板，其包含的組分及其重量百分比為:碳(C) 0.08 0.22%,矽(Si) 0.15 0.45%,錳(Mn) 0.60 1.10%,磷(P) ( 0.020%、硫(S) ( 0.015%, If(Ni) 0.60 1.00%,鉻(Cr) 0.40 0.70%,鑰(Mo) 0.40 0.60%,銅(Cu)0.15 0.55%,釩(V) 0.020 0.080%,鈦(Ti) 0.008 0.030%,硼(B)0.0005 0.005%，鋁(Alt)0.020 0.050%，餘量為鐵(Fe)及不可避免的雜質。本發明的進一步改進是，其包含的組分及其重量百分比為:碳(C) 0.10 0.20%,矽(Si) 0.15 0.40%,錳(Mn) 0.70 1.00%,磷(P) ( 0.015%、硫(S) ( 0.010%,鎳(Ni)0.60 0.95%,鉻(Cr) 0.45 0.65%,鑰(Mo) 0.45 0.55%,銅(Cu)0.20 0.50%,釩(V) 0.030 0.060%,鈦(Ti) 0.010 0.025%,硼(B)0.0008 0.003%,鋁(Alt)0.020 0.045%，餘量為鐵(Fe)及不可避免的雜質。
本發明的進一步改進是，其包含組分及其重量百分比為:碳(C)0.16%，矽(Si)0.25%，錳(Mn)0.90%，磷(P)0.010%、硫(S)彡 0.004%，鎳(Ni)0.75%，鉻(Cr)0.55%，鑰(Mo)0.50%，銅(Cu)0.25 %，釩(V) 0.050%，鈦(Ti) 0.015%，硼(B)0.002%，鋁(Alt)0.025%，餘量為鐵(Fe)及不可避免的雜質。本發明的核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板厚度為6_—65_。本發明核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板的製造方法如下:
按照以下步驟進行操作:a.KR鐵水預處理脫硫；b.轉爐冶煉、脫磷脫碳、脫氧合金化、溫度調整；c.LF+RH/VD精煉；d.板坯連鑄；e.板坯堆垛緩冷；f.板坯再加熱；g.高壓水除鱗；h.在奧氏體區軋制實現高溫大壓下量；1.鋼板堆垛緩冷工藝；j.淬火+回火熱處理。其中上述字母的含義分別為:KR:KR法鐵水預處理；LF:鋼包精煉爐；RH:真空循環脫氣法；VD:真空脫氣。製造方法的優選方案為:
1)鐵水需要經過鐵水預處理，使硫脫至0.002-0.005%,經過KR深脫硫預處理且扒渣後鐵水亮面大於90%，鐵水溫度1250 1350°C，鐵水中砷(As) ( 0.006% ；
2)轉爐冶煉及脫氧合金化:吹氧冶煉時間15min，多倒渣。礦石加入方式:礦石的三分之二在脫磷加入，後三分之一根據過程溫度加入，保證過程溫度不過高。終點碳含量目標為
0.06-0.10%,P ^ 0.008%，S彡0.012%，出鋼溫度目標為1600_1630°C ;採用擋渣塞、擋渣棒雙擋渣出鋼，嚴格控制下渣；鑰鐵、陰極銅和電解鎳隨廢鋼加入轉爐，出鋼過程加鋁錳鐵、石灰和螢石造頂渣；依次加入矽錳合金、鋁錳鐵、鉻鐵、釩鐵進行合金化，出鋼過程吹氬時間10-15分鐘；
3)精煉:LF採用早期造白渣方式，`根據成分加入微調合金，加熱結束加鈦鐵；VD/RH真空處理:真空度不大於1.5mbar，保真空時間15 20分鐘，後餵鈣鐵線，加硼鐵，餵線後吹IS時間不小於15分鐘；
4)板坯連鑄:連鑄拉速0.8-1.5m/min，全氬氣保護澆鑄；
5)板坯堆垛緩冷及再加熱:對連鑄坯堆垛緩冷48小時以上，之後進行加熱，加熱時間按照8-10min/cm，加熱後出爐溫度控制在1120_1170°C ；
4)高壓水除磷及板坯軋制:連鑄坯加熱後進行高壓水除鱗，開軋溫度1050 1090°C，高溫階段加大壓下量提高變形滲透率，減少精軋道次，精軋階段在完全再結晶區終止，終軋溫度900°C以上；
5)鋼板軋後採用堆垛緩冷工藝，保證鋼中氫的析出和微觀組織的均勻化；
6)鋼板淬火溫度850 1000°C，在爐時間1.0 3.0min/mm，保溫時間10 20min,鋼板回火溫度550 750°C，在爐時間1.0 3.0min/mm,回火保溫時間10 20min，鋼板出爐後空冷，鋼板經淬火後形成粒狀貝氏體和板條貝氏體，回火後最終組織為回火後得到均勻細小的回火貝氏體。本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，
經過以上工藝得到回火貝氏體組織的核電機械模塊支撐件用鋼板，特點是採用適當添加N1、Cu元素，起到固溶強化作用，同時進一步保證其韌性，採用Mo、Cr、B元素，以提高該鋼板的淬透性，保證鋼的強度，以獲得良好的綜合力學性能。其拉伸力學性能滿足:屈服強度700 800MPa，抗拉強度800 930MPa，伸長率不小於16%，_20°C橫向衝擊功不小於34J，斷面收縮率不小於45%,側膨脹量不小於0.38mm,
本發明具有如下特點:
I)本鋼種採用了 N1、Cr、Mo、Cu、B等元素設計，既保證了鋼板較高強度，又具有良好的低溫韌性。2)本鋼在冶煉過程中嚴格控制S、P、N、As等有害元素，以提高鋼板的強度、低溫韌性、探傷性能等，保證鋼板在核電站惡劣環境下的力學性能穩定性。特別是在轉爐冶煉過程中採用純淨鋼冶煉工藝，使鋼中磷含量達到0.015%以下、硫含量達到了 0.010%以下。3)鋼中採用了 Mo、Cr、Ni設計，形成大量彌散的納米級碳化物，能夠起到細化組織，抑制位錯在高溫下的滑移和釘扎位錯的作用，而且通過調質工藝得到均勻的貝氏體組織，在高溫下具有穩定的性能，從而保證該鋼種優良的高溫力學性能。4)該鋼種採用低碳設計使鋼板在調質處理後形成細化的低碳回火貝氏體組織，使該鋼具有良好的塑性和抗變形能力，鋼板經過壓製成安全殼變形最複雜的封頭後具有良好的變形能力和變形後穩定的力學性能。鋼板性能優良穩定，滿足了世界上最新的第三代核電技術AP1000和第四代核電技術CAP1400核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板的各項要求。由此可見，本發明與現有技術相比，具有突出的實質性特點和顯著的進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。
圖1為本發明實施例1的鋼板(厚度1/4處，500倍)金相組織照片。圖2為本發明實 施例2的鋼板(厚度1/4處，500倍)金相組織照片。圖3為本發明實施例3的鋼板(厚度1/4處，500倍)金相組織照片。
具體實施例方式為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過一個具體實施方式
，並結合其附圖，對本方案進行闡述。通過附圖可以看出，本方案的本發明的核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板，其包含的組分及其重量百分比為:碳(C)0.08 0.22%，矽(Si)0.15 0.45%，錳(Mn)0.60
1.10%，磷(P) ( 0.020%、硫(S) ( 0.015%，鎳(Ni)0.60 1.00%，鉻(Cr)0.40 0.70%，鑰(Mo)0.40 0.60%，銅(Cu)0.15 0.55%，釩(V)0.020 0.080%，鈦(Ti)0.008 0.030%,硼(B)0.0005 0.005%，鋁(Alt)0.020 0.050%，餘量為鐵(Fe)及不可避免的雜質。本發明的進一步改進是，其包含的組分及其重量百分比為:碳(C) 0.10 0.20%,矽(Si) 0.15 0.40%,錳(Mn) 0.70 1.00%,磷(P) ( 0.015%、硫(S) ( 0.010%,鎳(Ni)0.60 0.95%,鉻(Cr) 0.45 0.65%,鑰(Mo) 0.45 0.55%,銅(Cu)0.20 0.50%,釩(V) 0.030 0.060%,鈦(Ti) 0.010 0.025%,硼(B)0.0008 0.003%,鋁(Alt)0.020 0.045%，餘量為鐵(Fe)及不可避免的雜質。本發明的進一步改進是，其包含組分及其重量百分比為:碳(C)0.16%，矽(Si)0.25%，錳(Mn)0.90%，磷(P)0.010%、硫(S)彡 0.004%，鎳(Ni)0.75%，鉻(Cr)0.55%，鑰(Mo)0.50%，銅(Cu)0.25 %，釩(V) 0.050%，鈦(Ti) 0.015%，硼(B)0.002%，鋁(Alt)0.025%，餘量為鐵(Fe)及不可避免的雜質。本發明的核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板厚度為6_—65_。本發明核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板的製造方法如下:
按照以下步驟進行操作:a.KR鐵水預處理脫硫；b.轉爐冶煉、脫磷脫碳、脫氧合金化、溫度調整；c.LF+RH/VD精煉；d.板坯連鑄；e.板坯堆垛緩冷；f.板坯再加熱；g.高壓水除鱗；h.在奧氏體區軋制實現高溫大壓下量；1.鋼板堆垛緩冷工藝；j.淬火+回火熱處理。製造方法的優選方案為:
1)鐵水需要經過鐵水預處理，使硫脫至0.002-0.005%,經過KR深脫硫預處理且扒渣後鐵水亮面大於90%，鐵水溫度1250 1350°C，鐵水中砷(As) ( 0.006% ；
2)轉爐冶煉及脫氧·合金化:吹氧冶煉時間15min，多倒渣。礦石加入方式:礦石的三分之二在脫磷加入，後三分之一根據過程溫度加入，保證過程溫度不過高。終點碳含量目標為0.06-0.10%,P≤ 0.008%，S≤0.012%，出鋼溫度目標為1600_1630°C ;採用擋渣塞、擋渣棒雙擋渣出鋼，嚴格控制下渣；鑰鐵、陰極銅和電解鎳隨廢鋼加入轉爐，出鋼過程加鋁錳鐵、石灰和螢石造頂渣；依次加入矽錳合金、鋁錳鐵、鉻鐵、釩鐵進行合金化，出鋼過程吹氬時間10-15分鐘；
3)精煉:LF採用早期造白渣方式，根據成分加入微調合金，加熱結束加鈦鐵；VD/RH真空處理:真空度不大於1.5mbar，保真空時間15 20分鐘，後餵鈣鐵線，加硼鐵，餵線後吹IS時間不小於15分鐘；
4)板坯連鑄:連鑄拉速0.8-1.5m/min，全氬氣保護澆鑄；
5)板坯堆垛緩冷及再加熱:對連鑄坯堆垛緩冷48小時以上，之後進行加熱，加熱時間按照8-10min/cm，加熱後出爐溫度控制在1120_1170°C ；
4)高壓水除磷及板坯軋制:連鑄坯加熱後進行高壓水除鱗，開軋溫度1050 1090°C，高溫階段加大壓下量提高變形滲透率，減少精軋道次，精軋階段在完全再結晶區終止，終軋溫度900°C以上；
5)鋼板軋後採用堆垛緩冷工藝，保證鋼中氫的析出和微觀組織的均勻化；
6)鋼板淬火溫度850 1000°C，在爐時間1.0 3.0min/mm，保溫時間10 20min,鋼板回火溫度550 750°C，在爐時間1.0 3.0min/mm,回火保溫時間10 20min，鋼板出爐後空冷，鋼板經淬火後形成粒狀貝氏體和板條貝氏體，回火後最終組織為回火後得到均勻細小的回火貝氏體。實施例1:本實施例所涉及的鋼板厚度為38mm ；
製造方法:採用KR鐵水預處理脫硫，處理後硫含量0.003%,鐵水溫度1264°C，砷含量
0.003%。轉爐吹煉15min，倒渣時化渣狀態較好，倒渣量大。終點碳含量目標為0.08%，P:
0.007%, S:0.008%。出鋼溫度目標為1618°C;採用擋渣塞、擋渣棒雙擋渣出鋼；鑰鐵隨廢鋼加入轉爐，出鋼過程加鋁錳鐵、石灰、螢石造頂渣；依次加入矽錳合金、鋁錳鐵、鉻鐵、釩鐵進行合金化，出鋼過程吹氬時間15分鐘；LF:到站溫度1530°C，出站溫度1654°C。加熱時間30min,處理周期58min。加入鈦鐵調整鈦元素含量。VD:保真空時間16min,真空度0.6mbr。RH後餵鈣鐵線後軟吹氬20min，軟吹過程鋼液面無裸露。連鑄:拉速為1.0m/min，全氬氣保護澆鑄。板坯下線冷卻64小時。連鑄坯再加熱:加熱時間254分鐘，出爐溫度1147°C。開軋溫度:1062°C。終軋溫度:920°C。鋼板淬火溫度920°C，在爐時間80min，保溫時間16分鐘後水冷；回火溫度680°C，在爐時間80min，保溫時間17min，鋼板出爐後空冷。通過上述方法所得鋼板的組分為:C:0.17%，Si:0.24%，Mn:0.86%，P:0.013%，S:0.006%, Cu:0.18%, Cr:0.48%, N1:0.78%, Mo:0.44%, V:0.050%, N:0.0040%, T1:0.016%, B:0.0024%。實施例2:本實施例所涉及的鋼板厚度為52mm ；
鋼水冶煉與連鑄坯生產工藝同實施例1，連鑄坯再加熱:加熱時間248分鐘，出爐溫度1142。。。開軋溫度:1058°C。終軋溫度:935°C。鋼板淬火溫度920°C，在爐時間llOmin，保溫時間16分鐘後水冷；回火溫度660°C，在爐時間110min/mm，保溫時間16 min，鋼板出爐
後空冷。通過上述方法所得鋼板的組分同實施例1。 實施例3:本實施例所涉及的鋼板厚度為12mm
鋼水冶煉與連鑄坯生產工藝同實施例1，連鑄坯再加熱:加熱時間242分鐘，出爐溫度1154°C。開軋溫度:1052°C。終軋溫度:915°C。鋼板淬火溫度920°C，在爐時間llOmin，保溫時間15分鐘後水冷；回火溫度690°C，在爐時間llOmin，保溫時間15 min，鋼板出爐後空冷。通過上述方法所得鋼板的組分同實施例1。表I鋼板常溫拉伸性能
權利要求
1.一種核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板，其特徵在於:其包含的組分及其重量百分比為:碳(C)0.08 0.22%，矽(Si)0.15 0.45%，錳(Mn)0.60 1.10%，磷(P)彡 0.020%、硫(S) ( 0.015%, If(Ni) 0.60 1.00%,鉻(Cr) 0.40 0.70%,鑰(Mo) 0.40 0.60%,銅(Cu)0.15 0.55%,釩(V) 0.020 0.080%,鈦(Ti) 0.008 0.030%,硼(B)0.0005 0.005%，鋁(Alt)0.020 0.050%，餘量為鐵(Fe)及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板，其特徵在於:其包含的組分及其重量百分比為:碳(C) 0.10 0.20%，矽(Si) 0.15 0.40%,錳(Mn) 0.70 1.00%，磷(P) ( 0.015%、硫(S) ( 0.010%，鎳(Ni)0.60 0.95%，鉻(Cr)0.45 0.65%，鑰(Mo)0.45 0.55%，銅(Cu)0.20 0.50%，釩(V)0.030 0.060%，鈦(Ti)0.010 0.025%,硼(B)0.0008 0.003%，鋁(Alt)0.020 0.045%，餘量為鐵(Fe)及不可避免的雜質。
3.根據權利要求1或2所的所述的核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板，其特徵在於:其包含組分及其重量百分比為:碳(C)0.16%，矽(Si)0.25%，錳(Mn)0.90%，磷(P)0.010%、硫(S) ^ 0.004%，鎳(Ni) 0.75%，鉻(Cr) 0.55%，鑰(Mo) 0.50%，銅(Cu) 0.25 %，釩(V) 0.050%,鈦(Ti) 0.015%，硼(B)0.002%，鋁(Alt)0.025%，餘量為鐵(Fe)及不可避免的雜質。
4.根據權利要求1或2所述的核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板，其特徵在於:該鋼板厚度為6mm—65mm。
5.根據權利要求3所述的核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板，其特徵在於:該鋼板厚度為6mm—65mm。
6.根據權利要求1所述的核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板的製造方法，其特徵在於:按照以下步驟進行操作:a.KR鐵水預處理脫硫；b.轉爐冶煉、脫磷脫碳、脫氧合金化、溫度調整；c.LF+RH/VD精煉；d.板坯連鑄；e.板坯堆垛緩冷；f.板坯再加熱；g.高壓水除鱗；h.在奧氏體區軋制實現高溫大 壓下量；1.鋼板堆垛緩冷工藝；j.淬火+回火熱處理。
7.根據權利要求6所述的核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板的製造方法，其特徵在於: 1)鐵水需要經過鐵水預處理，使硫脫至0.002-0.005%,經過KR深脫硫預處理且扒渣後鐵水亮面大於90%，鐵水溫度1250 1350°C，鐵水中砷(As) ( 0.006% ； 2)轉爐冶煉及脫氧合金化:吹氧冶煉時間15min，多倒渣。
8.礦石加入方式:礦石的三分之二在脫磷加入，後三分之一根據過程溫度加入，保證過程溫度不過高。
9.終點碳含量目標為0.06-0.10%, P ^ 0.008%, S彡0.012 %，出鋼溫度目標為1600-1630°C ;採用擋渣塞、擋渣棒雙擋渣出鋼，嚴格控制下渣；鑰鐵、陰極銅和電解鎳隨廢鋼加入轉爐，出鋼過程加鋁錳鐵、石灰和螢石造頂渣；依次加入矽錳合金、鋁錳鐵、鉻鐵、釩鐵進行合金化，出鋼過程吹IS時間10-15分鐘； 3)精煉:LF採用早期造白渣方式，根據成分加入微調合金，加熱結束加鈦鐵；VD/RH真空處理:真空度不大於1.5mbar，保真空時間15 20分鐘，後餵鈣鐵線，加硼鐵，餵線後吹IS時間不小於15分鐘； 4)板坯連鑄:連鑄拉速0.8-1.5m/min，全氬氣保護澆鑄； 5)板坯堆垛緩冷及再加熱:對連鑄坯堆垛緩冷48小時以上，之後進行加熱，加熱時間按照8-10min/cm，加熱後出爐溫度控制在1120_1170°C ；4)高壓水除磷及板坯軋制:連鑄坯加熱後進行高壓水除鱗，開軋溫度1050 1090°C，高溫階段加大壓下量提高變形滲透率，減少精軋道次，精軋階段在完全再結晶區終止，終軋溫度900°C以上； 5)鋼板軋後採用堆垛緩冷工藝，保證鋼中氫的析出和微觀組織的均勻化； 6)鋼板淬火溫度850 1000°C，在爐時間1.0 3.0min/mm，保溫時間10 20min,鋼板回火溫度550 750°C，在爐時間1.0 3.0min/mm,回火保溫時間10 20min，鋼板出爐後空冷。
全文摘要
本發明提供了一種核電站機械模塊支撐件用高強韌鋼板及其製造方法的技術方案，通過本製造方法所生產的鋼板其包含的組分及其重量百分比為碳0.08～0.22%，矽0.15～0.45%，錳0.60～1.10%，磷≤0.020%、硫≤0.015%，鎳0.60～1.00%，鉻0.40～0.70%，鉬0.40～0.60%，銅0.15～0.55%，釩0.020～0.080%，鈦0.008～0.030%，硼0.0005～0.005%，鋁0.020～0.050%，餘量為鐵及雜質。該方案通過採用低碳含量設計基礎上適當添加合金元素，嚴格控制鋼中的磷、硫、氮、砷等雜質元素和殘餘元素，使鋼的抗拉強度達到800MPa以上。
文檔編號C21D1/25GK103114254SQ20131008327
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月15日 優先權日2013年3月15日
發明者蔣善玉, 孫衛華, 韓啟彪, 王金華, 孫風曉, 夏茂森, 周波 申請人:濟鋼集團有限公司