一種含Cu控Cr核電站用無縫鋼管及其生產方法
2023-05-20 21:42:26 2
專利名稱：一種含Cu控Cr核電站用無縫鋼管及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種含Cu控Cr核電站用無縫鋼管及其生產方法，屬於冶金材料領域。
背景技術：
隨著國家節能減排能源政策的實施,高效、經濟、清潔的原子能(核能)發電已經成為國家重點發展的能源之一，核電站建設增長迅速。核反應堆的結構材料在高溫強輻射和腐蝕條件下工作，要求苛刻，材料應具有良好的力學性能、輻射穩定性、與核燃料的相容性、高的熱導率等，在任何情況下不允許容器破壞和洩漏。核電站常規島的主蒸汽管道、主給水管道輸送著流速高、流量大的中溫、中壓並帶有一定溼度的飽和蒸汽，所以會產生流動加速腐蝕(FAC)現象，因此要求核電站常規 島用管具有抗流動加速腐蝕的性能。研究表明，鋼中含Cr會抑制FAC現象的發生。在鋼中加入銅，可以提高鋼的耐蝕性和強度，改善焊接性、成型性與機加工性等，而且Cu是唯一在提高強度的同時不造成脆化的合金元素。因此，發明一種含Cu控Cr核電站用無縫鋼管，達到抗流動加速腐蝕的目的，並具有良好的高溫強度和焊接性。但目前為止，還未有與此相關專利。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有比碳鋼高得多的強度及優良的抗FAC性能的含Cu控Cr核電站用無縫鋼管及其生產方法。為實現上述目的，本發明是通過如下措施來實現一種含Cu控Cr核電站用無縫鋼管，其材料的質量百分比化學成分為C 0. 10
0.15 ；Mn 0. 90 I. 20 ;Si 0. 20 0. 45 ;P ( 0. 015 ；S ( 0. 005 ；Cr 0. 20 0.30;Mo 0. 25 0. 40 ；Ni I. 10 I. 25 ；Cu 0. 55 0. 65 ；Nb 0. 015 0. 025 ；Altot ^ 0. 02 ；N 彡 0. 008 ；H ( 0. 0002 ；0 ( 0. 003 ；As+Sn ( 0. 012，As+Sn+Pb+Sb+Bi ( 0. 020，其餘為 Fe
及不可避免的雜質，質量百分數總計100%。本發明的無縫鋼管生產方法中圓坯用鋼採用氧氣轉爐加爐外精煉並經真空精煉處理，圓坯採用連鑄方法生產。鋼管生產工藝為圓坯加熱一穿孔一軋管一定徑一熱處理。將圓坯裝入環形加熱爐加熱，加熱溫度為1220 1250°C，加熱時間為T = I. 0
1.2min/mmXD,D為管還直徑,最大加熱時間Tmax = T+30min。熱處理採用正火加回火,正火溫度為920 960°C，保溫時間為壁厚每Imm不少於I. 5min,總保溫時間不小於35min ;回火為630 660°C，保溫時間不小於lh。Cu是唯一在提高強度的同時不造成脆化的合金元素，Cu在鋼中利用固溶強化和沉澱析出兩種強化機制，提高了鋼的耐蝕性和強度，同時也改善了焊接性、成型性與機加工性等。但含銅鋼由於銅易在鋼表面富集，使其在熱軋或連鑄過程中表面易形成裂紋。添加Ni可以提高鋼中Cu在奧氏體中的溶解度，減少Cu在晶界析出，亦可提高在氧化皮/鋼界面Cu析出物的熔化溫度。這樣可使鋼表面的Cu富集層變為熔點超過1200°C的Cu-Ni富集層，達到避免含Cu鋼表面裂紋的目的。在本鋼種體系內，Ni/Cu> I. 6時，可以有效的避免Cu熱脆的發生。因此Cu、Ni含量分別選擇在0.55 0.65%、I. 10 I. 25%比較適宜。Cr會抑制FAC現象的發生，但Cr增加Cu熱脆性傾向，因此其含量控制在0. 20 0. 30%較合適。核電用鋼要達到高純淨度、低氣體、低夾雜物含量的冶金質量要求，因此S、P、H、O、N含量較低。鋼中五害兀素As、Sn、Pb、Sb、Bi含量超過一定限度時,都會明顯降低高溫機械性能，增加鋼的高溫脆性，降低鋼的強度和韌性，使鋼變脆，而且As、Sn可以明顯增加Cu熱脆性傾向，因此需對As、Sn及五害元素含量進行限制。為獲得較好的鑄坯質量，提高生產效率，降低成本，採用適合於規模化生產的連鑄工藝生產圓坯。為避免熱加工過程中產生Cu熱脆現象，使熱軋鋼管表面不出現開裂及外折缺陷，又滿足加工過程中穿孔、連軋設備軋制此類合金鋼種負載較高的特點，對管坯加熱爐要進行嚴格控制，加熱溫度設定為1220 1250°C。根據鋼種特性，通過計算及生產實踐，力口熱時間經驗公式為T = I. 0 I. 2min/mmXD, D為管坯直徑，同時還要限制超時間加熱，因此最大加熱時間Tmax = T+30min,這樣既滿足設備能力又實現較低溫度加熱。熱處理採用正火加回火，正火溫度為920 960°C，在該溫度範圍內，正火溫度對性能影響較小，保溫時間為壁厚每Imm不少於I. 5min,但不小於35min,以保證奧氏體化充分；回火溫度為630 660°C，保溫時間不小於lh，隨回火保溫時間的延長屈服強度逐漸升高，抗拉強度有下降的趨勢，同時隨回火保溫時間的延長，衝擊功上升明顯，斷口為100%韌窩斷口，採用該工藝熱處理後的鋼管具有較好的組織和力學性能。本發明的優點在於本發明以經濟的優越方式提供了一種含Cu控Cr核電站用無縫鋼管及其生產方法。本發明通過加入Cu、Cr等合金元素，嚴格控制有害元素，獲得高純淨度、低氣體、低夾雜物的圓坯，並制定合理的加熱制度、軋制工藝及熱處理制度，使鋼種具有比碳鋼高得多的強度及優良的抗FAC性能，可以節省壁厚，並且安全可靠，適合於要求較為苛刻的核電站用無縫管。本發明生產效率高、經濟效益好，適合於規模化生產，具有良好的推廣價值。
具體實施例方式鋼材的冶煉生產工藝為鐵水一轉爐冶煉一LF精煉一VD脫氣一圓坯連鑄，各實例化學成分如表I、表2所列。表I各實例化學成分(wt. % )
權利要求
1.一種含Cu控Cr核電站用無縫鋼管，其特徵是構成無縫鋼管的材料的質量百分比化學成分為c 0. 10 0. 15 ；Mn 0. 90 I. 20 ；Si 0. 20 0. 45 ；P ( 0. 015 ；S ≤0. 005 ；Cr 0. 20 0. 30 ；Mo 0. 25 0. 40 ；Ni I. 10 I. 25 ；Cu 0. 55 0. 65 ；Nb0.015 0.025;Alt(rt ( 0. 02 ；N ( 0. 008 ；H ( 0. 0002 ；0 ( 0. 003 ；As+Sn ( 0.012，As+Sn+Pb+Sb+Bi ( 0. 020，其餘為Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100%。
2.一種根據權利要求I所述的含Cu控Cr核電站用無縫鋼管的生產方法，其特徵是無縫鋼管生產方法中圓坯用鋼採用氧氣轉爐加爐外精煉並經真空精煉處理，圓坯採用連鑄方法生產，將圓坯裝入環形加熱爐加熱，加熱溫度為1220 1250°C，加熱時間為T = I. 0 .1.2min/mmXD, D為管還直徑,最大加熱時間Tmax = T+30min ;熱處理採用正火加回火,正火溫度為920 960°C，保溫時間為壁厚每Imm不少於I. 5min,總保溫時間不小於35min ;回火為630 660°C，保溫時間不小於lh。
全文摘要
本發明涉及一種含Cu控Cr核電站用無縫鋼管及其生產方法，構成無縫鋼管的材料的質量百分比化學成分為C0.10～0.15；Mn0.90～1.20；Si0.20～0.45；P≤0.015；S≤0.005；Cr0.20～0.30；Mo0.25～0.40；Ni1.10～1.25；Cu0.55～0.65；Nb0.015～0.025；Altot≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn≤0.012，As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020，其餘為Fe及不可避免的雜質；無縫鋼管生產方法中圓坯用鋼採用氧氣轉爐加爐外精煉並經真空精煉處理，圓坯採用連鑄方法生產。其優點是通過加入Cu、Cr等合金元素，嚴格控制有害元素，獲得高純淨度、低氣體、低夾雜物的圓坯，並制定合理的加熱制度、軋制工藝及熱處理制度，使鋼種具有比碳鋼高得多的強度及優良的抗FAC性能，可以節省壁厚，並且安全可靠，適合於要求較為苛刻的核電站用無縫管。
文檔編號C22C38/60GK102703831SQ20121017469
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者豐小冬, 喬愛雲, 宋江波, 張娜, 王金龍, 石曉霞, 馬愛清 申請人:內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司