一種核電站低壓加熱器用鋼及其制造方法技術

本發明專利技術提供一種核電站低壓加熱器用鋼及其制造方法，鋼的成分：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，余為Fe和不可避免雜質。其制造方法包括冶煉和兩階段控軋，鋼坯加熱溫度為1150～1200℃，再結晶區軋制終軋溫度≥1000℃；未再結晶區軋制溫度為930℃～Ar3，累積變形量大于50％，軋后自然冷卻，再進行正火處理，正火溫度890℃±10℃，保溫時間2-3min/mm。本發明專利技術鋼種只加入少量微合金化元素，其生產工藝簡單穩定，可操作性強，產品完全能滿足AP1000機組低壓加熱器用鋼的設計要求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于黑色金屬材料
，特別涉及一種AP1000核電機組低壓加熱器用鋼及其制造方法。
技術介紹
我國的一次能源主要以煤炭為主，隨著經濟發展對電力需求的不斷增長，給煤炭生產、交通運輸和環境保護帶來巨大壓力。而核電作為一種清潔的能源，不會造成對大氣的污染排放，對于實現經濟、社會與環境的可持續發展具有重要意義。在當今IOOOMWe級核電機組中，美國西屋公司的AP1000機組以其能動安全性好，可采用模塊化建造模式，能大大縮短建設工期等優勢成為第三代核電技術的代表。低壓加 熱器是AP1000核電機組中一個重要的構件，能夠減少汽輪機排往凝汽器中的蒸汽量，降低能源損失，提高熱力系統的循環效率。AP1000核電機組低壓加熱器用鋼目前基本設計要求采用的是屈服強度為235MPa級別的壓力容器用鋼，在實際使用過程中，需要與蒸汽接入口管進行焊接成型，而AP1000蒸汽接入管用鋼采用Cr-Ni-Mo鋼，為了保證焊接結構的穩定性，需進行在650 680°C的焊后熱處理。因此，低壓加熱器用鋼板除了需要鋼板具有良好的力學性能和焊接性能外，還必須保證鋼板經過長時間模擬焊后熱處理后的力學性能穩定性。現有AP1000機組低壓加熱器用鋼采用的是ASME SA_285Gr. C，其化學成分要求為彡O. 22%的C ;彡O. 90%的Mn ;彡O. 035%的P ;彡O. 035 %的S ;其余含量為Fe。SA-285Gr. C鋼是一種壓力容器用碳素鋼板，主要依靠滲碳體強化作用，鐵素體韌化。模擬焊后熱處理過程后鋼板強度和韌性急劇下降。以20mm厚的鋼板為例，熱軋態鋼板的屈服強度為290MPa，抗拉強度為420MPa，斷后伸長率達到35. 5 %，(TC沖擊吸收能量達到140J，力學性能滿足標準的要求。經過650 690°C模擬焊后熱處理6小時后，鋼板的屈服強度和抗拉強度均下降約40MPa，(TC沖擊吸收能量只有10J，模擬焊后熱處理后鋼板的性能不能滿足使用要求。武漢鋼鐵公司申請了公開號為101892442A、名為“高韌性高延性低輻照催化核電承壓設備用鋼及其制造方法”的中國專利，在成分設計時考慮鋼板的高韌性、高延性、低輻照性和生產工藝可行性，但沒有考慮鋼板的焊接性能及其模擬焊后熱處理后力學性能，該鋼的化學成分按重量百分數計為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%，其余為Fe及不可避免的雜質。首鋼總公司申請了公開號為101845593A、名為“20控Cr核電用鋼及其生產方法”的中國專利，其中C元素含量為O. 17% O. 25%, Mn含量為O. 40% I. 0%, Si元素含量為O. 18% O. 25%，Cr元素O. 18% O. 30%，采用了中碳、低Mn、控Cr的設計思路，鋼板經過正火后具有良好的力學性能，主要適用于處理高溫紊流狀態下的核電管件用鋼。該專利碳含量成分較高，不利于焊接性能，也沒有考慮鋼板模擬焊后熱處理后力學性能，此外還添加入了 Cr元素。重慶鋼鐵有限責任公司申請了公開號為CN101787490、名為“一種微合金化的Q345R鋼”的中國專利，其主要特征是通過加入Ti元素提高鋼板的性能合格率，鋼板的屈服強度較高，為345MPa級別，但未考慮鋼板模擬焊后熱處理后的性能。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術存在的不足，提供一種能滿足AP1000機組低壓加熱器用鋼設計和使用要求、具有良好的強度和塑韌性匹配、經650 690°C高溫模擬焊后熱處理后強度下降不明顯且0°C沖擊吸收能量還能保持在較高水平的鋼種及其制造方法。本專利技術核電站低壓加熱器用鋼的化學成分重量百分比為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，其余含量為Fe和不可避免的雜質。本專利技術化學成分的設計理由如下C :鋼中C元素是保證鋼板強度的主要元素，通過形成滲碳體使鋼強化，且成本低廉；但C含量較高時會降低鋼的沖擊韌性和可焊接性能。因此本專利技術要求C含量O. 10% O. 18%。Si =Si是鋼中強化元素之一，Si元素擴散緩慢，能抑制滲碳體的聚集長大過程，對于保證鋼板模擬焊后熱處理后性能有明顯作用，但是Si含量過高會損害鋼板的沖擊韌性，因此本專利技術要求Si含量為O. 20% O. 60%。Mn :Mn元素是鋼中主要的強化元素之一，但Mn元素惡化鋼的焊接性能，減低鋼的塑性和韌性，因此考慮到鋼的使用強度等級及焊接性能要求，Mn含量的設計要求范圍為O.30% O. 90%。P :P元素降低鋼的沖擊韌性，且在連鑄過程中易于在鑄坯中心形成偏析和疏松，因此要求P含量越低越好，但考慮到脫P成本，本專利技術中設計P含量為< O. 015%。S S元素在鋼中易形成MnS夾雜，降低鋼的沖擊韌性和可焊性，同時加劇中心偏析、疏松等缺陷的產生，因此要求S含量越低越好，但考慮到脫S成本，本專利技術中設計S含量為< O. 010%。V :V元素能夠細化鋼的晶粒，是強的碳化物形成元素，且析出強化作用明顯，在模擬焊后熱處理過程中V能有效的阻礙碳化物的聚集長大。因此本專利技術設計中V元素的含量為 O. 02% O. 08%。Ti =Ti能抑制原始奧氏體晶粒粗化，Ti的碳氮化物析出強化效果顯著，在模擬焊后熱處理過程中Ti能有效的阻礙碳化物的聚集長大。因此本專利技術設計中Ti元素的含量為O.01% O. 03%。Nb =Nb是控軋控冷鋼中的主要元素，它能夠延遲奧氏體的再結晶，阻止奧氏體晶粒長大，可以明顯起到細化晶粒的作用。在模擬焊后熱處理過程中Nb能阻礙碳化物的聚集長大。因此本專利技術設計中Nb兀素的含量為O. 01 % O. 03%。為實現本專利技術在生產工藝上采取以下技術措施本專利技術鋼的冶煉采用轉爐冶煉，通過爐外精煉和真空脫氣處理；鋼的軋制采用控制軋制技術，鋼坯加熱溫度在1150 1200°C，在再結晶和未再結晶區兩階段控軋，再結晶區軋制終軋溫度彡1000°c;未再結晶區軋制溫度控制在930°C Ar3，累積變形量大于50%，軋后自然冷卻；為滿足最終的使用要求，需要對鋼板進行正火處理，以消除軋制過程的組織應力和熱應力，使組織更加均勻，正火溫度為890°C ±10°C，保溫時間為2-3min/mm。本專利技術鋼種只加入少量微合金化元素，成本不會明顯增加；生產工藝簡單穩定，可操作性強。本專利技術從鋼板使用狀態、模擬焊后熱處理狀態的力學性能和焊接性能的需求出 發，通過合理化學成分和生產工藝設計，使正火態鋼板具有良好的強度和塑韌性匹配，經過高溫模擬焊后熱處理后強度不會明顯下降，且0°c沖擊吸收能量還能保持在較高的水平，完全能滿足AP1000機組低壓加熱器用鋼的設計要求。具體實施例方式下面通過實施例對本專利技術作進一步的說明。本專利技術實施例根據所提供的鋼種成分及本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種核電站低壓加熱器用鋼，其特征在于鋼的化學成分重量百分比為：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，其余為Fe和不可避免的雜質。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張起生，王勇，王長順，蘇春霞，董恩龍，孫殿東，陳本文，
申請(專利權)人：鞍鋼股份有限公司，
類型：發明
國別省市：