一种压水堆核电站安注箱基板用钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种压水堆核电站安注箱基板用钢及其制造方法，钢中化学成分按重量百分比为：C 0.08％～0.25％，Si 0.15％～0.45％，Mn 0.9％～1.65％，P≤0.010％，S≤0.010％，Mo 0.40％～0.60％，Ni 0.35％～0.65％，Cr 0.1％～0.35％，V 0.01％～0.06％，Nb 0.01％～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。连铸坯加热至1150～1350℃，保温时间＞2h，开轧温度≥1100℃，终轧温度≥900℃，总变形量≥70％，轧后自然冷却；调质处理中，淬火温度为920±20℃，保温时间3～4min/mm，回火温度650±20℃，保温时间5～7min/mm。

Steel for safety injection box substrate of pressurized water reactor nuclear power plant and its manufacturing method

The invention discloses a PWR nuclear power plant safety injection tank with steel substrate and its manufacturing method, chemical composition of steel by weight percentage: C 0.08% ~ 0.25%, 0.15% ~ 0.45% Si, Mn 0.9% ~ 1.65%, P = 0.010%, S = 0.010%, Mo 0.40% ~ 0.60%, Ni 0.35% 0.1% ~ 0.65%, Cr ~ 0.35%, V 0.01% ~ 0.06%, 0.01% ~ 0.02% Nb, residual Fe and inevitable impurities. Heating billet to 1150 to 1350 DEG C, the holding time is more than 2h, the rolling temperature more than 1100 DEG C, finishing temperature more than 900 DEG C, the total deformation is more than 70%, natural cooling after rolling; quenching and tempering, quenching temperature is 920 + 20 C, the holding time is 3 ~ 4min/mm, the tempering temperature is 650 + 20 C the holding time is 5 ~ 7min/mm.

【技术实现步骤摘要】
一种压水堆核电站安注箱基板用钢及其制造方法
本专利技术属于黑色金属材料，特别涉及压水堆核电站安注箱基板用钢及其制造方法。
技术介绍
随着世界经济的高速发展，能源及环境已经成为各国关注的重大问题。解决此问题的最好方法即为发展清洁、安全、稳定的能源。核电目前已与火电、水电一起成为世界三大能源支柱，受到了越来越多的重视。我国现已成为世界上在建核电机组最多的国家，并以每年新建5～8台机组的速度增长。我国在建核电机组主要分为两大类，第一类是二代半核电机组(CPR1000)，占有较大比例，由于该类机组运行状态良好，安全性得到了广泛认可；第二类是三代核电机组(AP1000、CAP1400、CAP1700等)，目前是我国新建核电机组中的重点，其先进的设计理念和可靠的安全性能已得到越来越多得国家认可，并且其所占比重正逐步增加。虽然我国从上至下号召核电机组关键材料国产化，但对于核电机组中核岛关键设备，如压水堆核电机组中的安注箱壳体用钢一直以来只能依靠进口，无论采购成本，还是生产周期均受制于人。一方面由于三代核电压水堆核电机组的使用寿命基本要保证60年，在期限内必须确保安注箱压力边界的完整性，该钢种为核一级产品，需要具有完整严格的质量保证体系，需要按ASME标准进行；另一方面由于压水堆核电站中安注箱用钢板采用的是低合金钢与不锈钢异质复合，其中复合板的基板材料属Mn-Ni-Mo系列，为了保证复合钢板的稳定性，需要进行模拟焊后热处理。因此这类钢除了要具有较好的淬透性、常温及高温性能、抗低温回火脆性及较低的无延性转变温度外，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，生产难度相对较大。申请号为200980152846.4，名称为“用于核反应堆安全壳的高强度钢板及其制造”的专利公开了一种用于核反应堆安全壳的高强度钢板及其制造方法，包括下述重量百分比含量的化学成分组成：0.03％～0.20％的C，0.15％～0.55％的Si，0.9％～1.50％的Mn，0.001％～0.05％的Al，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr≤0.30％，Mo≤0.20％，Ni≤0.60％，V≤0.07％，Nb≤0.04％，5～50ppm的Ca，0.005％～0.025％的Ti，0.0020％～0.0060％的N，0.0005％～0.0020％的B，其余为Fe及不可避免的杂质。该专利技术采用钢锭加热、控轧控冷和回火工艺，制得的钢板厚度为13～50mm，组织为回火马氏体，-50℃条件下，抗拉强度≥650MPa，冲击功≥200J。上述专利采用钢锭直接轧制，控轧控冷+回火工艺，成材率低，生产成本高，且该专利技术没有考虑钢板的模拟焊后热处理后力学性能。申请号为201210064306.4，名称为“一种核电压力容器用钢及其制造方法”的专利主要公开了一种核电压力容器用钢及其制造方法，其化学元素质量百分含量为：0.05％～0.20％的C，0.10％～0.40％的Si，0.75％～1.60％的Mn，0.15％～0.60％的Cr，0.010％～0.04％的Nb，0.008％～0.03％的Ti，0.030％～0.050％的Alt，0.0010％～0.0050％的Ca，0.003％～0.012％的N，S≤0.010％，P≤0.012％，Sn≤0.003％，Sb≤0.002％，As≤0.003％，其余为Fe及不可避免的杂质。钢板厚度在2.5～16mm，具有晶粒细小的铁素体+珠光体组织，屈服强度大于265MPa，抗拉强度处于410～590MPa，延伸率超过22％，并拥有优良低温(-20℃)冲击韧性和300℃瞬时拉伸性能及模拟焊后热处理后稳定的机械性能。但从该专利技术的实施例中看出适用钢板的强度偏低，且厚度上限为16mm，更厚的钢板没有记载。申请号为201210269122.1，名称为“核电站安全壳用厚钢板及其制造方法”的专利主要公开了一种核电站安全壳用厚钢板，其厚度为10～60mm，其化学元素质量百分含量为：0.06％～0.15％的C，0.10％～0.40％的Si，1.00％～1.50％的Mn，0.10％～0.30％的Mo，P≤0.012％，S≤0.003％，0.015％～0.050％的Al，0.20％～0.50％的Ni，V≤0.05％，Ti≤0.03％，Cr≤0.25％，Nb≤0.03％，0.0005％～0.0050％的Ca，其余为Fe及不可避免的杂质。该专利技术制造方法采用均匀加热-大压下量轧制-淬火处理-回火处理，最终形成回火马氏体组织。获得的10～60mm钢板具有高强度，高韧性，并且在低温情况下有良好的冲击韧性，适合应用于核电站安全壳制造。但该专利技术中Mo含量偏低，对于钢的低温回火脆性的作用效果不大，且没有考虑钢板的模拟焊后热处理后力学性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种压水堆核电站安注箱基板用钢及其制造方法，目的在于克服现有技术的不足，从市场需求的角度出发，通过优化化学成分、热处理工艺，使钢板不仅在调质状态下综合力学性能满足技术条件要求，更为重要的是钢板经过24h模拟焊后热处理后，室温拉伸和低温冲击关键指标依然满足技术标准要求。本专利技术提供的一种高强度、高韧性的回火索氏体钢板，完全适用于核电安注箱基板用钢的制造要求，保证核电机组的安全运行。具体的技术方案是：压水堆核电站安注箱基板用钢板，按重量百分比计，其化学成分包含如下组分：C0.08％～0.25％，Si0.15％～0.45％，Mn0.9％～1.65％，P≤0.010％，S≤0.010％，Mo0.40％～0.60％，Ni0.35％～0.65％，Cr0.1％～0.35％，V0.01％～0.06％，Nb0.01％～0.02％，其余含量为Fe和不可避免的杂质。采用上述成分设计理由如下：C：是钢中主要强化元素，通过形成渗碳体使钢强化，可以有效地提高淬透性，C含量偏低，强度可能满足不了要求，尤其经过长时间模拟焊后热处理，强度均要得到一定程度的下降，C含量过高，易恶化焊接性能，同时降低钢的冲击韧性，因此本专利技术要求C含量控制为0.08％～0.25％。Si：是钢中强化元素之一，Si元素扩散缓慢，对于保证钢板模拟焊后热处理后性能有明显作用，但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0.15％～0.45％。Mn：是钢中重要的合金化元素，不仅可以提高钢的强度，而且可以降低奥氏体转变温度，而且成本低廉，该元素含量在一定范围内增加钢强度的同时几乎不降低钢的塑性和韧性，因此本专利技术要求钢中Mn含量控制在0.9％～1.65％。P：P元素会降低钢的冲击韧性，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，本专利技术设计P含量为P≤0.010％；S：S元素在钢中形成硫化物夹杂，会降低钢的冲击韧性，影响焊接性能，同时加剧中心偏析、疏松等缺陷的产生，因此要求钢中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S≤0.010％。Mo：能大大提高钢的淬透性，还是强化碳化物形成的元素，起到析出强化的作用，与Cr、Mn共同作用减少或抑制回火脆性，当钢种Mo含量控制在0.5％左右时，几乎可以完全消除回火脆性，因此本专利技术将Mo的含量控制在0.40％～0.60％。Ni：能够明显改善钢的低温韧性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压水堆核电站安注箱基板用钢，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比为：C 0.08％～0.25％，Si 0.15％～0.45％，Mn0.9％～1.65％，P≤0.010％，S≤0.010％，Mo 0.40％～0.60％，Ni0.35％～0.65％，Cr 0.1％～0.35％，V 0.01％～0.06％，Nb 0.01％～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种压水堆核电站安注箱基板用钢，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比为：C0.08％～0.25％，Si0.15％～0.45％，Mn0.9％～1.65％，P≤0.010％，S≤0.010％，Mo0.40％～0.60％，Ni0.35％～0.65％，Cr0.1％～0.35％，V0.01％～0.06％，Nb0.01％～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.一种如权利要求1所述的压水堆...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爽，王勇，孙殿东，王永才，颜秉宇，王长顺，罗志华，冷松洋，胡海洋，梁福鸿，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21