[發明專利]一種核電承壓設備用鋼及其制造方法

有效

• 申請號: 201110417360.8
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN103160732A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 王勇;張起生;孫殿東;王長順;蘇春霞;陳本文
• 申請（專利權）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: C22C38/08
• 分類號: C22C38/08;C22C38/50;C22C38/58
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技術領域

本發明屬于黑色金屬材料領域，特別涉及核電承壓設備用鋼及其制造方法。

背景技術

隨著世界各國經濟的高速發展，核能作為一種清潔、安全、穩定的能源，已越來越受到各國的重視，安全利用核能、大力發展核電已成為一種趨勢。而在核電技術應用方面也有了長足的進步，已從原來的“二代”技術，發展為現在的“二代加”和“三代”技術，使安全性能有了更大的提高。

在依據不同核電技術建造的眾多核電機組中，核電承壓設備用鋼作為支撐核反應堆壓力容器、穩壓器、各種管道、箱、槽、罐等重要設備的支撐材料起著舉足輕重的作用。其運行的安全、性能的穩定將直接影響到整臺機組能否安全運行。

從目前來看，作為核電承壓設備用鋼的材料較多，如：A42、A52、P295GH、P355GH及S355J0等等，上述鋼種基本為碳素鋼，抗拉強度大都控制在400-550MPa之間，可有效地降低由于合金元素的加入，造成的輻照脆化效應。但作為承壓設備，還需要經受長時間消應力處理，還要檢驗其高溫拉伸性能，而上述鋼種經長時間消應力處理后或在高溫狀態下的強度均會有不同程度的下降，很難滿足要求，只適用于制造核電配套設備、輔助設備的支撐材料，已遠不能滿足現有“二代加”和“三代”核電機組核島關鍵設備承壓用鋼的需求。如板厚為60mm的S355J0鋼板經正火處理后，屈服強度(Rel)和抗拉強度(Rm)分別為360N/mm²和525N/mm²(指標要求Rel≥330N/mm²、Rm≥510N/mm²)；模擬焊后熱處理后，屈服強度(Rel)和抗拉強度(Rm)分別為340N/mm²和500N/mm²(指標要求Rel≥330N/mm²、Rm≥510N/mm²)；200℃高溫拉伸時，屈服強度(Rel)和抗拉強度(Rm)分別為255N/mm²和470N/mm²。從三個過程來看，鋼板經正火處理后，強度完全滿足指標要求，且具有一定的余量。但經過模擬焊后熱處理后，鋼板強度下降明顯，尤其抗拉強度已不能滿足指標要求；在200℃時，鋼板的強度，尤其是屈服強度下降更為明顯，表明該鋼種抗高溫能力相對較低，已不能滿足核電關鍵設備建造的需求。

發明內容

本發明提供了一種核電承壓設備用鋼及其制造方法，通過進一步優化化學成分、熱處理工藝、降低鋼中氣體及非金屬夾雜，使鋼板在熱處理狀態、模擬焊后熱處理狀態及200℃高溫狀態的力學性能均保持較高水平，完全滿足技術指標的要求；同時0℃沖擊吸收能量仍保持在較高的水平，體現出較好的鋼板強度及韌性的匹配，完全適用于核電承壓設備用鋼的需求。

本發明提供的一種核核電承壓設備用鋼及其制造方法可以解決現有技術存在的問題，具體技術方案是：

核電承壓設備用鋼，按重量百分比包含如下組分：0.12％-0.18％的C；0.15％-0.35％的Si；1.20％-1.65％的Mn；≤0.015％的P；≤0.010％的S；0.50％-0.85％的Ni；≤0.15％的Cr；0.020％-0.050％的Al；≤0.02％的V；≤0.02％的Ti，其余含量為Fe。

本發明還要求鋼中H≤1.5ppm、O≤30ppm。

同時控制鋼中非金屬夾雜物，保證A、B、C、D類夾雜≤1.5級(按ASTM?E45方法A進行檢驗，下同)。

采用上述成分設計理由如下：

(1)C：鋼中C含量是保證鋼板強度的主要元素，C含量偏低，強度可能滿足不了要求，尤其經過長時間模擬焊后熱處理及在200℃高溫下運行，強度均要得到一定程度的下降，因此本發明要求鋼中C含量宜控制在0.12％-0.18％，優選為0.14％-0.18％。

(2)Si：Si是有效的強化元素，同時也是廉價的元素，因此同樣從保證鋼板不同階段強度變化均能夠滿足指標要求角度考慮，將Si含量控制在0.15％-0.35％，優選為0.20％-0.35％。

(3)Mn：鋼中Mn元素除了起強化基體作用外，還能有效地提高鋼的淬透性，因此實際生產鋼中Mn含量控制在1.20％-1.65％，優選為1.35％-1.65％。