專利名稱：18mnd5核電用低合金結構鋼及工藝控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種18MND5核電承壓用高強度低合金結構鋼及工藝控制方法，屬于冶金技術領域。
背景技術：
核電承壓設備用鋼主要是指適用于制造核反應堆的安全殼、壓力容器、壓力管道等支撐反應堆基本結構的材料，同時必須具有保護核電設備運行、防止放射性射線擴散的作用。世界上主要采用Mn-Ni-Mo型低合金高強度鋼作為核承壓設備用鋼，其中以法國的18MND5型應用最為廣泛。目前世界范圍內(nèi)能生產(chǎn)這種低合金鋼的，主要為法國、德國、美國、俄羅斯和日本等先進國家。國內(nèi)針對18MND5的生產(chǎn)及研究相對較少，且尚未能實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。因此，在國內(nèi)及早開展18MND5承壓用低合金結構鋼鋼錠的研發(fā)，擁有自主知識產(chǎn)權的鋼種成分配方及工藝控制方法，形成規(guī)?；?、穩(wěn)定的、批量化生產(chǎn)等，具有重大的現(xiàn)實意義和推廣價值?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種18MND5核電用低合金結構鋼及工藝控制方法。本發(fā)明通過對18MND5鋼錠化學成分的配方優(yōu)化、冶煉、熱加工、熱處理等改進，提出新的18MND5材料配方和工藝控制方法。該18MND5核電用低合金結構鋼的化學成分按質(zhì)量百分比為C彡O. 22%、Si
O.10 O. 30%、S 彡 O. 012%、P 彡 O. 012%、H 彡 I. 5PPM、O ( 30PPM、Mn I. 15 I. 60%、Ni
O.50 O. 80%、Mo O. 43 O. 57%、Al ( O. 04%、N 彡 O. 013%、Cr ( O. 25%、Co ( O. 08%、B 彡 O. 0018,V ( O. 01%,Cu ( O. 08%、As ( O. 010%,Sb ( O. 002%,Sn ( O. 010%，余量為 Fe。該8MND5核電用低合金結構鋼的加工工藝控制方法，集成控制冶煉燒注成鋼錠、鍛造鋼錠成鍛件以及對鍛件的熱處理。本發(fā)明中，控制冶煉燒注成鋼錠的工藝條件為( I)精選原材料選用S 彡 O. 020% ；P ( O. 020% ；Co ( O. 08% 的純凈廢鋼、Co ( O. 08% 的純鎳板以及高優(yōu)質(zhì)的其它相關金屬；(2 )在EAF (電弧爐)粗煉氧化期P脫至彡O. 004%, C脫至彡O. 45% ；還原期控制爐渣(FeO)在5%左右，S脫至< O. 005%，其他成分達到規(guī)定要求；(3 )在LF (精煉爐)精煉氬量控制在50 150L/min，處理時間彡30分鐘；鋼水溫度范圍1660°C 1680°C;(4)在VODC (真空爐)脫氣抽真空時間<20min,抽真空度< Imbar ;控制 O < 30PPm, H^l. 5PPm ；
凈化鋼水，最大限度減少非金屬夾雜物；(5)進行鋼錠澆注采用氬氣保護澆注；向模中通氬氣2 3分鐘，趕走模內(nèi)空氣防止二次氧化；(6)進行鋼錠退火880°C加熱保溫8 12小時；爐冷至彡500°C出爐。本發(fā)明中，控制鍛造鋼錠成鍛件的工藝條件為加熱溫度范圍為1180 1200°C，始終鍛溫度范圍為1150 800°C，總鍛造比 > 3 4。本發(fā)明中，控制鍛件的熱處理的工藝條件為(I)鍛后熱處理850°C下保溫，保溫時間O. 5 O. 7小時/英寸，奧氏體化；爐冷至350°C，保溫時間每100毫米O. 8 I小時，貝氏體化；再升溫至650°C，保溫時間每100毫米10 12小時，珠光體擴氫；加熱后爐冷至< 150°C ；(2)預備熱處理880°C加熱保溫，保溫時間O. 6 O. 7小時/英寸，于靜止空氣中空冷；(3)性能熱處理880°C保溫出爐水冷，保溫時間O. 5 O. 6小時/英寸；640 660°C保溫回火后空冷，保溫時間I I. 2小時/英寸。本發(fā)明的有益效果在于用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的18MND5材料的力學性能明顯優(yōu)于其他鋼種，可以作為核電承壓用18MND5高強度低合金結構鋼。
具體實施例方式(一)化學成分優(yōu)化由于生產(chǎn)出的18MND5最終產(chǎn)品必須滿足法國RCC-M標準，而本發(fā)明的生產(chǎn)工藝控制方法又是自主的。所以發(fā)明的創(chuàng)造性改進，主要是在傳統(tǒng)的16Mn、20MnMo、16MnD、20MnMoD材料的基礎上，將C從原來的O. 13 O. 23%調(diào)整到彡O. 22%，其目的是保證強度合適的前提下，增加鋼的低溫韌性及降低脆化轉變溫度；Mn從原來的I. I I. 6%調(diào)整為
I.15 I. 6%%，其目的是強化基體，提高鋼的淬透性，降低堆焊層下裂紋敏感性；Si從原來的O. 17 O. 60%調(diào)整為O. 10 O. 30%,其目的是減少輻射對鋼的影響，且鋼中碳的石墨化傾向；增加< O. 25%的Cr控制考核，其目的是提高鋼的抗氧化性以及降低對鋼熱強性的影響；增加了 NiO. 50 O. 80%，其目的是提高鋼的淬透性和改善低溫韌性；S從原來的(O. 015%、P彡O. 20%、嚴格降低至S、P均彡O. 012%，其目的是降低其對鋼延長性、韌性以及焊接性能的影響；Mo從原來的O. 20 O. 35%調(diào)整為O. 43 O. 57%，其目的是提高鋼的耐熱性和降低回火脆性；增加了對殘余元素的考核=V ( O. 010% ；AL ( O. 04% ；H ( I. 5PPm ；
O( 30PPm ；Co ( 0. 080% ；As ( 0. 010% ；Sb ( 0. 002% ；Sn ( 0. 010% ；B ( 0. 0018% 的考核，其目的是降低對鋼的熱加工性能、焊接性能、低溫性能等諸多方面有不利的影響。優(yōu)化后的18MND5化學成分(Wt/%)
權利要求
1.18MND5核電用低合金結構鋼，其特征在于，其化學成分按質(zhì)量百分比為C< O. 22%、Si O. 10 O. 30%、S 彡 O. 012%、P 彡 O. 012%、H 彡 I. 5PPM、O ( 30PPM、Mn I. 15 I. 60%、Ni O. 50 O. 80%、Mo O. 43 O. 57%、Al ( O. 04%、N 彡 O. 013%、Cr ( O. 25%、Co ( O. 08%、B 彡 O. 0018,V ( O. 01%,Cu ( O. 08%、As ( O. 010%,Sb ( O. 002%,Sn ( O. 010%，余量為 Fe。
2.—種權利要求I所述的18MND5核電用低合金結構鋼的加工工藝控制方法，其特征在于，集成控制冶煉燒注成鋼錠、鍛造鋼錠成鍛件以及對鍛件的熱處理。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，控制冶煉燒注成鋼錠的工藝條件為 (1)精選原材料 選用S彡O. 020% ；P ( O. 020% ；Co ( O. 08%的純凈廢鋼、Co ( O. 08%的純鎳板，以及所述18MND5核電用低合金結構鋼的化學成分中的其它相關金屬； (2)在電弧爐粗煉 氧化期=P脫至彡O. 004%, C脫至彡O. 45% ； 還原期控制爐渣FeO在5%，S脫至< O. 005%，其他成分達到所述成分的要求； (3)在LF精煉爐精煉 氬量控制在50 150L/min，處理時間彡30分鐘；鋼水溫度范圍1660°C 1680°C ； (4)在VODC真空爐脫氣 抽真空時間< 20min,抽真空度< Imbar ;控制O ^ 30PPm, H^l. 5PPm ； 凈化鋼水，最大限度減少非金屬夾雜物； (5)進行鋼錠澆注 采用氬氣保護澆注；向模中通氬氣2 3分鐘，趕走模內(nèi)空氣防止二次氧化； (6)進行鋼錠退火 880°C加熱保溫8 12小時；爐冷至彡500°C出爐。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，控制鍛造鋼錠成鍛件的工藝條件為 加熱溫度范圍為1180 1200°C，始終鍛溫度范圍為1150 800°C，總鍛造比彡3 4。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，控制鍛件的熱處理的工藝條件為 Cl)鍛后熱處理850°C下保溫，保溫時間O. 5 O. 7小時/英寸，奧氏體化；爐冷至350°C，保溫時間每100毫米O. 8 I小時，貝氏體化；再升溫至650°C，保溫時間每100毫米10 12小時，珠光體擴氫；加熱后爐冷至< 150°C ； (2)預備熱處理880°C加熱保溫，保溫時間O.6 O. 7小時/英寸，于靜止空氣中空冷； (3)性能熱處理880°C保溫出爐水冷，保溫時間O.5 O. 6小時/英寸；640 660°C保溫回火后空冷，保溫時間I I. 2小時/英寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及冶金技術領域，旨在提供一種18MND5核電用低合金結構鋼及工藝控制方法。該鋼的化學成分按質(zhì)量百分比為C≤0.22%、Si 0.10～0.30%、S≤0.012%、P≤0.012%、H≤1.5PPM、O≤30PPM、Mn 1.15～1.60%、Ni 0.50～0.80%、Mo 0.43～0.57%、Al≤0.04%、N≤0.013%、Cr≤0.25%、Co≤0.08%、B≤0.0018、V≤0.01%、Cu≤0.08%、As≤0.010%、Sb≤0.002%、Sn≤0.010%，余量為Fe。用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的18MND5材料的力學性能明顯優(yōu)于其他鋼種，可以作為核電承壓用18MND5高強度低合金結構鋼。
文檔編號C21D8/00GK102912222SQ20121038782
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月14日 優(yōu)先權日2012年10月14日
發(fā)明者張庭超, 楊健, 俞榮新, 祖宇偉, 王偉平, 徐超 申請人:浙江大隆合金鋼有限公司, 浙江大學