[发明专利]一种核电承压设备用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于黑色金属材料领域，特别涉及核电承压设备用钢及其制造方法。

背景技术

随着世界各国经济的高速发展，核能作为一种清洁、安全、稳定的能源，已越来越受到各国的重视，安全利用核能、大力发展核电已成为一种趋势。而在核电技术应用方面也有了长足的进步，已从原来的“二代”技术，发展为现在的“二代加”和“三代”技术，使安全性能有了更大的提高。

在依据不同核电技术建造的众多核电机组中，核电承压设备用钢作为支撑核反应堆压力容器、稳压器、各种管道、箱、槽、罐等重要设备的支撑材料起着举足轻重的作用。其运行的安全、性能的稳定将直接影响到整台机组能否安全运行。

从目前来看，作为核电承压设备用钢的材料较多，如：A42、A52、P295GH、P355GH及S355J0等等，上述钢种基本为碳素钢，抗拉强度大都控制在400-550MPa之间，可有效地降低由于合金元素的加入，造成的辐照脆化效应。但作为承压设备，还需要经受长时间消应力处理，还要检验其高温拉伸性能，而上述钢种经长时间消应力处理后或在高温状态下的强度均会有不同程度的下降，很难满足要求，只适用于制造核电配套设备、辅助设备的支撑材料，已远不能满足现有“二代加”和“三代”核电机组核岛关键设备承压用钢的需求。如板厚为60mm的S355J0钢板经正火处理后，屈服强度(Rel)和抗拉强度(Rm)分别为360N/mm²和525N/mm²(指标要求Rel≥330N/mm²、Rm≥510N/mm²)；模拟焊后热处理后，屈服强度(Rel)和抗拉强度(Rm)分别为340N/mm²和500N/mm²(指标要求Rel≥330N/mm²、Rm≥510N/mm²)；200℃高温拉伸时，屈服强度(Rel)和抗拉强度(Rm)分别为255N/mm²和470N/mm²。从三个过程来看，钢板经正火处理后，强度完全满足指标要求，且具有一定的余量。但经过模拟焊后热处理后，钢板强度下降明显，尤其抗拉强度已不能满足指标要求；在200℃时，钢板的强度，尤其是屈服强度下降更为明显，表明该钢种抗高温能力相对较低，已不能满足核电关键设备建造的需求。

发明内容

本发明提供了一种核电承压设备用钢及其制造方法，通过进一步优化化学成分、热处理工艺、降低钢中气体及非金属夹杂，使钢板在热处理状态、模拟焊后热处理状态及200℃高温状态的力学性能均保持较高水平，完全满足技术指标的要求；同时0℃冲击吸收能量仍保持在较高的水平，体现出较好的钢板强度及韧性的匹配，完全适用于核电承压设备用钢的需求。

本发明提供的一种核核电承压设备用钢及其制造方法可以解决现有技术存在的问题，具体技术方案是：

核电承压设备用钢，按重量百分比包含如下组分：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，其余含量为Fe。

本发明还要求钢中H≤1.5ppm、O≤30ppm。

同时控制钢中非金属夹杂物，保证A、B、C、D类夹杂≤1.5级(按ASTM E45方法A进行检验，下同)。

采用上述成分设计理由如下：

(1)C：钢中C含量是保证钢板强度的主要元素，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及在200℃高温下运行，强度均要得到一定程度的下降，因此本发明要求钢中C含量宜控制在0.12％-0.18％，优选为0.14％-0.18％。

(2)Si：Si是有效的强化元素，同时也是廉价的元素，因此同样从保证钢板不同阶段强度变化均能够满足指标要求角度考虑，将Si含量控制在0.15％-0.35％，优选为0.20％-0.35％。

(3)Mn：钢中Mn元素除了起强化基体作用外，还能有效地提高钢的淬透性，因此实际生产钢中Mn含量控制在1.20％-1.65％，优选为1.35％-1.65％。