[发明专利]一种核辅助系统用无缝管及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核辅助系统用无缝钢管及其生产方法，属于冶金材料领域。

背景技术

核电作为一种清洁安全、技术成熟、供应能力强的低碳能源，在未来的能源结构调整中将发挥积极而重要的作用。目前，国家已将原子能发电列为重点发展的能源之一，核电站建设增长迅速。核电站消耗钢材量巨大，对钢材质量要求极为严格，具体体现在强度、韧性、化学成分和尺寸精度四个方面。核电用钢在成分选择方面，主要分为碳钢及合金钢两大领域，由于核电站的特殊环境，钢管在具有较好的强度、韧性匹配的同时，更为主要的是还要承受长期的中子辐射作用，而一般来讲，钢中的合金元素越多，其体现出的整体抗中子辐射作用就越弱。所以在一些管道内部没有特殊使用要求的部分，例如核辅助系统中的部分管道，适当使用设计成分合理的碳钢，在降低生产制造成本，提高经济效益的同时，还可增强整体抗中子辐射作用。因此，开发出一种成分简单、易于制造、价格低，性能又满足要求的核辅助系统用钢管是非常有必要而又有意义的。到目前为止，还未有类似的发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种成分简单、易于制造、价格低，性能又满足要求的核辅助系统用钢管要求的核辅助系统用无缝钢管及其生产方法。

为实现上述目的，本发明是通过如下措施来实现：

一种核辅助系统用无缝钢管，其材料的质量百分比化学成分为：C 0.03～0.18；Mn 1.10～1.50；Si 0.10～0.35；P≤0.015；S≤0.005；Al_tot≤0.02；O≤0.003，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。

为了使钢具有良好的力学特性和焊接性能，就要设计合适的C、Mn含量，以保证其良好的焊接性。需要限制碳当量C_eq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15不超过0.48，而且还要确保焊接后的性能稳定，热处理后性能仍必须满足使用要求。因此选择低C，以控制碳当量，获得良好的冲击韧性和焊接性能；为满足屈服强度要求，适当提高了Mn的含量。因此C、Mn含量分别选择在0.03～0.18％、1.10～1.50％比较适宜。为提高钢高温拉伸性能和横向低温冲击韧性指标，同时为达到核电用钢高纯净度、低夹杂物的目的，要求S、P、O含量较低。

为获得较好的铸坯质量，提高生产效率，降低成本，本发明的无缝管生产方法中圆形管坯用钢采用氧气转炉加炉外精炼并经真空精炼处理，圆形管坯采用适合于规模化生产的连铸工艺生产。具体生产工艺如下：

管坯加热→穿孔→轧管→定径→热处理。

将圆形管坯装入环形加热炉加热，加热温度为1260～1290℃，加热时间为340～380min，圆形管坯的加热温度和时间要根据生产时的室温进行适当调整，比如在温度较低的冬天要选择较高加热温度和较长加热时间，以保证轧管的顺利进行。另外，穿孔机、轧钢机的工况及环形炉出口与穿孔机的传输距离等也对圆形管坯的加热参数产生影响。热处理采用正火工艺，正火温度为910～940℃；保温时间为壁厚每1mm不少于1min，总保温时间不小于30min，应以工件透烧，即壁厚心部达到要求的加热温度为准。

本发明的优点是：通过控制合适的C、Mn含量及其他元素含量，使钢具有一定的强度，塑性、韧性较高，有十分良好的工艺性能，特别是焊接性能，产品适用于核电工程中的核辅助系统，且本发明成分简单，易于制造，价格低，生产效率高，经济效益好，适合于规模化生产，具有良好的推广价值。

具体实施方式

钢管尺寸为Φ323.9×14.2mm，钢管生产主要工艺为：铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆形管坯连铸→穿孔→轧管→定径→热处理，各实例化学成分如表1所列。

表1各实例化学成分(wt.％)

将Φ350mm圆形管坯装入环形加热炉加热，环形炉加热的圆形管坯温度为1280℃，加热时间为380min。轧态管热处理工艺的正火温度为920℃，正火保温时间为30min。各实例夹杂及金相组织如表2所示，拉伸性能如表3所示。

表2各实例夹杂及金相组织

注：表中P珠光体，F为铁素体

表3各实例拉伸性能

实例1、实例2、实例3、实例4的0℃夏比V型缺口冲击吸收能量分别为159J、171J、162J、166J。

从表2、表3及冲击试验可以发现，各实例具有较好的夹杂及金相组织，具有适中的强度、韧性，可满足核辅助系统用无缝钢管的要求。