[发明专利]一种含Cu控Cr核电站用无缝钢管及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含Cu控Cr核电站用无缝钢管及其生产方法，属于冶金材料领域。

背景技术

随着国家节能减排能源政策的实施，高效、经济、清洁的原子能(核能)发电已经成为国家重点发展的能源之一，核电站建设增长迅速。核反应堆的结构材料在高温强辐射和腐蚀条件下工作，要求苛刻，材料应具有良好的力学性能、辐射稳定性、与核燃料的相容性、高的热导率等，在任何情况下不允许容器破坏和泄漏。

核电站常规岛的主蒸汽管道、主给水管道输送着流速高、流量大的中温、中压并带有一定湿度的饱和蒸汽，所以会产生流动加速腐蚀(FAC)现象，因此要求核电站常规岛用管具有抗流动加速腐蚀的性能。研究表明，钢中含Cr会抑制FAC现象的发生。在钢中加入铜，可以提高钢的耐蚀性和强度，改善焊接性、成型性与机加工性等，而且Cu是唯一在提高强度的同时不造成脆化的合金元素。因此，发明一种含Cu控Cr核电站用无缝钢管，达到抗流动加速腐蚀的目的，并具有良好的高温强度和焊接性。但目前为止，还未有与此相关专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有比碳钢高得多的强度及优良的抗FAC性能的含Cu控Cr核电站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：

一种含Cu控Cr核电站用无缝钢管，其材料的质量百分比化学成分为：C 0.10～0.15；Mn 0.90～1.20；Si 0.20～0.45；P≤0.015；S≤0.005；Cr 0.20～0.30；Mo 0.25～0.40；Ni 1.10～1.25；Cu 0.55～0.65；Nb 0.015～0.025；Al_tot≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn≤0.012，As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。

本发明的无缝钢管生产方法中圆坯用钢采用氧气转炉加炉外精炼并经真空精炼处理，圆坯采用连铸方法生产。钢管生产工艺为圆坯加热→穿孔→轧管→定径→热处理。

将圆坯装入环形加热炉加热，加热温度为1220～1250℃，加热时间为T＝1.0～1.2min/mm×D，D为管坯直径，最大加热时间T_max＝T+30min。热处理采用正火加回火，正火温度为920～960℃，保温时间为壁厚每1mm不少于1.5min，总保温时间不小于35min；回火为630～660℃，保温时间不小于1h。

Cu是唯一在提高强度的同时不造成脆化的合金元素，Cu在钢中利用固溶强化和沉淀析出两种强化机制，提高了钢的耐蚀性和强度，同时也改善了焊接性、成型性与机加工性等。但含铜钢由于铜易在钢表面富集，使其在热轧或连铸过程中表面易形成裂纹。添加Ni可以提高钢中Cu在奥氏体中的溶解度，减少Cu在晶界析出，亦可提高在氧化皮/钢界面Cu析出物的熔化温度。这样可使钢表面的Cu富集层变为熔点超过1200℃的Cu-Ni富集层，达到避免含Cu钢表面裂纹的目的。在本钢种体系内，Ni/Cu≥1.6时，可以有效的避免Cu热脆的发生。因此Cu、Ni含量分别选择在0.55～0.65％、1.10～1.25％比较适宜。Cr会抑制FAC现象的发生，但Cr增加Cu热脆性倾向，因此其含量控制在0.20～0.30％较合适。核电用钢要达到高纯净度、低气体、低夹杂物含量的冶金质量要求，因此S、P、H、O、N含量较低。钢中五害元素As、Sn、Pb、Sb、Bi含量超过一定限度时，都会明显降低高温机械性能，增加钢的高温脆性，降低钢的强度和韧性，使钢变脆，而且As、Sn可以明显增加Cu热脆性倾向，因此需对As、Sn及五害元素含量进行限制。

为获得较好的铸坯质量，提高生产效率，降低成本，采用适合于规模化生产的连铸工艺生产圆坯。为避免热加工过程中产生Cu热脆现象，使热轧钢管表面不出现开裂及外折缺陷，又满足加工过程中穿孔、连轧设备轧制此类合金钢种负载较高的特点，对管坯加热炉要进行严格控制，加热温度设定为1220～1250℃。根据钢种特性，通过计算及生产实践，加热时间经验公式为T＝1.0～1.2min/mm×D，D为管坯直径，同时还要限制超时间加热，因此最大加热时间T_max＝T+30min，这样既满足设备能力又实现较低温度加热。