59-70核反应堆压力容器用宽厚钢板调质工艺研究.doc

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59-70核反应堆压力容器用宽厚钢板调质工艺研究

核反应堆压力容器用宽厚钢板调质工艺研究 莫德敏1,2张俊凯1张 萌1赵燕青3(1.河北钢铁集团舞阳钢铁有限责任公司科技部;2.北京科技大学冶金与生态工程学院;3.河北钢铁集团钢铁研究院) 【摘 要】主要介绍了舞钢核反应堆压力容器用宽厚钢板的热处理工艺研究,通过不同热处理工艺的研究分析,确定了钢的化学成分设计,研究了不同淬火温度下钢的金相组织和力学性能,最终确定了该钢合理的热处理工艺方案。结果表明,舞钢采用合理的合金成份设计和调质工艺生产的低合金高强度16MnD5、18MnD5、20MnD5和SA533钢板强韧匹配良好,其性能完全符合规范要求,改变我国核反应堆压力容器用宽厚钢板长期依赖进口的局面。产品主要用于制造核电蒸汽发生器、稳压器、压力容器封头、支撑构件、承压边界等核反应堆核岛内压力容器的关键部位。 【关键词】合金成分设计 淬火 Mo2C析出 1.前言 从核电用钢的发展历史和目前发展趋势来看,核电用钢正沿着一条低强度→ 中强度→高强度→超高强度的路线发展,由于核电站内部的特殊环境,钢板具有较好的强度、韧性匹配的同时,主要的是还要承受长期的中子辐射作用,世界各国广泛认同的是Mn-Ni-Mo系低合金高强度钢,国际上较为典型的核反应堆压力容器用钢主要有美国的A508-3、A533 (B、D)法国的16MND5、18MND5、20MND5和日本的SFVV3等。 目前舞钢已开发出核电站用系列钢板材料,主要有20HR(A42)、16MnHR、20MnHR(A52)、A48CPR、P265GH、P295GH等系列正火型钢种牌号,从先后用于秦山核电站、岭澳核电站、大亚湾核电站、恰希玛核电厂、辽宁红沿河、山东海阳、浙江三门、广东台山等重大核电站建设工程项目的安全壳内衬、安全闸门、硼注箱、安注箱、汽水分离器、高压加热器、除氧器等常规岛设备制造,正火型核电用钢板基本上实现了国产化,但关键部位核岛内压力容器、蒸发器、稳压器等关键设备用大厚度高强度钢板仍然主要依赖进口。 为不断满足用户需求,占领高端核电钢市场,舞钢利用现有装备水优势,通过不断地技术创新,成功开发出了法国牌号16MnD5、18MnD5、20MnD5和美国牌号SA533等核反应堆压力容器用宽厚钢板,准确掌握了它们的组织特性和性能状况。随着我国核电事业的不断发展,对核反应堆压力容器用度宽厚钢板的需求量不断扩大, 法国牌号16MnD5、18MnD5、20MnD5和美国牌号SA533等的研制开发将改变我国核反应堆压力容器用宽厚钢板长期依赖进口的局面,具有重要的经济意义和社会意义。 2.核反应堆用低合金高强度宽厚钢板质量保证措施 反应堆在运行期间,压力容器钢强度升高,塑、韧性下降,尤其是屈服强度升高较快和均匀延伸率下降较大,故使材料变脆(称为辐照脆化)。压力容器是决定核电站安全与寿命的重要部件,在生产过程中采取下列措施对提高钢的韧性和减小辐照效应是有利的。 (1) 冶炼前严格控制原料中天然有害杂质( Sn、Sb、Bi 等) 和辐照敏感元素( Cu、P) 是减小辐照脆化的主要途径; (2) 洁净钢冶炼技术,尽量减少钢中气体和非金属夹杂物,提高钢的纯洁度; (3) 尽量减少钢中非合金化元素,尤其是硅,在冶炼过程中用适量铝脱氧以细化钢的晶粒(应保证晶粒度细于5级),但Al/N 比最好在1.2--1.8 之间; (4) 合适的成分设计在确保强度韧性的同时兼顾辐照效应;镍对提高钢的强度、改善钢的可焊性和降低无塑性转变温度都是有益的,但钢中残余铜含量较高时,镍有增强铜对钢辐照脆化倾向的有害作用,且镍含量较高的材料经过辐照后所生成的物质放射性比较强,Ni含量在保证韧性的情况下尽量按规格下限控制;Mo固溶于铁素体和奥氏体时,可使C曲线右移显著提高淬透性减少回火脆性,当形成Mo的碳化物时可起到弥散强化作用,同时Mo能扩大α相区,有减少辐照脆化的趋势,在实际生产中把Mo控制在含量的上限; (5) 大型钢锭在生产中难以避免元素的偏析和内部缺陷的存在,目前采用低温慢铸技术和帽口保温技术来缓解大钢锭的成分偏析; (6) 压缩比尽量提高(至少为3); (7) 优化热处理工艺,奥氏体化温度不宜过高,热处理组织最好是下贝氏体。 3.生产工艺流程 100t电炉冶炼→LF炉精炼→真空精炼→模铸→锭清理→加热→轧制→表面检查、修磨→探伤→调质→钢板修磨、检查→取样检验→判定入库。 4.主要技术要求 4.1 化学成分 表1 钢板的化学成分 wt% 钢种 C Si Mn P S Mo Ni Cu Cr V Al Cu+6Sn SA533GrBCl2 熔炼分析 ≤ 0.20 0.10 ~ 0.30 1.15 ~ 1.60 ≤0.012 ≤0.012 0.45 ~ 0.55 0.50 ~ 0.80 ≤ 0.20 ≤ 0.20

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