[发明专利]抗辐射性能优良的中高温特厚钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及中高温特厚钢板及其制造方法，特别涉及一种特殊耐热压力容器壳体用室温抗拉强度≥570MPa、350℃抗拉强度≥530MPa的抗辐射性能优良的中高温特厚钢板及其制造方法。

背景技术

特殊耐热容器壳体用特厚钢板是一种要求综合力学性能(强韧性匹配、强塑性匹配及屈强比)、焊接性能、中高温性能尤其抗中子辐射脆化均优良的中高温结构材料，它用于制作特殊耐热压力容器关键部件——胴体；在特殊耐热压力容器服役过程中胴体钢板要承受结构承载力、热应力及其波动，因而必须不仅要求具有优异的强韧性及强塑性匹配、低屈强比；而且具有高的抗热疲劳性能、蠕变性能、抗回火脆化性能及应力腐蚀性能、氢致脆化、焊接工艺性及沿板厚方向组织性能均匀，尤其必须具有极其优良的抗中子辐射脆化性能，以提高特殊耐热压力容器安全性和服役寿命，同时还具备优良的焊接工艺性，易于加工制造。

传统中高温耐热压力容器用钢一般采用含0.3～1.0％Mo钢、Cr-Mo系列钢、Mn-Ni-Mo钢，如(159～160《回西山纪念技术讲座》，P147～P164；86～87《回西山纪念技术讲座》，P259～P312)”，在这些钢板中不可避免地添加大量Cu、Cr、Mo、Ni等贵重合金元素；这不仅导致制造成本上升和制造难度加大(含Ni、Cr、Mo、Cu的钢板尤其Cu、Ni、Cr含量较高的钢板，其铸坯表面质量较差，一般均需要下线进行表面清理，有时还需要进行表面着色渗透PT检查、板坯表面修磨、带温切割等)；而且钢板的合金含量较高，碳当量Ceq及焊接冷裂纹敏感指数Pcm也较高，尤其C、Mn含量较高时，不仅Ceq和Pcm，而且铸坯内部偏析程度大幅度恶化；这不仅给现场焊接带来较大的困难，焊前需要预热，焊后需要热处理，现场焊接环境恶化、焊接效率降低，加工制作成本升高；且在构件制作及使用过程中易发生氢腐蚀、氢致脆化、回火脆化、焊接部层状剥落、蠕变脆化尤其中子辐射脆化等问题。同时，现有大量专利文献只是说明如何实现母材钢板的强度和低温韧性，就改善钢板焊接性能，获得优良焊接热影响区HAZ韧性说明较少，更没有涉及如何确保特厚(≥60mm)钢板中心部位组织细小、沿板厚方向组织均匀，以保证钢板强度、韧性及沿钢板厚度方向强度、韧性均匀性，没有说明改善钢板内质健全性、长期服役性能，尤其抗中子辐射脆化没有涉及，如日本专利昭63-93845、昭63-79921、昭60-258410、特平开4-285119、特平开4-308035、平3-264614、平2-250917、平4-143246以及美国US Patent4855106、US Patent5183198、USPatent4137104等等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗辐射性能优良的中高温特厚钢板及其制造方法，通过合理的合金元素的组合设计，优化控制轧制和热处理工艺，在获得优异母材钢板强韧性、强塑性匹配及低屈强比的同时，母材钢板抗中子辐射脆化、抗疲劳蠕变性能、抗回火脆化、氢致脆化及焊接工艺性也同样优异。这不仅可以降低了钢板制造成本、缩短了钢板制造周期，也降低了钢板生产组织难度；更重要的是改善了特厚钢板的焊接工艺性，节约了用户构件制造成本，缩短了用户构件制造时间，为用户创造了巨大的价值。

本发明的技术方案是，

本发明采用中C—中Mn—高N低合金钢的成分体系作为基础，适当控制钢中酸溶Als含量和Als/N比范围、控制(Mn/C)比在8～15之间、(Ni+Cr+Mo)复合强韧化、Ca处理且Ca/S比在1.00～3.00之间，优化控轧及后续热处理工艺，获得优异的强韧匹配、抗疲劳蠕变性能、抗回火脆化、焊接工艺性，尤其钢板抗中子辐射脆化及焊接接头抗疲劳蠕变性能优良，特别适宜于用作特殊耐热压力容器胴体。

具体地，本发明的抗辐射性能优良的中高温特厚钢板，其成分重量百分比为：

C：0.14％～0.19％

Si：≤0.25％

Mn：1.15％～1.55％

P：≤0.010％

S：≤0.002％

Als：0.010％～0.025％

Cu：≤0.05％

Ni：0.50％～0.80％

Cr：0.05％～0.20％

Mo：0.35％～0.60％

V：≤0.010％

N：0.0070％～0.012％

Ca：0.0010％～0.0040％

其余为Fe和不可避免夹杂；

且上述元素含量必须同时满足如下关系：