[发明专利]核电站安全壳用厚钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢种及其制造方法，尤其涉及一种厚钢板及其制造方法。

背景技术

当今世界正面临着不断增长的能源需求和气候变暖的矛盾，发展核能是解决能源问题的重要选择。新一代核电站对安全性的要求大幅提高，对制造核电站的钢铁材料的也提出了很多不同的要求。

安全壳是压水堆核电站的重要组成部分，是核电站核岛设备的保护壳，也是防止放射性物质泄漏的最后一道安全屏障。已有的压水堆核电站大多采用“钢筋混凝土＋钢板衬里”的安全壳结构，主要形式是包括钢筋混凝土内衬钢板的单层结构和内层预应力钢筋混凝土内衬钢板加外层钢筋混凝土的双层结构。这两种结构所采用的钢板都是内衬于钢筋混凝土内表面的典型牌号为Q245R的钢板，其是厚度约为6mm的薄钢板，抗拉强度400～520Mpa，主要作用是保证安全壳结构的密封性，防止发生事故时放射性物质泄漏。

为了提高安全性能，最新的压水堆核电站设计采用钢制安全壳，即钢板不再内衬于钢筋混凝土表面，而是由钢板焊接拼装成能够独立支撑的大型钢制容器，由上封头、筒体和下封头组成。这时钢板在起到密封作用的同时，还要具有承载、承压、抗冲击的功能。在这种情况下，牌号为Q245R的钢种的强度太低，不能满足承载承压的要求；另外钢板的冲击韧性也较低，不足以抵御内部核事故或外部突发事故的撞击破坏。

用于制造安全壳钢板需要厚度更大、强度更高、韧性更好，具有良好的焊接性以便于安全壳的制造。但是现有钢种不能完全满足新型安全壳的要求。现在工业应用的安全壳用钢主要是厚度在10mm以下的正火钢，牌号包括20HR、P265GH、SA516等。

表1列出了几种核电站用钢的化学成分配比。

表1.（wt%）

如表1所示，公开号为CN1942596A，公开日为2007年4月4日，名称为“奥氏体不锈钢、其制造方法以及使用其的结构件”的中国专利文献涉及了一种不锈钢，其适用于核反应堆管道和堆内构件。该发明通过加入大量Cr、Ni合金元素在钢中形成稳定奥氏体组织，属于奥氏体不锈钢。碳含量不超过0.1％，属于低碳含量。Cr、Ni含量较高，最高可达或接近30％。由于在钢中加入Mo合金元素，需要工艺过程中采取固溶处理。

如表1所示，公开号为US4844865A，公开日为1989年7月4日，名称为“非磁性防海水腐蚀性钢材”的美国专利文献公开了一种无磁钢，主要适用于核聚变设施。该无磁钢为Mn－Cr系合金钢。该发明中的无磁钢含有少量Mn、Cu、Mo等合金元素，还添加含量为5.5-15.0%的Cr。该发明中特别加入了大量Al元素，其含量为20.0-37.3％。本发明的无磁钢Cr含量较低，主要通过Mn、Ni、Mo等元素的合金设计，并通过添加一定量Al元素，起到脱氧和细化晶粒的作用。

如表1所示，公开号为2006060270A1，公开日为2006年3月23日，名称为“一种高温锻造纳米级强氮颗粒的铁素体-马氏体钢”的美国专利文献介绍了一种用于制造高温热交换器、压力容器和新型核电站用反应堆压力容器。该发明中所涉及的钢加入了大量Cr、Mo、Ni和W等合金元素。制造工艺主要是在1000～1400℃温度下，进行奥氏体化后冷却到500～1000℃在进行热加工。之后进行10小时以上的退火处理，最后冷却到室温。所得到钢材的基体组织为马氏体、贝氏体和铁素体，并且在该基体组织上形成高密度的纳米尺寸的碳化物、氮化物，以获得比普通正火回火钢或调质钢更高的高温强度。

如表1所示，国标牌号为Q245R的钢材是一种的正火钢。早期的安全壳常采用10mm以下的Q245R钢板。它属于低碳钢，可加入Mn、Si等元素进行合金化，其屈服强度≥245MPa，抗拉强度400～520MPa，0℃冲击吸收能量≥31J。国外牌号P265GH、SA516钢的化学成分和力学性能与Q245R钢板相类似。

发明内容

本发明的目的是提供一种核电站安全壳用厚钢板及其制造方法，该厚钢板应当满足核电站安全壳的使用要求，需要厚度大、强度高、韧性好，焊接性好，易于成形，便于制造。

本技术方案采用低碳当量的成分设计，添加适量合金元素，合理搭配Mn、Ni、Mo、V、Ti、Nb等，发挥合金元素的综合强化和韧化作用，通过均匀加热、大压下量轧制和调质热处理工艺，形成回火马氏体组织，晶粒细小均匀，用于生产一种核电站安全壳用钢。

为了实现上述目的，基于上述发明构思，本发明提供了一种核电站安全壳厚钢板的所述核电站安全壳用厚钢板的厚度为10～60mm，且其化学元素百分含量配比为：