[发明专利]一种核电用可焊碳钢无缝管及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核电用可焊碳钢无缝管及其生产方法，属于冶金材料领域。

背景技术

核电是一种安全、经济、清洁、可靠的替代能源，在未来的能源结构调整中将发挥积极而重要的作用。目前，国家已把发展核电放在优先地位。核电站用钢是包括用于核电站的核岛、常规岛、电站辅助设备等设备制造用钢铁材料。核电用钢由于使用条件特殊，所以安全等级要求高，绝不允许发生泄漏。常规岛主蒸汽系统的作用是传输从蒸汽发生器中带出的蒸汽，主蒸汽管道的设计温度是316℃，处于蠕变温度以下，在运行中不产生蠕变，但在传输蒸汽过程中会产生流动加速腐蚀(FAC)现象。所以主蒸汽管道关键的寿命损耗机制是腐蚀、冲蚀等。另外，主蒸汽管道用钢要具有良好的焊接性能，使钢在简单可行的焊接条件下，钢材焊接后不产生裂纹，并获得良好的焊缝区的性能，以保证在传输蒸汽过程中不发生任何泄漏。因此，开发出一种抗流动加速腐蚀并具有良好可焊性的无缝钢管是非常有必要的，而且成分要尽量简单，以便于生产，提高经济效益。到目前为止，还未有与本发明体系类似的发明专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种成分简单、便于生产，且具有抗流动加速腐蚀性能和良好可焊性的核电用可焊碳钢无缝管及其生产方法。

为实现上述目的，本发明是通过如下措施来实现：

一种核电用可焊碳钢无缝管，其特征在于，构成材料的质量百分比化学成分为：C 0.06～0.20；Mn 1.10～1.50；Si 0.10～0.35；Cr 0.20～0.30；Ni 0.20～0.30；Cu≤0.10；N≤0.008；P≤0.015；S≤0.005；Al_tot 0.02～0.04；O≤0.003，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。材料最佳的质量百分化学成分为：C 0.11；Mn 1.45；Si 0.25；Cr 0.25；Ni 0.30；Al_tot 0.03，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。

C的含量是保证强度满足标准要求的主要元素，C含量低，则强度可能满足不了要求，而C含量高会降低钢的可焊性，同时会提高辐照脆化性，所以C控制在0.06～0.20％范围内较适宜。Mn是主要合金元素，除了起强化基体作用外，还能有效地提高钢的淬透性，但Mn含量较高时，有使钢晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆性和敏感性，因此将Mn控制在1.10～1.50％范围内。

Cr和Fe形成连续固溶体，与碳形成多种碳化物，它可以取代一部分Fe而而形成复合渗碳体(Fe，Cr)₃C，Cr的复杂碳化物(Fe，Cr)₇C₃、(Fe，Cr)₂₃C₆对于钢的性能有显著地影响，特别是耐磨性。流体加速腐蚀速率与流体温度、流速、pH值、电极电位、合金元素以及热力学等影响因素有关。Cr可提高铁素体的电极电位，从而提高其耐蚀性。Cr还促进在钢的表面形成致密的氧化膜，将金属表面与腐蚀介质隔开，从而阻碍其腐蚀过程。因此Cr可以有效的抑制FAC现象的发生。在等温转变时，Cr能有效地延长奥氏体转变的孕育期，也就是减缓奥氏体的分解速度，从而提高钢的淬透性。当钢中的Cr含量增加时，相对减薄率降低，Cr含量接近0.2％时，相对减薄率下降到0.1％。基于这个关系，本设计体系核电用可焊碳钢无缝管的Cr含量不小于0.2％。从经济和使用性能要求的角度，加入小于0.3％的铬可以提高低碳钢管道的抗腐蚀能力，以减少壁厚损失并从而减少到容器壁内表面上的氧化皮沉淀。因此将Cr控制在0.20～0.30％范围内较合适。

Ni和C不形成碳化物，它是形成和稳定奥氏体的主要合金元素。Ni与Fe以互溶的形式存在于钢中的α相和γ相中，起到强化作用，并通过细化α相的晶粒，改善钢的低温性能，特别是韧性，而且还有助于提高热轧钢的强度。Ni由于降低临界转变温度和降低钢中各元素的扩散速度，因而提高钢的淬透性。为了使碳钢的性能波动范围不致过大，Ni含量一般限制在0.3％以内。因此Ni含量选择在0.20～0.30％范围内较合适。