CN101748314A

CN101748314A - 一种核电用蒸汽发生器镍基合金

Info

Publication number: CN101748314A
Application number: CN200810235501A
Authority: CN
Inventors: 王国年
Original assignee: JIANGSU LONGXIN SPECIAL STEEL INDUSTRY GENERAL Co Ltd
Current assignee: JIANGSU LONGXIN SPECIAL STEEL INDUSTRY GENERAL Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-23

Abstract

本发明涉及一种核电用蒸汽发生器镍基合金，本发明在降低合金成本的同时又能保持并提高合金性能，具体说明如下：一是添加了适量的稀土元素，稀土加入钢中，可起到脱氧、脱硫、改变夹杂物形态等净化和变质作用，同时在合金中还能有微合金化的作用，最终表现在提高钢的抗氧化能力，高温强度和塑性、疲劳寿命、耐腐蚀性及抗裂性等；二是在能保证合金能形成所要的金相组织、保证其加工性能的前提下，从生产成本考虑，将贵重元素镍含量尽可能的配入下限；三是适当提高铬元素的含量，增强合金的高温抗氧化性能和抗腐蚀性能；四是调整硅元素的含量，在保证合金塑性的同时提高合金的抗拉强度和耐蚀性；五是控制碳的含量，同时添加钛元素，进一步提高了钢的抗氧化性能和耐腐蚀性能。

Description

一种核电用蒸汽发生器镍基合金

技术领域

本发明涉及一种金属，具体地说是一种合金，尤其是一种核电用蒸汽发生器镍基合金，属冶金技术领域。

背景技术

核电用蒸汽发生器镍基合金作为蒸汽发生器中传热管、支柱、支架、防振条的主要原材料之一，其性能的好坏直接影响到蒸器发生器的使用寿命。一旦有损坏，蒸器发生器作为不可更换部件，制约或极大程度地影响了核电厂的寿命。以前镍基合金材料都是国外企业提供，对于已经在近年快速发展的中国核电来说，统一运营主体、堆型、技术等异常重要，其主要内容就是推进核电设备国产化，因此研发抗振条是我国必然趋势，且发展前景相当可观。尤其是能源市场竞争的日益加剧，产生了开展核电厂老化/寿命化的研究，并对核电建设新项目提出了60年设计寿命的要求，这对材料提出了更高的要求，蒸汽发生器的主要材料已从最初的奥氏体不锈钢改进为使用镍基合金600，而极大地改进了传热管的抗腐蚀能力。

目前的核电市场，普遍使用美国的Incone1600合金作为主要原材料，该材料耐腐蚀性能好，抗拉强度高，完全能满足核电建设新项目提出的60年设计寿命的要求，但价格十分昂贵，每公斤在1800元左右，使得蒸汽发生器的成本很高。

发明内容

针对上述存在问题，本发明提供一种核电用蒸汽发生器镍基合金，降低合金含量，尤其是贵重合金如Ni的含量，同时添加其他元素，并调整各组成成份含量，在降低生产成本的同时，又能保持或提高电阻合金的性能。

为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案，一种核电用蒸汽发生器镍基合金，其主要组成成份及其重量百分比含量为：Ni：64.8-77.5％，Cr：14.0-19.5％，S i：0.20-0.80％，C：0.0495-0.100％，Mn：0.00-1.20％，RE：0.08-0.22％，Cu：0.00-0.50％，Ti：0.150-0.800％，Co：0.00-0.10％，B：0-0.001％，Fe ：7.0-12.0％。

由于本发明采用以上技术方案，大大降低了合金成本，同时又能保持并提高合金性能，具体说明如下：一是添加了适量的稀土元素，稀土加入钢中，可起到脱氧、脱硫、改变夹杂物形态等净化和变质作用，同时在合金中还能有微合金化的作用，最终表现在提高钢的抗氧化能力，高温强度和塑性、疲劳寿命、耐腐蚀性及抗裂性等；二是在能保证合金能形成所要的金相组织、保证其加工性能的前提下，从生产成本考虑，将贵重元素镍含量尽可能的配入下限；三是适当提高铬元素的含量，增强合金的高温抗氧化性能和抗腐蚀性能；四是调整硅元素的含量，在保证合金塑性的同时提高合金的抗拉强度和耐蚀性；五是控制碳的含量，同时添加钛元素，进一步提高了钢的抗氧化性能和耐腐蚀性能。

具体实施方式

实施例一

一种核电用蒸汽发生器镍基合金，其主要组成成份及其重量百分比含量为：Ni：64.8％，Cr：19.5％，Si：0.80％，C：0.080％，Mn：1.20％，RE：0.22％，Cu：0.50％，Ti：0.800％，Co：0.10％，B：0％，Fe：12.0％。

其制作工艺为：

1、中频熔炼：

1.1原料准备：包括炉料、渣料和脱氧剂，所述炉料为Ni、Cr、Fe和Mn材料，所述渣料为钙剂(如石灰、萤石)，所述脱氧剂为铝剂(如铝石灰粉)，经烘烤后备用；

1.2装料：在中频熔炼炉中装入1.1步骤中经烘烤后备用的Ni、Cr、Fe炉料，待炉料熔清后及时调整炉渣流动性使之良好；

1.3精炼：低功率化料，待材料熔化70％后，加入总投料数的3％的渣料，(渣系配比：石灰∶萤石＝8∶2)进行炼钢，当全熔后旧渣换新渣，渣量为3-4％，(渣系配比：石灰∶萤石＝7∶3)调好渣的流动性和钢液温度，用铝石灰分批脱氧，每批脱氧剂加入后，待渣与脱氧剂反应一定时间后再轻点渣，坚持少量、多批、轻点的原则，脱氧剂用量为装入量的0.8-1.2％，总脱氧次数不少于20次，测量钢温，1560℃-1600℃，当钢水结膜时，时间为20-25秒，把中频功率降到80-8KW，继续脱氧，渣白5分钟后加入金属锰，15分钟后以可锻，出钢前10分钟加入硅铁，用同种钢的钢棒搅拌钢液，矽钙块和稀土合金在出钢前2-3分钟加入，然后取样进行化学分析，合格后加入硅钙和稀土合金，无反应后把钢水倒入钢包内，镇静1-2分钟浇铸成电极棒。

2、电渣重熔：

2.1引弧剂与重熔电渣系的调配：用萤石与二氧化钛制备引弧剂，用CaF₂、Al₂O₃和CaO制作重熔电渣系；

2.2装炉：把底盘、引弧剂、结晶器及电极安装好，坐结晶器前必须先通水，并检查有无漏渗水现象，水压表的压力达到0.2Mpa，底盘上的垫粉和结晶器之间必须严密，垫粉内圈要尽量圆，水箱面要干燥、干净，放上引弧剂，以保证其导电性；

2.3引弧造渣：降低电极使电极与引弧剂接触，完成引弧工作，使引弧剂熔化，加入重熔电渣系；

2.4冶炼：加渣时，勺不允许和结晶器、电极棒同时接触或肜勺乱捣结晶器上渣料，引弧电流为500-1500A，渣全熔后正常冶炼，控制电流2500-3000A，电压38-41V，使电极熔化，直到结晶器装满为止；

2.5冶炼完结进行补缩，补缩电流逐渐变小，到最后0位电流为止，补缩时间3-5分钟，然后将电极上升离开电渣面3cm以上才能停电；

2.6冷却：冶炼完后，重熔钢锭在结晶器中冷却30分钟后脱锭空冷。

3、锻打：

3.1加热：

预热阶段：钢锭坯由室温加热到850℃，应慢速加热，利用钢锭坯金属组织的转变，以免内外温差形成裂纹预热时间≥30分钟；

升温阶段：钢锭坯由850℃加热到锻打温度过程，可提高加热速度，减少氧化，应勤翻锭坯，使其温度均匀化，升温时间大约在30-35分钟，温度为1180-1260℃；

保温阶段：达到锻造温度时进行保温，保温≥20分钟开锻，始锻温度为1180℃，终锻温度为950℃。

3.2锻制：锻制采用二轻一重，二均匀操作法，即开始以较小的变形量进行轻击，等塑性提高后酌情重击，临近终锻温度时再轻击，变形要求均匀，避免在同一位置反复撞击，每次送进量应小于钻宽，每次送进量应大于压下量，避免产生折迭，钢锭锻打时，先锻小头，小头锻打尺寸合格，再倒过来锻制大头。

4、热轧：

热处理要求：入炉温度：≤850-900℃

升温时间：≥40分钟

加热温度：1180-1200℃

保温时间：≥20分钟

始轧温度：≥1160℃

终锻温度：≥850℃

热轧工艺要求：

轧制时不能错孔，速度要快，保证终轧温度，调整工要调整好轧制产品的轧型，进、出口导卫必须在同一水平线上，并与轧辊保持最佳距离。

轧制品冷却后，冷拉前要逐根检验表面质量的裂纹、折叠、结疤、夹杂，并彻底轻打磨干净，配专门人员修磨质量，并用淡酸多漂洗清水冲洗以保证表面质量。

5、酸洗：用硫酸、硝酸钠、氯化钠混合所制成的酸洗液酸洗，酸洗温度65-80℃，酸洗时间10-30min。

6、打磨修边：把表面出现的毛刺、包皮、裂纹全面修磨干净。

7、冷拉：

7.1、煤炉、油炉装炉退火

a)加热工应在开炉前加好燃油对油路、油阀、喷咀及风管进行全面检查，一切正常方可装炉。

b)严格分清盘条的炉号、钢种，检查是否符合标准，装炉应大框在下，小框在上，粗丝在外，细丝在内。

c)加热时，要经常进行翻框，察看退火材料的成色。保证通火均匀，出炉时，要注意盘框不能变型。出炉后，要及时冷却，冷却的水要保持清洁。

d)各钢种半成品煤炉、油炉热处理(退火)参照下表：

煤炉、油炉热处理(退火)一览表

类别	状态	规格mm	加热温度℃	保温时间	冷却方式
类别	状态	规格mm	加热温度℃	保温时间	冷却方式	镍基合金	半成品	≥φ8	1150-1250	≥40分钟	水冷

7.2、拉丝润滑工艺要求：

润滑工

a)退好火后的盘条丝应松框进行润滑，在配制好的润滑中充分搅拌，涂层均匀。

b)润滑后的盘条丝应均匀摊开，进行日晒凉干或烘干。

c)润滑剂的配比按下表进行配制。

原材料名称	技术要求	数量(kg)
原材料名称	技术要求	数量(kg)	石墨粉	200-300#	50
机油	20#	50	石墨粉	200-300#	50
机油	20#	50	肥皂		5
石灰		10	肥皂		5
石灰		10	水		500

7.3、配模工艺要求

作业前，先进行配模，配模工艺标准按以下进行。

(1)因科镍：单位(mm)“*”表示退火

φ18.0*-φ17.0*-φ16.0*-φ15.0*-φ14.0*-φ13*-8.5*10和10*13*

每拉下一个规格酸洗检查，如有表面缺陷(如毛边、包皮、裂纹)，用手提砂轮轻修磨，要求表面修磨深度不超0.5m。

7.4、酸洗工艺要求：

(1)、核对所有控制材料的牌号后酸洗，酸洗在酸池中进行。

(2)、配制酸液，先将酸池内脏物洗到干净，然后配酸，酸液酸制到25％的硝酸，5-8％氢氟酸，其余为水。

(3)、酸洗工在作业时，必须佩戴好劳动防护用品，注意安全。特别酸洗料用行车起吊时一定要吊牢料框，不准在酸池上行走。

(4)、作业时必须按生产计划查对炉号、规格、框数无差错后方可操作。

(5)、经碱煮的材料下酸池前，必须用水将碱液冲冼干净，减少酸液的消耗。

(6)、材料必须全部浸入酸液中，酸洗材料必须散捆。

(7)、酸洗过程中应注意表面质量，材料浸泡时间为20分钟左右，用行车立即吊出，用高压水枪冲洗干净。

(8)、氧化物冲洗完毕立即凉干。

7.5、各钢种成品热处理(退火)工艺参照各钢种90KW电炉(退火)一览表。

各钢种90KW电炉(退火)一览表

实施例二

同实施例一的核电用蒸汽发生器镍基合金，其不同之处在于各组分的重量百分比为Ni：72.0％，Cr：16.8％，Si：0.50％，C：0.10％，Mn：0％，RE：0.08％，Cu：0％，Ti：0.519％，Co：0％，B：0.001％，Fe：10.0％。

实施例三

同实施例一的一种核电用蒸汽发生器镍基合金，其不同之处在于各组分的重量百分比为：Ni：77.5％，Cr：14.0％，Si：0.20％，C：0.495％，Mn：0.61％，RE：0.14％，Cu：0.30％，Ti：0.150％，Co：0.05％，B：0.0005％，Fe：7.0％。

性能测试表

测试项目	Incone1600	镍基合金	例1	例2	例3
测试项目	Incone1600	镍基合金	例1	例2	例3	抗拉强度Rm(Mpa)	550	600	620	612	572
伸长率A(％)	35	38	42	28	35	抗拉强度Rm(Mpa)	550	600	620	612	572
伸长率A(％)	35	38	42	28	35	屈服强度Rp0.2(Mpa)	245	280	295	232	278
断面收缩率Z(％)	45	45	48	30	42	屈服强度Rp0.2(Mpa)	245	280	295	232	278

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种核电用蒸汽发生器镍基合金，其主要组成成份为Ni、Cr、Si、C、Mn、RE、Cu、Ti、Co、B和Fe，各组份的重量百分比含量为：Ni：64.8-77.5％，Cr：14.0-19.5％，Si：0.20-0.80％，C：0.0495-0.100％，Mn：0.00-1.20％，RE：0.08-0.22％，Cu：0.00-0.50％，Ti：0.150-0.800％，Co：0.00-0.10％，B：0-0.001％，Fe：7.0-12.0％。