CN102417958A - 一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的热压成型工艺 - Google Patents

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许向东
乐永星
祝笛
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Abstract

一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，将坯料板根据目标形状一次热压成型，冷却，得到封头；对上述封头进行热处理后，冷却，得到奥氏体控氮不锈钢厚壁封头。本发明提供的奥氏体不锈钢厚壁封头的热压成型工艺，奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的坯料板通过加热、一次成型以及固溶热处理，使封头在最终压制成后既能达到较好的成型尺寸精度，能够有效的将不锈钢钢板原本的力学、物理性能回复到热压前的状态，不会产生材料缺陷，满足了对原有材料的性能要求，从而符合核岛设备中高强度和耐腐蚀的性能要求。

Description

一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的热压成型工艺
技术领域
    本发明涉及一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的热压成型工艺，属于机械制造机械领域。
背景技术
    台山核电项目的安注箱为立式容器，主要由上椭圆封头、下封头组件、筒体、裙座、人孔、吊耳、拉杆以及接管等零部件组成。该设备属于核电站一回路辅助系统中的安全注入系统，主要功能为：1）当一回路系统破裂引起失水事故时，安全注入系统向堆芯注水，保证淹没和冷却堆芯，防止堆芯熔化，保持堆芯的完整性；2）当发生主蒸汽管道破裂时，反应堆冷却剂由于受到过度冷却而收缩，稳压器水位下降，安全注入系统向一回路注入高浓度含硼水，重新建立稳压器水位，迅速停堆并防止反应堆由于过冷而重返临界。从设计给出的图纸结构及参数来看，该设备的上封头要求成型后为一个最小壁厚为82mm，内径为2936mm，内高为774mm的完整椭圆封头，而下封头要求成型后为一个最小壁厚为82mm，端口内径为2650mm，内高为404mm的椭圆封头顶瓣，材料牌号均为Z2CN19.10（控氮）。因此我们选用了厚度为90mm的奥氏体控氮坯料板作为封头坯料。控氮奥氏体不锈钢Z2CN19.10（控氮）的化学成分（见表1）以及力学性能（见表2）如下：
表1  控氮奥氏体不锈钢Z2CN19.10（控氮）的化学成分%
Figure 2011104138375100002DEST_PATH_IMAGE001
表2  控氮奥氏体不锈钢Z2CN19.10（控氮）的力学性能%
Figure 771984DEST_PATH_IMAGE002
现有封头成型加工方法主要有冷、热冲压，冷、热旋压，冷、热卷制或相互配制等方法。考虑到此次安注箱的封头壁厚较厚，且材料又是奥氏体不锈钢，为了保证最终成品封头的材料性能能够满足原有的材料要求，就需要针对安注箱封头的结构及材料特点，选择一种合适的压制成型工艺。
发明内容
    本发明的目的是提供一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型工艺，使封头在最终压制成后既能达到较好的成型尺寸精度，又不会产生材料缺陷，满足原有材料的新能要求。
为了达到上述目的，本发明提供了一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：将坯料板根据目标形状一次热压成型，冷却，得到封头；
第二步：对第一步得到的封头进行热处理后，冷却，得到奥氏体控氮不锈钢厚壁封头。
优选地，所述的第一步中的热压成型的具体步骤为：使用加热炉对坯料板进行加热，随炉升温至300℃，以≤60℃/h的升温速率，升温至550℃，再以≤220℃/h的升温速率，升温至1050-1080℃，保温后出炉压制。
进一步地，所述的保温时间为90分钟。
优选地，所述的第一步中的冷却方法为自然冷却至室温。
优选地，所述的第二步中的热处理的具体步骤为：将第一步得到的封头进行加热，随炉升温至300℃，再以≤220℃/h的升温速率升至1050-1080℃，保温。
进一步地，所述的保温时间为90分钟。
优选地，所述的第二步中的冷却方法为出炉迅速水冷至温度≤300℃，出水，空冷。
优选地，所述的第一步中的坯料板的厚度为90-92mm，所述的第二步中的奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的厚度为88-89mm。
优选地，所述的热处理前，在封头的端口装有加强环及排气管。
进一步地，所述的加强环的材料膨胀系数与坯料板的膨胀系数相同。
    本发明提供的奥氏体不锈钢厚壁封头的热压成型工艺，奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的坯料板通过加热、一次成型以及固溶热处理，使封头在最终压制成后既能达到较好的成型尺寸精度，能够有效的将不锈钢钢板原本的力学、物理性能回复到热压前的状态，不会产生材料缺陷，满足了对原有材料的性能要求，从而符合核岛设备中高强度和耐腐蚀的性能要求。
附图说明
  图1为奥氏体控氮不锈钢厚壁封头一次成型的结构示意图。
图2为奥氏体控氮不锈钢厚壁封头安装防变形加强环的结构示意图。
图中：
    1、坯料板；
2、上模；
3、压边圈；
4、下模圈；
5、排气管；
6、加强环；
7、吊耳。
具体实施方式
    下面结合附图和实施例对发明作进一步的描述。
实施例
本发明选用的坯料板的牌号为Z2CN19.10控氮，规格为90mm，尺寸为φ3720mm。
如图1所示，为奥氏体控氮不锈钢厚壁封头一次成型的结构示意图。在压制前，压边圈上与坯料板1接触的区域、上模2表面打磨光滑。在进炉加热前，坯料板1表面吹扫干净，不得有颗粒性杂物。
因此奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的坯料板的厚度较厚，且设有一条纵缝，为了保证封头最终压制后的质量。在加热时，坯料板1先随炉升温至300℃，再以升温速率≤60℃/h，升温至550℃。这样做首先是可以消除坯料板1拼接焊缝应力，同时也可以使整块坯料板1在炉膛内得到充分加热，使坯料板1表面与内部的温度更均匀。然后再以≤220℃/h的升温速率，升温至1050＋30 0℃并保温时间为90分钟。为了防止坯料板1保温时间过长，每炉只能加热一块坯料板，且该坯料板所对应的试板须与坯料板一并进炉加热，以保证后续试验的统一性。
同时，在加热过程中，坯料板1中心及封头边缘均布置电偶，每一块试板上也须放置一个热电偶，保证各点温度均匀可控。温度控制以坯料板中心点热电偶为基准，周边各点与中心点的温差不超过55℃，且加热温度控制必须以产品热电偶显示的数值为准。
 保温90分钟后，将坯料板1从加热炉内取出，迅速置于下墨圈4上，并用压边圈3压住。上模2下压坯料板1的同时，下模圈4压紧坯料板1，一次冲压成型。整个过程从出炉至冲压完成，迅速连贯，并保证封头的终压温度≥750℃，封头热冲压成型后，采用自然冷却方式冷却至室温，且终压温度必须用红外线测温并记录。
为了使最终成品封头达到材料原有的性能要求，需要对压制成型后的封头进行一次恢复性能热处理，即固溶热处理，使封头的材料恢复到原始的板材性能状态。
如图2所示，为奥氏体控氮不锈钢厚壁封头安装防变形加强环的结构示意图。在对封头进行恢复性能固溶热处理前，先对封头装好防变形加强环6，并在加强环6上安装两至三根直径较大的排气管5用于排气，以避免封头端口在热处理过程中产生热变形。加强环6选用0Cr18Ni9不锈钢板进行加工成型后，焊于成型封头的端口，在加强环6周围均布吊耳7以方便吊运。试板也临时焊接于加强环6上，且试板应均匀布置于封头周边或者对称布置于封头两侧，在热处理时与封头一并进炉热处理。
封头以自由状态垫平装炉，先随炉升温至300℃，再以≤220℃/h的升温速率升至1070℃，保温时间为90分钟。在加热过程中，坯料板1中心及封头边缘均布置电偶，每一块试板上也须放置一个热电偶，保证各点温度均匀可控。温度控制以坯料板1中心点热电偶为基准，周边各点与中心点的温差不超过55℃，且加热温度控制必须以产品热电偶显示的数值为准。
为了使封头在降温冷却过程中温度能够迅速经过不锈钢的敏化温度区间，封头在达到预计保温时间后，应将封头从加热炉内取出，迅速水冷。封头出炉至入水的时间不超过10分钟。入水前采用红外线测温，入水温度必须用红外线测温并记录。
封头入水应以开口朝下状态，用行车吊着吊耳7或者用板勾勾住加强环6水平浸入水中冷却。冷却水水量不得少于80吨，水质可用自来水或井水。封头入水前水箱或水池中水温度不得高于25℃，水箱或水池应足够高，应保证封头浸没水中且封头顶面距离水面至少为1500mm。为促进冷却水充分流动，水箱或水池中应设置多个出水口和进水口，出水口设置在上端，进水量不得小于出水量，保证水箱或水池中的水量。
封头完成固溶热处理后，对得到的产品按RCC-M M3307中要求进行力学性能测试，测试结果如下：
Figure 648673DEST_PATH_IMAGE004
由表可见，采用本发明中所描述的恢复性能热处理方法对热压后的奥氏体控氮不锈钢厚壁封头进行处理后，能够有效的将不锈钢钢板原本的力学、物理性能回复到热压前的状态，从而满足核岛设备中高强度和耐腐蚀的性能要求。

Claims (10)

1.一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：将坯料板根据目标形状一次热压成型，冷却，得到封头；
第二步：对第一步得到的封头进行热处理后，冷却，得到奥氏体控氮不锈钢厚壁封头。
2.如权利要求1所述的一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，所述的第一步中的热压成型的具体步骤为：使用加热炉对坯料板进行加热，随炉升温至300℃，以≤60℃/h的升温速率，升温至550℃，再以≤220℃/h的升温速率，升温至1050-1080℃，保温后出炉压制。
3.如权利要求2所述的一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，所述的保温时间为90分钟。
4.如权利要求1所述的一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，所述的第一步中的冷却方法为自然冷却至室温。
5.如权利要求1所述的一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，所述的第二步中的热处理的具体步骤为：将第一步得到的封头进行加热，随炉升温至300℃，再以≤220℃/h的升温速率升至1050-1080℃，保温。
6.如权利要求5所述的一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，所述的保温时间为90分钟。
7.如权利要求1所述的一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，所述的第二步中的冷却方法为出炉迅速水冷至温度≤300℃，出水，空冷。
8.如权利要求1所述的一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，所述的第一步中的坯料板的厚度为90-92mm，所述的第二步中的奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的厚度为88-89mm。
9.如权利要求1、5所述的一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，所述的热处理前，在封头的端口装有加强环及排气管。
10.如权利要求9所述的一种奥氏体控氮不锈钢厚壁封头的压制成型方法，其特征在于，所述的加强环的材料膨胀系数与坯料板的膨胀系数相同。
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