CN102828009A - 核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法，包括以下步骤：第一步、将堆内构件用奥氏体不锈钢钢锭装炉；第二步、第一火锻压；控制第一火锻压的总压下量和每道次压下量；第一火锻压之后，将钢锭返炉加热并保温；第三步，中间火次锻压；中间火次锻压分为多次，每火的变形量不得低于10％；每一火次锻压之后，将钢锭返炉加热并保温；第四步，最后一火锻压，得到成品堆内构件毛坯锻件。本发明能够解决奥氏体不锈钢钢锭裂纹、混晶、晶粒粗大等问题，实现电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的细晶化锻造。本发明能够实现核电用大型锻件质量稳定的目标，并且能够实现批量生产。

Description

核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法

技术领域

本发明涉及一种大型铸锻件的锻造方法，具体涉及一种核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法。

背景技术

核电作为清洁、低碳能源不但被发达国家广泛使用，而且当前很多发展中国家也越来越多认识到核电在环保和经济发展中的重要性。因此一些发展中国家也在大力兴建核电站和计划投建，可以说当前正是核电站高速发展的时期。

在中国，电力供应始终跟不上经济的发展这一问题始终存在，而且有制约经济快速发展的趋势。而火力发电，不但受到传统能源资源的限制，也破坏了环境。为了适应经济发展和保护环境的需要，中国正努力调整能源结构，在不断淘汰小火电的同时，大力发展清洁、低碳、资源丰富的核电产业。力争到2030年，使核电发电量由2010年全国占总发电量的1％，达到占全国发电量的13％这一目标。

但是，采用现有的技术生产核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件，其产品质量不稳定，无法达到批量生产的地步。生产中出现的问题主要表现，一是锻造时钢锭易产生大的裂纹，必须将钢锭冷却下来清理后重新加热锻造，有的钢锭裂纹过大甚至出现钢锭报废；二是虽然生产出锻件，但后段检验不合格，突出表现为有锻件混晶问题、晶粒粗大等，使固溶处理后性能指标达不到产品要求，并最终报废。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法，它可以改善堆内构件用奥氏体不锈钢的性能，提高奥氏体不锈钢的质量，减少生产中的废品。

为解决上述技术问题，本发明核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法的技术解决方案为，包括以下步骤：

第一步、将堆内构件用奥氏体不锈钢钢锭装炉；控制钢锭装炉量，使钢锭装炉量尽量少；

控制钢锭装炉量的方法是：出口管嘴用钢锭的每炉装炉量允许超过四支钢锭，其他四种堆内构件用钢锭的每炉装炉量不得超过三支钢锭；所述四种堆内构件为吊篮法兰、堆芯支承板、上支承板、上支承法兰。

所述其他堆内构件用钢锭的每炉装炉量最好为两支钢锭。

第二步、第一火锻压；控制第一火锻压的总压下量和每道次压下量；

控制第一火锻压的总压下量和每道次压下量的方法是：对钢锭的第一火锻压分两遍进行，第一遍压下的变形量不超过80mm，第二遍压下的变形量不超过150mm。

第一火锻压之后，将钢锭返炉加热并保温；

将钢锭返炉加热并保温的控制方法是：每100mm的钢锭截面直径或厚度值的加热保温时间为1小时；保温温度为1800～1200℃。

第三步，中间火次锻压；

中间火次锻压分为多次，每火的变形量不得低于10％(每火变形量与每火初始截面比)；

每一火次锻压之后，将钢锭返炉加热并保温；

所述每一火次锻压之后，将钢锭返炉加热并保温的控制方法是：每100mm的钢锭截面直径或厚度值的加热保温时间为1小时；保温温度为1800～1200℃。

第四步，最后一火锻压，得到成品堆内构件毛坯锻件；

最后一火的变形量不得低于12％，或者用锻比衡量，最后一火的锻比不小于1.4。

所述最后一火锻压之后，将钢锭返炉加热并保温的控制方法是：每100mm的钢锭截面直径或厚度值的加热保温时间为0.8小时；最后一火锻压的终锻最佳的温度是850～900℃。

所述第二步至第四步的总锻比不低于6。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明能够解决奥氏体不锈钢钢锭裂纹、混晶、晶粒粗大等问题，实现电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的细晶化锻造。

本发明能够实现核电用大型锻件质量稳定的目标，并且能够实现批量生产。

具体实施方式

本发明核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法，包括以下步骤：

第一步、将堆内构件用奥氏体不锈钢钢锭装炉；控制钢锭装炉量，使钢锭装炉量尽量少；

堆内构件包括出口管嘴、吊篮法兰、堆芯支承板、上支承板、上支承法兰五种，出口管嘴用钢锭的每炉装炉量(指每一加热炉次)允许超过四支钢锭，其他四种堆内构件用钢锭的每炉装炉量不得超过三支钢锭；

这是由于出口管嘴使用的钢锭较小，使用小压机锻压，锻压的效率较高，因此装炉量适当放大，每一加热炉装四支及以上钢锭也不会出现大的质量问题；但对于其他堆内构件由于锻压效率不高，因此应严格控制钢锭装炉量，一般每一加热炉装两只钢锭；

可选择小的加热炉，也可以与其他品种搭配同炉加热，但保温温度与保温时间应以堆内构件用钢为主；

第二步、第一火锻压；控制第一火锻压的总压下量和每道次压下量；

对钢锭的第一火锻压分两遍进行，第一遍压下的变形量不超过80mm，以实现轻压；第二遍压下的变形量不超过150mm，以使铸态组织充分破碎；则总压下量不超过230mm，从而实现对总压下量的控制；

本发明使第一火锻压的总压下量和每道次压下量尽量小，能破碎表面铸态组织即可。

本发明在钢锭初始状态轻压，能够防止或尽量减少裂纹的产生，从而减少钢锭裂纹的清理，避免钢锭报废。

这是由于未经过锻造的钢锭在加热完成后，其组织是原始的铸态组织，这一组织的特点是：晶粒粗大，晶粒结合不致密，塑性较差；而轻压的目的是为了击碎表面层的铸态组织，使其结合致密，并具有良好的塑性。

第一火锻压之后，将钢锭返炉加热并保温；

严格控制加热保温时间和保温温度；

加热保温时间根据钢锭截面直径或厚度而定，每100mm(钢锭截面直径或厚度值)的加热保温时间为1小时；

保温温度为1800～1200℃。

由于通过第一火锻压，钢锭表面的塑性得到很大的改善，重新返炉加热时必须控制加热保温时间不应过长，故本发明严格控制加热保温时间和保温温度；

这是由于奥氏体不锈钢的固态金相组织是奥氏体，没有像其他钢种的加热与冷却之间的组织转变，因此在锻造时由于加热时间过长从而导致晶粒的粗大，同时由于锻造时变形不充分，就无法消除这样的粗晶组织；或由于加热时间过长而导致的晶粒粗大，在锻造过程中虽然变形能充分消除粗晶组织，但是由于终锻温度过高，晶粒依然会长大。对于这种粗晶，用通常的正火或淬火是无法完全改善的，仍有大部分保留下来。因此要想控制粗晶问题必须严格控制加热保温时间。

本发明在将钢锭装入加热炉时，严格减少钢锭的装炉量，一般为二支钢锭，特殊情况下同一炉装入的奥氏体钢锭最多也不超过三支，从而控制加热保温时间不出现过长现象。

第三步，中间火次锻压；

中间火次锻压可分为多火次，每火次的变形量不得低于10％(每火变形量与每火初始截面比)；

每一火锻压之后，将钢锭返炉加热并保温；

严格控制每火的加热保温时间和保温温度；每100mm(钢锭截面直径或厚度值)的加热保温时间为1小时；每火保温温度为1800～1200℃。

第四步，最后一火锻压，得到成品堆内构件毛坯锻件；

最后一火的变形量不得低于12％，以尽量消除本火加热时长大的晶粒，使其晶粒获得有效的破碎并弥散；

也可用锻比衡量，最后一火的锻比不小于1.4，小于1.4的锻比就会出现晶粒粗大现象，进而造成最终性能不合格；

最后一火的加热保温时间是每100mm(钢锭截面直径或厚度值)保温时间0.8小时；

最后一火锻压的终锻最佳的温度是850～900℃。

如果高于950℃结束锻造，奥氏体晶粒会受到环境冷却速度的限制又重新长大；如果低于800℃锻造，由于塑性变差，会产生锻造裂纹，因此本发明严格控制终锻温度的范围在800～950℃。

从钢锭到成品堆内构件毛坯锻件，总的锻比不得低于6，其中主锻造方向的锻比不得小于3.0。低于这一锻造比会出现混晶或铸态组织破碎不完全现象。

锻件材料的优良性能来源于锻压时的道次压下量、变形量和后步的热处理等三个方面。为了有效提高奥氏体不锈钢的性能，必须控制锻压时的道次压下量。

本发明在第一火锻压过程中实现轻压，这是由于第一火生产时，钢锭的铸态组织塑性差，易在钢锭表面产生锻造裂纹，此时不宜压下量过大。

本发明在第一火表面铸态组织改善后，为了实现良好的性能可实现大压下量。

这是由于，通过低倍酸蚀，应看不到铸态树枝晶存在才是优良的锻造组织，而一些通常的压实方法，只是使锻造组织致密，通过低倍酸蚀可以看到数枝晶存在，这些树枝晶的性能是较差的，对于工具钢而言数枝晶的存在会降低材料的耐磨性并增加脆性，对于其它材料的锻件来说会使延伸性和韧性降低。而本发明在第一火表面铸态组织改善后实现大压下量，能够使夹杂物变得更细长以至弥合到基体当中，从而使锻造组织性能得到有效的提高。

本发明将总锻比(即总的变形量)控制在不小于6，能够使原始铸态组织被充分击碎，同时一定的变形量是获得优良性能的必要条件。

这是由于，没有锻压完工的奥氏体不锈钢，为了继续锻压需重新加热，仍会使已经改善的晶粒又重新长大，变得粗大。为了使这些又重新粗大的晶粒细化，必须有一定的变形量。尤其是最后一火如不能消除这样的粗大晶粒，它们会保留到锻件中，进而降低堆内构件的性能。

混晶问题在一定程度上是由锻压不充分和变形不均匀造成的，本发明在锻造过程中能够对晶粒充分破碎，从而能够解决混晶问题。

本发明能够改善奥氏体不锈钢的性能，晶粒度、性能的合格率能够达到100％，钢锭在锻造时废品率达到零。

本发明能够实现批量生产奥氏体不锈钢堆内构件。

本发明既适用于批量生产，也适用于单件生产，实用性强。

Claims (8)

1.一种核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、将堆内构件用奥氏体不锈钢钢锭装炉；控制钢锭装炉量，使钢锭装炉量尽量少；

第二步、第一火锻压；控制第一火锻压的总压下量和每道次压下量；

第一火锻压之后，将钢锭返炉加热并保温；

第三步，中间火次锻压；

中间火次锻压分为多次，每火的变形量不得低于10％；

每一火次锻压之后，将钢锭返炉加热并保温；

第四步，最后一火锻压，得到成品堆内构件毛坯锻件；

最后一火的变形量不得低于12％；或者用锻比衡量，最后一火的锻比不小于1.4。

2.根据权利要求1所述的核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法，其特征在于：所述第一步控制钢锭装炉量的方法是：出口管嘴用钢锭的每炉装炉量允许超过四支钢锭，其他四种堆内构件用钢锭的每炉装炉量不得超过三支钢锭；所述四种堆内构件为吊篮法兰、堆芯支承板、上支承板、上支承法兰。

3.根据权利要求2所述的核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法，其特征在于：所述其他堆内构件用钢锭的每炉装炉量为两支钢锭。

4.根据权利要求1所述的核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法，其特征在于：所述第二步控制第一火锻压的总压下量和每道次压下量的方法是：对钢锭的第一火锻压分两遍进行，第一遍压下的变形量不超过80mm，第二遍压下的变形量不超过150mm。

5.根据权利要求1所述的核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法，其特征在于：所述第二步将钢锭返炉加热并保温的控制方法是：每100mm的钢锭截面直径或厚度值的加热保温时间为1小时；保温温度为1800～1200℃。

6.根据权利要求1所述的核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法，其特征在于：所述第三步每一火次锻压之后，将钢锭返炉加热并保温的控制方法是：每100mm的钢锭截面直径或厚度值的加热保温时间为1小时；保温温度为1800～1200℃。

7.根据权利要求1所述的核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法，其特征在于：所述第四步最后一火锻压之后，将钢锭返炉加热并保温的控制方法是：每100mm的钢锭截面直径或厚度值的加热保温时间为0.8小时；最后一火锻压的终锻最佳的温度是850～900℃。

8.根据权利要求1所述的核电站反应堆的堆内构件用奥氏体不锈钢锻件的锻造方法，其特征在于：所述第二步至第四步的总锻比不低于6。