CN103103453A

CN103103453A - 一种核电管道件材料锻件及制造工艺

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Publication number: CN103103453A
Application number: CN2013100524286A
Authority: CN
Inventors: 是玉丰
Original assignee: WUXI PAIKE HEAVY CASTING AND FORGING CO Ltd
Current assignee: Wuxi Parker new materials Polytron Technologies Inc
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-02-18
Also published as: CN103103453B

Abstract

本发明是一种核电管道件材料锻件及制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—机加工—理化检验及超声波探伤—热处理—精加工及超声波探伤或磁粉探伤—清洁包装—包装；本发明通过成分及工艺参数的限定，特别是添加适量的镧系稀土元素，以及两次正火+两次回火的热处理工序，既避免了碳化物在晶间的析出，同时又防止了热处理过程的渗碳和渗氮，保证了材料的抗腐蚀性能。

Description

一种核电管道件材料锻件及制造工艺

技术领域

本发明涉及一种锻件及制造工艺，具体的说是一种核电管道件材料锻件及制造工艺。

背景技术

2007年11月份国务院正式批准了《国家核电发展专题规划2005－2020年》，《规划》明确了13年后我国核电事业将达到的发展目标：运行的核电装机容量将要达到4000万千瓦；核电年发电量达到2600亿-2800亿千瓦时。《规划》中提到，目前我国核电占全部电力装机容量的比重还不到2％；到2020年，这一比重将提高到4％。这意味着，我国核电发展正在“升温”。核能，已经成为我国低碳经济模式下能源优化发展的重要选择。

核电管道件材料锻件要求抗腐蚀性能好，抗拉强度和高屈服强度要求较高，表面粗糙度小；而现有技术中，由于成分及热处理工艺的限制，从而导致核电管道件材料锻件抗腐蚀性能不高，抗拉强度和高屈服强度不高，表面粗糙度较高，且存在组织疏松、气孔、沙眼等问题，不满足风力塔筒的使用要求，或使用寿命较短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

如何保证核电管道件材料锻件在具有突出的抗腐蚀性能的同时具有高抗拉强度和高屈服强度的同时侧向膨胀量大于0.9mm；

如何保证核电管道件材料锻件具有较小的表面粗糙度，组织更为均匀稳定，极少气孔及沙眼。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种核电管道件材料锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.35-0.45%，Si:0.35-0.45%，Mn:0.95-1.05%，Ni:2-4%，Cr:1-3%，Nb：0.25-0.45%，Cu:0.55-0.75%，N:0.02-0.04%，Mo:0.08-0.1%，Al:0.4-0.6%，S：0.04-0.06%，Ti：0.03-0.05%，V：0.06-0.08%，B：0.006-0.008%，P：0.003-0.005%，镧系稀土：4-6%，余量为Fe。

核电管道件材料锻件的制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—机加工—理化检验及超声波探伤—热处理—精加工及超声波探伤或磁粉探伤—清洁包装—包装；

加热工序采用分段加热，第一段加热温度为1000-1050℃，到温后保温5-7min，第二段加热温度为750-800℃，到温后保温15-20min，然后空冷至室温；

锻后热处理工序采用两次正火与两次回火，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；

第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为760-790℃，到温后保温16-19min，第二段加热温度为910-930℃，到温后保温25-28min，然后空冷10-15min后进行第二次正火；

第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为660-690℃加热，到温后保温15-18min，第二段加热温度为600-650℃加热，到温后保温12-15min，然后水冷至室温；

第一次回火：回火温度750-790℃，到温后保温16-19min，然后空冷5-8min后进行第二次回火；

第二次回火：回火温度600-640℃，到温后保温10-13min，然后水冷至室温；

热处理工序采用分段加热，第一段加热温度为750-770℃加热，到温后保温6-9min，第二段加热温度为660-690℃加热，到温后保温12-15min，然后水冷至室温。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的核电管道件材料锻件，镧系稀土的组分质量百分比为：镧：25-40%，铈：6-15%，铕：5-10%，铽：10-13%，钆：10-22%，镨：5-9%，钬：4-9%，铒：2-10%，其余镧系元素：1-2%，以上各组分之和为100%。

前述的核电管道件材料锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.35%，Si:0.45%，Mn:0.95%，Ni:4%，Cr:1%，Nb：0.25%，Cu:0.75%，N:0.02%，Mo:0.08%，Al:0.4%，S：0.04-0.06%，Ti：0.03%，V：0.06%，B：0.006%，P：0.003%，镧系稀土：4%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：36%，铈：14%，铕：10%，铽：10%，钆：15%，镨：5%，钬：4%，铒：5%，其余镧系元素：1%。

前述的核电管道件材料锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.40%，Si:0.35%，Mn:1.05%，Ni:2%，Cr:2%，Nb：0.45%，Cu:0.55%，N:0.04%，Mo:0.1%，Al:0.4-0.6%，S：0.06%，Ti：0.05%，V：0.08%，B：0.008%，P：0.005%，镧系稀土：5%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：40%，铈：15%，铕：5%，铽：12%，钆：10%，镨：9%，钬：5%，铒：2%，其余镧系元素：2%。

前述的核电管道件材料锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.45%，Si:0.40%，Mn:1%，Ni:3%，Cr:3%，Nb：0.35%，Cu:0.65%，N:0.03%，Mo:0.09%，Al:0.4-0.6%，S：0.05%，Ti：0.04%，V：0.07%，B：0.007%，P：0.004%，镧系稀土：6%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：25%，铈：6%，铕：8%，铽：13%，钆：22%，镨：6%，钬：9%，铒：10%，其余镧系元素：1%。

本发明通过成分及工艺参数的限定，特别是添加适量的镧系稀土元素，以及两次正火+两次回火的热处理工序，既避免了碳化物在晶间的析出，同时又防止了热处理过程的渗碳和渗氮，保证了材料的抗腐蚀性能。本发明加热工序采用分段加热，保证了纵向组织细化均匀，确保后续的锻造不损坏细化的组织。本发明采用两次正火+两次回火工艺，两次正火后使锻件的带状组织等缺陷减轻明显，组织细化均匀；正火后两次回火，组织更为均匀稳定，且晶粒更细化，使锻件的抗拉强度、屈服强度、韧性以及低温冲击性能得到很大的提高。第一次正火温度高于第二次正火温度，使第二次正火不破坏第一次正火的效果，使组织细化效果更为明显；正火采取分段加热，第二段加热在第一段加热的基础上可以减小表面和心部的温度之差，使锻件厚度方向组织细小均匀；第一次回火温度高于第二次回火温度，使第二次回火不破坏第一次回火的效果，使锻件厚度方向晶粒更为细化，进一步减小表面和心部的温度之差，从而使表面至心部性能趋于一致，极少出现气孔及沙眼，保证了侧向膨胀量大于0.9mm。

总之，本发明采取分段加热，可有效缩短高温段的加时间，使细化晶粒效果更明显，并且使厚度方向的组织晶粒度趋于一致；采用两次正火，且第一次正火温度较高，可以细化晶粒，同时提高强度和韧性，可以减轻或消除带状组织等缺陷，提高锻件整体冲击性能；正火后两次回火，且第一次回火温度较高，组织更为均匀稳定，低温冲击性能进一步提高，表面至心部性能趋于一致，极少出现气孔及沙眼，保证了侧向膨胀量大于0.9mm。本发明的热处理采用分段加热，巩固锻后热处理的加热效果，使组织更为均匀稳定，使出现有极少气孔及沙眼变得更加细小或消除，进一步保证了侧向膨胀量大于0.9mm。

经检验，核电管道件材料锻件主要性能为：抗拉强度620-795MP，屈服强度大于450MP，-29℃和20℃冲击韧性大于48J，RTNDT+33℃大于68J，侧向膨胀量大于0.9mm。

本发明的具体性能可见下表：

表1 本发明与常用的锻件性能指标对比

Figure 2013100524286100002DEST_PATH_IMAGE001

具体实施方式

实施例1

本实施例的核电管道件材料锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.35%，Si:0.45%，Mn:0.95%，Ni:4%，Cr:1%，Nb：0.25%，Cu:0.75%，N:0.02%，Mo:0.08%，Al:0.4%，S：0.04-0.06%，Ti：0.03%，V：0.06%，B：0.006%，P：0.003%，镧系稀土：4%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：36%，铈：14%，铕：10%，铽：10%，钆：15%，镨：5%，钬：4%，铒：5%，其余镧系元素：1%。

本实施例的核电管道件材料锻件的制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—机加工—理化检验及超声波探伤—热处理—精加工及超声波探伤或磁粉探伤—清洁包装—包装；以上工序中，选材、下料、锻造、机加工、理化检验及超声波探伤、精加工及超声波探伤或磁粉探伤、清洁包装和包装都采用现有常用相应工艺方法。

加热工序采用分段加热，第一段加热温度为1000℃，到温后保温5min，第二段加热温度为750℃，到温后保温15min，然后空冷至室温；

锻后热处理工序采用两次正火与两次回火，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为760℃，到温后保温16min，第二段加热温度为910℃，到温后保温25min，然后空冷10min后进行第二次正火；第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为660℃加热，到温后保温15min，第二段加热温度为600℃加热，到温后保温12min，然后水冷至室温；第一次回火：回火温度750℃，到温后保温16min，然后空冷5min后进行第二次回火；第二次回火：回火温度600℃，到温后保温10min，然后水冷至室温；

热处理工序采用分段加热，第一段加热温度为750℃加热，到温后保温6min，第二段加热温度为660℃加热，到温后保温12min，然后水冷至室温。

本实施例锻件经检测，达到上表1所列性能指标。

实施例2

本实施例的核电管道件材料锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.40%，Si:0.35%，Mn:1.05%，Ni:2%，Cr:2%，Nb：0.45%，Cu:0.55%，N:0.04%，Mo:0.1%，Al:0.4-0.6%，S：0.06%，Ti：0.05%，V：0.08%，B：0.008%，P：0.005%，镧系稀土：5%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：40%，铈：15%，铕：5%，铽：12%，钆：10%，镨：9%，钬：5%，铒：2%，其余镧系元素：2%。

加热工序采用分段加热，第一段加热温度为1020℃，到温后保温6min，第二段加热温度为780℃，到温后保温18min，然后空冷至室温；

锻后热处理工序采用两次正火与两次回火，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为780℃，到温后保温17min，第二段加热温度为920℃，到温后保温26min，然后空冷13min后进行第二次正火；第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为670℃加热，到温后保温17min，第二段加热温度为630℃加热，到温后保温14min，然后水冷至室温；第一次回火：回火温度770℃，到温后保温18min，然后空冷7min后进行第二次回火；第二次回火：回火温度630℃，到温后保温12min，然后水冷至室温；

热处理工序采用分段加热，第一段加热温度为760℃加热，到温后保温7min，第二段加热温度为670℃加热，到温后保温13min，然后水冷至室温。

本实施例锻件经检测，达到上表1所列性能指标。

实施例3

本实施例的核电管道件材料锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.45%，Si:0.40%，Mn:1%，Ni:3%，Cr:3%，Nb：0.35%，Cu:0.65%，N:0.03%，Mo:0.09%，Al:0.4-0.6%，S：0.05%，Ti：0.04%，V：0.07%，B：0.007%，P：0.004%，镧系稀土：6%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：25%，铈：6%，铕：8%，铽：13%，钆：22%，镨：6%，钬：9%，铒：10%，其余镧系元素：1%。

加热工序采用分段加热，第一段加热温度为1050℃，到温后保温7min，第二段加热温度为800℃，到温后保温20min，然后空冷至室温；

锻后热处理工序采用两次正火与两次回火，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为790℃，到温后保温19min，第二段加热温度为930℃，到温后保温28min，然后空冷15min后进行第二次正火；第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为690℃加热，到温后保温18min，第二段加热温度为650℃加热，到温后保温15min，然后水冷至室温；第一次回火：回火温度790℃，到温后保温19min，然后空冷8min后进行第二次回火；第二次回火：回火温度640℃，到温后保温13min，然后水冷至室温；

热处理工序采用分段加热，第一段加热温度为770℃加热，到温后保温9min，第二段加热温度为690℃加热，到温后保温15min，然后水冷至室温。

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

1.一种核电管道件材料锻件，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.35-0.45%，Si:0.35-0.45%，Mn:0.95-1.05%，Ni:2-4%，Cr:1-3%，Nb：0.25-0.45%，Cu:0.55-0.75%，N:0.02-0.04%，Mo:0.08-0.1%，Al:0.4-0.6%，S：0.04-0.06%，Ti：0.03-0.05%，V：0.06-0.08%，B：0.006-0.008%，P：0.003-0.005%，镧系稀土：4-6%，余量为Fe。

2.如权利要求1所述的核电管道件材料锻件，其特征在于：所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：25-40%，铈：6-15%，铕：5-10%，铽：10-13%，钆：10-22%，镨：5-9%，钬：4-9%，铒：2-10%，其余镧系元素：1-2%，以上各组分之和为100%。

3.如权利要求1或2所述的核电管道件材料锻件，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.35%，Si:0.45%，Mn:0.95%，Ni:4%，Cr:1%，Nb：0.25%，Cu:0.75%，N:0.02%，Mo:0.08%，Al:0.4%，S：0.04-0.06%，Ti：0.03%，V：0.06%，B：0.006%，P：0.003%，镧系稀土：4%，余量为Fe；所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：36%，铈：14%，铕：10%，铽：10%，钆：15%，镨：5%，钬：4%，铒：5%，其余镧系元素：1%。

4.如权利要求1或2所述的核电管道件材料锻件，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.40%，Si:0.35%，Mn:1.05%，Ni:2%，Cr:2%，Nb：0.45%，Cu:0.55%，N:0.04%，Mo:0.1%，Al:0.4-0.6%，S：0.06%，Ti：0.05%，V：0.08%，B：0.008%，P：0.005%，镧系稀土：5%，余量为Fe；所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：40%，铈：15%，铕：5%，铽：12%，钆：10%，镨：9%，钬：5%，铒：2%，其余镧系元素：2%。

5.如权利要求1或2所述的核电管道件材料锻件，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.45%，Si:0.40%，Mn:1%，Ni:3%，Cr:3%，Nb：0.35%，Cu:0.65%，N:0.03%，Mo:0.09%，Al:0.4-0.6%，S：0.05%，Ti：0.04%，V：0.07%，B：0.007%，P：0.004%，镧系稀土：6%，余量为Fe；所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：25%，铈：6%，铕：8%，铽：13%，钆：22%，镨：6%，钬：9%，铒：10%，其余镧系元素：1%。

6.权利要求1或2所述核电管道件材料锻件的制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—机加工—理化检验及超声波探伤—热处理—精加工及超声波探伤或磁粉探伤—清洁包装—包装；其特征在于：

所述加热工序采用分段加热，第一段加热温度为1000-1050℃，到温后保温5-7min，第二段加热温度为750-800℃，到温后保温15-20min，然后空冷至室温；

所述锻后热处理工序采用两次正火与两次回火，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；

所述第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为760-790℃，到温后保温16-19min，第二段加热温度为910-930℃，到温后保温25-28min，然后空冷10-15min后进行第二次正火；

所述第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为660-690℃加热，到温后保温15-18min，第二段加热温度为600-650℃加热，到温后保温12-15min，然后水冷至室温；

所述第一次回火：回火温度750-790℃，到温后保温16-19min，然后空冷5-8min后进行第二次回火；

所述第二次回火：回火温度600-640℃，到温后保温10-13min，然后水冷至室温；

所述热处理工序采用分段加热，第一段加热温度为750-770℃加热，到温后保温6-9min，第二段加热温度为660-690℃加热，到温后保温12-15min，然后水冷至室温。