CN103212912A

CN103212912A - 一种热等静压扩散连接制备核电用推力盘的方法

Info

Publication number: CN103212912A
Application number: CN2013101393944A
Authority: CN
Inventors: 刘国辉; 车洪艳; 李雅范; 秦思贵; 王铁军; 李梦启; 刘慧渊; 秦斌; 孙继洲; 索文旭
Original assignee: Advanced Technology and Materials Co Ltd
Current assignee: Advanced Technology and Materials Co Ltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: CN103212912B

Abstract

一种热等静压扩散连接制备核电用推力盘的方法，属于核电用推力盘制备领域。工艺步骤为：制备ST12粉末，设计热等静压所用包套；产品外径为238mm；将镍基高温合金锻件固定在包套内部；采用钨极氩弧焊焊接包套，采用氦检质谱仪进行检漏，热等静压，去除包套，精加工。优点在于，可以代替堆焊，能够达到大尺寸部件耐磨层性能均匀、界面结合强度好，同时降低成本加快生产周期，耐磨层界面实现冶金结合，界面结合强度可达20～440MPA，硬度可达55HRC及以上。

Description

一种热等静压扩散连接制备核电用推力盘的方法

技术领域

本发明属于核电用推力盘制备技术领域，特别涉及一种热等静压扩散连接制备核电用推力盘的方法，制备的核电用推力盘最大外径可达到1080mm。

背景技术

核电是清洁、高效的能源，各国都在大力发展核电技术。其中第三代核电AP1000是最为先进的核电技术之一。AP1000主泵用推力盘制备是国外三项不转让技术之一，其工作条件恶劣（200～400℃，3～5MPa）环境，工作周期长（60年），是核电最为关键的部件之一。因此自主研发第三代核电主泵用推力盘的制备技术对于推进AP1000国产化具有重要的意义。

传统的核电用推力盘制备采用堆焊工艺，如专利CN10804494A。然而由于堆焊工艺本身的缺点，堆焊基体熔化，堆焊层稀释率高，需要堆焊很厚才有可能保证焊层的性能，而且零件轮廓棱角难以保证，常见咬边、棱角塌陷。尤其对于大尺寸零部件，堆焊工艺难以保证表面耐磨层的厚度均匀性及质量稳定性。

热等静压（Hot Isostatic Pressing，简称HIP）工艺是将制品放置到密闭的容器中，向制品施加各向同等压力的同时施以高温，在高温高压的作用下，使制品得以烧结或致密化。其中热等静压扩散连接是热等静压技术的主要应用之一。如专利CN200910135315铝靶材坯料与铝合金背板的焊接方法；专利CN20101004631I钽和铜、铝、钛异种金属的扩散焊接方法；专利200710143253.4复杂结构连接面的钛钢复合液路接管的制造方法；专利201080042853.1通过热等静压制造具有中空区域的模件的方法。对热等静压扩散连接在某些材料及领域的应用进行了保护。但对于大尺寸部件粉固连接制备核电用推力盘国内没有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热等静压扩散连接制备核电用推力盘的方法。解决了传统制备核电用推力盘界面结合强度较差、耐磨层材料性能不均匀的问题。可以得到表面性能均匀的推力盘，并且耐磨层与基材结合强度高，耐磨层硬度可达55HRC及以上。

根据上述目的，本发明技术方案的工艺原理为：采用热等静压扩散焊粉-固连接的方式实现推力盘的制备。具体的工艺步骤及控制的技术参数为：

1、采用公知方法制备ST12合金粉末，主要化学成分为：碳：1.5%~1.7%；铬：30%~32%；钨：9~9.5%；钴：50%~60%，硅及其他不可避免的杂质小于等于0.25%；均为重量百分数。粉末粒度为45~180μm。

2、根据成品形状及尺寸设计热等静压所用包套；最大产品外径可达1080mm，合理的设计包套形状及尺寸为后续机加工节约大量的时间及费用；包套所用材料为低碳钢。

3、将镍基高温合金及不锈钢锻件固定在包套内部；为达到锻件两侧均匀覆盖耐磨层，需要锻件中心与包套中心一致；锻件材料为N06600。

4、采用钨极氩弧焊焊接包套；焊接工艺为电流80~200A，电压为8~20V，焊接速度为30~60mm/min。

5、采用氦检质谱仪进行检漏。

6、脱气保温温度为380~460℃，真空度为2×10^-3Pa，保温时间为2~20h。

7、热等静压工艺为温度1000~1300℃，压力90~130MPa，保温时间2~4.2小时。

8、采用机加工或酸洗方法去除包套。

9、采用机加工方法进行进一步精加工。

本发明的优点在于：

1、采用热等静压扩散连接方法制备核电用推力盘，耐磨层性能均匀，界面结合强度高，可达420～440MPA，耐磨层硬度可达55HRC及以上。

2、本发明能够降低工艺成本、提高生产效率。

3、可以代替堆焊，能够达到大尺寸部件耐磨层性能均匀、界面结合强度好，耐磨层界面实现冶金结合。

附图说明

图1为N06600与ST12界面金相图。

具体实施方式

实施例1：

1、采用公知方法制备ST12粉末，主要元素为碳1.6%，铬31%，钨9.15%，钴58%，硅0.25%。粉末粒度为45~180μm。

2、根据成品形状及尺寸设计热等静压所用包套；产品外径为238mm。

3、将镍基高温合金锻件N06600固定在包套内部；为达到锻件两侧均匀覆盖耐磨层，需要锻件中心与包套中心一致。

4、采用钨极氩弧焊焊接包套；焊接工艺为电流80A，电压为8V，焊接速度为30mm/min。

5、采用氦检质谱仪进行检漏。

6、脱气保温温度为380℃，真空度为2×10^-3Pa，保温时间为2小时。

7、热等静压工艺为温度1000℃，压力90MPa，保温时间2小时。

8、采用酸洗（65%硝酸溶液）去除包套，采用机加工方法进行精加工。

实施例2

本实施例与具体实施例1不同的步骤为步骤2：产品外径为600mm。步骤4：采用钨极氩弧焊焊接包套，焊接工艺为电流120A ，电压为15V，焊接速度为50mm/min。步骤六：脱气保温温度为400℃，脱气保温时间为15小时。步骤7：热等静压工艺为温度1129℃，压力99MPa，保温时间3.8小时。步骤8：采用机加工方法去除包套。其他与具体实施例1相同。

实施例3

本实施例与具体实施例1不同的步骤为步骤2：产品外径为960mm。步骤4：采用钨极氩弧焊焊接包套，电流为150A，电压为18V，焊接速度为55mm/min。步骤6：脱气保温温度为450℃，保温时间为20小时。步骤7：热等静压工艺为温度1134℃，压力100MPa，保温时间4小时。步骤8：采用机加工方法去除包套。其他与具体实施例1相同。

实施例4

本实施例与具体实施例1不同的步骤为步骤2：产品外径为1080mm。步骤4：采用钨极氩弧焊焊接包套，电流为200A，电压为20V，焊接速度为60mm/min。步骤6：脱气保温温度为460℃，脱气保温时间为20小时。步骤7：热等静压工艺为温度1300℃，压力130MPa，保温时间4.2小时。步骤8：采用机加工方法去除包套。其他与具体实施例一相同。

表1.工艺及性能

Claims

1.一种热等静压扩散连接制备核电用推力盘的方法，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数为：

（1）制备ST12合金粉末，化学成分为：碳：1.5%～1.7%；铬：30%～32%；钨：9～9.5%；钴：50%～60%，硅及其他不可避免的杂质小于等于0.25%，均为重量百分数；粉末粒度为45～180μm；

（2）根据成品形状及尺寸设计热等静压所用包套；最大产品外径为1080mm；

（3）将镍基高温合金及锻件固定在包套内部；为达到锻件两侧均匀覆盖耐磨层，锻件中心与包套中心一致；

（4）采用钨极氩弧焊焊接包套；焊接工艺为电流80～200A，电压为8～20V，焊接速度为30～60mm/min；

（5）采用氦检质谱仪进行检漏；

（6）脱气保温温度为380～460℃，真空度为2×10^-3Pa，保温时间为2～20h；

（7）热等静压工艺为温度1000～1300℃，压力90～130MPa，保温时间2～4.2小时；

（8）采用机加工或酸洗去除包套；

（9）采用机加工进行进一步精加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中的包套所用材料为低碳钢。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中锻件材料牌号为N06600。