CN103602917A - 压水堆核岛用磁控连接件的制造方法 - Google Patents

压水堆核岛用磁控连接件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀高强度磁控连接件的制造方法，包括如下步骤：A、按压水堆核岛用磁控连接件所含成分的重量百分比计算进行原料配制：C：0.12～0.125；Ti：0.61～0.62；Mn：1.05～1.15；Si：0.30～0.35；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.25～0.27；Mo：0.32～0.34；Ni：1.16～1.17；Nb：0.019～0.021；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020；其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％；B、将按前述配制的原料按冶炼顺序加入感应炉中冶炼；C、电渣重熔；D、锻造；E、热轧；F、淬火；G、回火；H、剥除钢棒表面氧化层。根据该方法制得的磁控连接件具有优良的耐腐蚀性、抗疲劳、抗蠕变性及可加工性能。

Description

压水堆核岛用磁控连接件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于核反应堆的紧急保护装置的制造方法。
背景技术
蒸汽发生器是压水堆核电站一回路和二回路的枢纽，是分割一回路和二回路的介质的屏障，是核电站关键设备之一，其主要作用是将一回路中水的热量传给二回路的水，使其汽化。由于一回路水流经堆芯而带有放射性，因而蒸汽发生器与压力容器和一回路管道共同构成防止放射性外溢的第二道屏障。在压水堆核电厂正常运行时，二回路应不受到一回路水的污染，是不具有放射性的。给水分配由一个环形孔管完成。借助于蒸汽发生器U形管束的隔板来保持管束的间距，而在隔板之间又通过拉杆固定。在8个抗震隔板上开有一些孔以让管子及水--蒸汽混合物通过。此外，隔板通过一些防止管束整体振动的楔子固定在管束围板上。同样，在管束的弧形段也设置了防振定位杆。
一台核电站需设置几台蒸汽发生器，内含数以万计的传热管，高温度压水在管束中流动，供给水沿着管子以垂直的方向流动，同时被加热，然后被汽化，蒸汽进入蒸汽轮机发电，与这些管子接触的流体会引起震动，需要用抗震隔板隔开防止管子损坏破裂，直致蒸汽发生器损坏。为有效防止隔离管板的震动，设置管板之间的磁控连接杆对核电站安全可靠运行起着关键作用。
蒸汽发生器的磁控连接杆是在高温、高压、强腐蚀环境下使用，对制造连接杆的耐高温强度、耐腐蚀性、抗疲劳、抗蠕变性及可加工性提出了严格要求，我厂生产的磁控连接件已用于国内多家核电站，得到用户的普遍好评，但性能仍不能完全满足生产需要，因此研发制造具有更优良的耐腐蚀性、抗疲劳、抗蠕变性及可加工性的磁控连接杆，对有效提高核电站的经济性和安全可靠性具有十分重要的意义。
发明内容
本发明提供一种用于压水堆核岛异常升温时紧急落棒、实现非能动停堆的磁控连接件，其可以克服现有技术的不足，具有优良的耐腐蚀性、抗疲劳、抗蠕变性及可加工性能。
本发明的磁控连接件，其抗拉强度890-1080MPa，屈服强度大于690MPa，伸长率大于25%，断面收缩率大于60%，布氏硬度268-335HB，0℃KV冲击值大于50J。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：一种耐腐蚀高强度磁控连接件的制备方法，包括如下步骤：
A、按压水堆核岛用磁控连接件所含成分的重量百分比计算进行原料配制：
C：0.12～0.125；Ti：0.61～0.62；Mn：1.05～1.15；Si：0.30～0.35；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.25～0.27；Mo：0.32～0.34；Ni：1.16～1.17；Nb：0.019～0.021；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020；其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％；
B、将按前述配制的原料按冶炼顺序加入感应炉中冶炼，熔清后温度1500℃～1580℃；其中脱氧造渣时的精炼温度：1550℃～1600℃，精炼时间大于40分钟，造白渣保持15分钟；
C、电渣重熔，电渣重熔温度：1520℃～1580℃、熔炼电压：55/60V；熔炼电流：5000/6000A；
D、锻造，开锻温度：1150℃，终锻温度≥950℃；
E、热轧，热轧温度1150℃，终轧温度≥950℃；
F、淬火，正火温度980℃～1050℃，淬水冷却；
G、回火，回火温度600℃～650℃，水冷却或空冷却；
H、剥除钢棒表面氧化层得到蒸汽发生器用连接杆成品。
Ti是一种在提高强度的同时不造成脆化的合金元素，Ti在钢中利用固溶强化和沉淀析出两种强化机制，提高了钢的耐蚀性和强度，同时也改善了焊接性、成型性与机加工性等。但含铜钢由于铜易在钢表面富集，使其在热轧或连铸过程中表面易形成裂纹。添加Ni可以提高钢中Ti在奥氏体中的溶解度，减少Ti在晶界析出，亦可提高在氧化皮/钢界面Ti析出物的熔化温度。这样可使钢表面的Ti富集层变为熔点超过1200℃的Ti-Ni富集层，达到避免含Ti钢表面裂纹的目的。在本钢种体系内，Ni/Ti≥1.6时，可以有效的避免Ti热脆的发生。因此Ti、Ni含量分别选择在0.55～0.65％、1.10～1.25％比较适宜。Cr会抑制FAC现象的发生，但Cr增加Ti热脆性倾向，因此其含量控制在0.20～0.30％较合适。核电用钢要达到高纯净度、低气体、低夹杂物含量的冶金质量要求，因此S、P、H、O、N含量较低。钢中五害元素As、Sn、Pb、Sb、Bi含量超过一定限度时，都会明显降低高温机械性能，增加钢的高温脆性，降低钢的强度和韧性，使钢变脆，而且As、Sn可以明显增加Ti热脆性倾向，因此需对As、Sn及五害元素含量进行限制。
采用本发明所设计的压水堆核岛用磁控连接件与现有技术相比，具有如下优点：
1．成分设计合理、成本低、使用安全可靠；
2．本蒸汽发生器用连接拉杆条材料其抗拉强度780-815MPa，屈服强度可达598MPa，伸长率18%，硬度230-260，收缩率52-75%，布氏硬度228-285HB，0℃冲击值大于42-80J。在1000℃高温下长期工作具有较高强度与耐腐蚀能力，其高温应力强度稳定；
3．因为加入了微量的稀土元素和采用了双联熔炼的特殊的制备工艺，确保材料具有优良的耐腐蚀性、抗疲劳、抗蠕变性及可加工性能；
4.本压水堆核岛用磁控连接件可替代进口，确保蒸汽发生器用连接拉杆运行的安全可靠性，有效延长核电站蒸汽发生器的使用寿命，降低成本，显著提高经济效益。为推进核电装备国产化有着十分重要意义。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，以下实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
一种压水堆核岛用磁控连接件，按重量百分比计算，所含成分如下：
C：0.10～0.15；Ti：0.55～0.65；Mn：0.90～1.20；Si：0.20～0.45；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.20～0.30；Mo：0.25～0.40；Ni：1.10～1.25；Nb：0.015～0.025；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％；
优选成分为C：0.12～0.125；Ti：0.61～0.62；Mn：1.05～1.15；Si：0.30～0.35；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.25～0.27；Mo：0.32～0.34；Ni：1.16～1.17；Nb：0.019～0.021；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020；
其中所述Si、Mn、Cr、Ni、Ti、Fe的纯度均大于99%，粒度均为20-50um;所述稀土Re为混合稀土金属，其纯度大于99%，块状60*100mm。
一种耐腐蚀高强度磁控连接件的制备方法，包括如下步骤：
A、按压水堆核岛用磁控连接件所含成分的重量百分比计算进行原料配制：C：0.10～0.15；Ti：0.55～0.65；Mn：0.90～1.20；Si：0.20～0.45；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.20～0.30；Mo：0.25～0.40；Ni：1.10～1.25；Nb：0.015～0.025；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％；
B、将按前述配制的原料按冶炼顺序加入感应炉中冶炼，熔清后温度；其中脱氧造渣时的精炼温度：1550℃～1600℃，精炼时间大于40分钟，造白渣保持15分钟；
C、电渣重熔，电渣重熔温度：1520℃～1580℃、熔炼电压：55/60V；熔炼电流：5000/6000A；
D、锻造，开锻温度：1150℃，终锻温度≥950℃；
E、热轧，热轧温度1150℃，终轧温度≥950℃；
F、淬火，正火温度980℃～1050℃，淬水冷却；
G、回火，回火温度600℃～650℃，水冷却或空冷却；
H、剥除钢棒表面氧化层得到蒸汽发生器连接杆成品。
本发明压水堆核岛用磁控连接件制备了16炉实施例，下面列出其中8个实施例的拉杆材料所含成分，其中含量按重量%计算：
第一炉：
C：0.12；Ti：0.61；Mn：1.10；Si：0.35；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.26；Mo：0.33；Ni：1.16；Nb：0.020；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020；
第二炉：
C：0.12；Ti：0.62；Mn：1.10；Si：0.35；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.27；Mo：0.32；Ni：1.16；Nb：0.020；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020；
第三炉：
C：0.125；Ti：0.61；Mn：1.15；Si：0.325；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.26；Mo：0.33；Ni：1.17；Nb：0.019；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020；
第四炉：
C：0.125；Ti：0.62；Mn：1.15；Si：0.325；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.26；Mo：0.34；Ni：1.16；Nb：0.021；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020；
第五炉：
C：0.13；Ti：0.59；Mn：1.15；Si：0.31；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.25；Mo：0.34；Ni：1.17；Nb：0.021；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020；
第六炉：
C：0.13；Ti：0.60；Mn：1.05；Si：0.32；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.25；Mo：0.34；Ni：1.17；Nb：0.021；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020；
第七炉：
C：0.12；Ti：0.59；Mn：1.05；Si：0.30；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.25；Mo：0.325；Ni：1.17；Nb：0.02；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020；
第八炉：
C：0.12；Ti：0.60；Mn：1.05；Si：0.33；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.25；Mo：0.325；Ni：1.16；Nb：0.02；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020。
上述八炉实施例其制备方法均为：选用超低碳的纯铁，按照本发明八炉实施例设计成分配料，采用双联冶炼方法工艺，其中感应炉冶炼脱氧造渣时的精炼温度：1575℃，精炼时间为60分钟,白渣保持15分钟→电渣重熔，精炼温度：1575℃、熔炼电压：55/60V；熔炼电流：5000/6000A→锻造，开锻温度：1150℃，终锻温度：1000℃→热轧，热轧温度：1150℃、终轧温度：1000℃→淬火，正火温度：1005℃,淬水冷却→回火，回火温度625℃，水冷却或空气冷却。
以上1-8炉的实施例所设计制备的核电站蒸汽发生器用拉杆条材料已经批量供给使用并得到认可，经有关部门对其成分、综合力学性能进行了检测、试验，检测报告如下：
一．东方电气（南京）重型机器有限公司质量理化计量室
材料类别：压水堆核岛用磁控连接件材料。
样品名称：本发明
实施例1-8炉，每炉1支，退火，规格：ф10mm，
检验依据：NPC-44300-JT116 Rev:C；
技术条件：NPC-44300-JT116 Rev:C；
试验温度：室温，
1.力学性能试验
Figure BDA0000402612620000091
2．金相检验
Figure BDA0000402612620000092
通过以上1-8炉的实施例，尤其实施例1～4的力学性能检测，本发明所设计的压水堆核岛蒸汽发生器连接杆具有成分设计合理、成本低、制造工艺稳定，具有优良的耐腐蚀性、抗疲劳、抗蠕变性及可加工性能，确保使用安全可靠。对提高生产效率，有效延长核电站蒸汽发生器的使用寿命，降低生产成本具有十分重要的经济意义。
从以上对本发明的描述可明显得知，本发明可以以许多形态来进行变化。而这些变化将不能被认为超过了本发明的技术思想和范围。并且，对于本领域技术人员而言，这些显而易见的变型方式都包括在本发明保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种耐腐蚀高强度磁控连接件的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、按压水堆核岛用磁控连接件所含成分的重量百分比计算进行原料配制：
C：0.12～0.125；Ti：0.61～0.62；Mn：1.05～1.15；Si：0.30～0.35；P≤0.015；S≤0.005；Cr：0.25～0.27；Mo：0.32～0.34；Ni：1.16～1.17；Nb：0.019～0.021；Al≤0.02；N≤0.008；H≤0.0002；O≤0.003；As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.020；其余为Fe及不可避免的杂质；
B、将按前述配制的原料按冶炼顺，加料顺序为
C-Fe-Ni-Cr-Si-Mn-Re加入感应炉中冶炼，熔清后温度控制在1520℃～1580℃；精炼温度：1550℃～1600℃，精炼时间大于40分钟，造白渣保持15分钟；
C、电渣重熔，电渣重熔温度：1520℃～1580℃、熔炼电压：55/60V；熔炼电流：5000/6000A；
D、锻造，开锻温度：1150℃，终锻温度≥950℃；
E、热轧，热轧温度1150℃，终轧温度≥950℃；
F、淬火，正火温度980℃～1050℃，淬水冷却；
G、回火，回火温度600℃～650℃，水冷却或空冷却；
H、剥除最终形成的钢棒表面氧化层得到蒸汽发生器用连接杆成品。
2.根据权利要求1所述的压水堆核岛用磁控连接件,其特征在于：其中所述Mn、Si、Cr、Ni、Fe的纯度均大于99%，粒度均为20-50um。
3.根据权利要求1或2所述的压水堆核岛用磁控连接件,其特征在于：其抗拉强度890-1080MPa，屈服强度大于690MPa。
4.根据权利要求1或2所述的压水堆核岛用磁控连接件,其特征在于：其伸长率大于25%，断面收缩率大于60%。
5.根据权利要求1或2所述的压水堆核岛用磁控连接件,其特征在于：其布氏硬度268-335HB，0℃KV冲击值大于50J。
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