CN104588591B - 制造一种核电站用安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳产品 - Google Patents

Abstract

制造一种核电站用安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳产品，采用中频炉+VOD双联法冶炼、得含气量低、成分均匀高纯度钢水；用工艺分析系统设计获得工艺参数，泵壳流道内用铬铁矿砂，铬铁矿砂的外层呋喃树脂砂铸造保证流道内光滑、平整；用卡板来确保组芯、下芯的准确，使流道尺寸公差满足要求；通过工艺性试验调整热处理工艺参数，在进炉温度、升温速率、保温温度、淬火温度及淬火转移时间进行控制，经两次回火，解决了冲击性能低、硬度高的难题。解决了以往铸件产品气孔缺陷多、表面粘砂严重、流道尺寸精度差、力学性能较差的难题，获得尺寸精度高，工艺缺陷少、内部组织致密，流道内腔无粘砂、耐腐蚀的马氏体不锈钢泵壳铸件。

Description

制造一种核电站用安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳产品

技术领域

本发明涉及一种离心泵的制造领域，特别涉及制造一种核电站用喷淋泵马氏体不锈钢泵壳产品。

背景技术

安全壳喷淋泵是核电站重要的安全设备之一，是安全注入系统的构成部分，是重要的核二级泵，主要功能是在反应堆冷却剂失水事故和安全壳内蒸汽管线破裂或给水管线破裂时进行安全注入。泵壳是安全壳喷淋泵的主要部件之一，起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便由高速旋转的叶轮吸入和高压压出液体。

目前安全壳喷淋泵泵壳材料使用的法国RCC-M标准中Z5CND13-04牌号，此种材料属于马氏体不锈钢，强度较高、耐腐蚀性能较好，但气体敏感性高，极易产生气孔缺陷。传统的中频炉熔炼方法，产品容易出现气孔、氧化夹杂等缺陷。传统铸造工艺采用石英树脂砂造型，出现产品粘砂严重，流道尺寸精度差等问题。为克服上述缺陷特设计了本产品的工艺制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供制造一种核电站用安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳产品，该产品的制造工艺方法包括以下步骤：按泵壳材料，采用中频炉+VOD双联法的冶炼工艺控制铸件N、H、O气体含量；使用工艺分析系统CAE/InterCAST、计算机三维设计模拟在浇注温度、冒口大小、浇注系统不同的情况下铸件补缩、尺寸收缩情况，获得最佳工艺参数；泵壳流道内用铬铁矿砂，在铬铁矿砂的外层为呋喃树脂砂铸造保证流道内光滑、平整；为保证组芯、下芯因人操作而不出现偏差，通过设计制作卡板的方法来确保组芯、下芯的准确性，使流道尺寸公差满足要求；通过工艺性试验不断调整热处理工艺参数，在进炉温度、升温速率、保温温度、淬火温度及淬火转移时间、淬火介质进行严格控制，来解决冲击性能低、硬度高的难题。

采用本发明的技术方案的有益效果：提供了一种具有尺寸精度高，工艺缺陷少、内部组织致密，流道内腔无粘砂、耐腐蚀，运行可靠，功效高的马氏体不锈钢泵壳铸件的制造工艺方法。解决了传统工艺生产的产品冲击性能低、硬度高的难题。

具体实施方式

本发明所述的制造一种核电站用安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳产品的具体实施方式：

下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明。本发明的制造工艺步骤由冶炼、铸造、热处理阶段所构成。以下对本发明的核电站用喷淋泵马氏体不锈钢泵壳制造工艺方法作进一步详述。本发明的核电站用安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳采用冶炼、铸造、热处理工艺与常规的芯盒制备、配砂造型、浇注、清砂、去除浇冒口等工艺相结合，并考虑到喷淋泵马氏体不锈钢泵壳尺寸精度要求高、流道结构复杂、狭窄等特点，采用法国RCC-M标准中Z5CND13-04材质为本发明实施例，对本发明的核电站用安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳铸造工艺进行详述。

本发明熔炼工艺采用中频炉+VOD熔炼的工艺方法，将精确计算后的炉料和合金经高温烘烤后，利用中频炉交流电感应的作用，熔化金属炉料，当钢液温度达到1600℃后，将钢液转移到VOD炉中进行真空吹氧气脱碳。通过控制氧枪高度、氧气压力、氩气流量等工艺参数，使得钢水含碳量低于0.03%、含气量不超过200ppm。并且氧化烧损低，钢水纯净度高。

本发明安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳铸造工艺是上、中、下模具置于预制的上、 中、下砂箱内，再用树脂砂和铬矿砂复制成上、中、下铸型和砂芯，造型后的铸型则自然产生在模具的分模面上，将砂芯置于铸型内后，采用自制卡板工具控制砂芯落位是否准确，然后将上、中、下铸型合箱，而构成整个铸型，铸型和砂芯组成的型腔成为金属填充本发明整体安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳铸件的型腔。

为避免本发明的内型腔在高温下不被粘砂、烧结，根据内腔的形状，严格采用铬矿砂制备砂芯表面，（在铬铁矿砂的外层为呋喃树脂砂）泵壳流道内用铬铁矿砂,再填入树脂砂，脱模后即与预制的铬矿砂芯自然地组合成整体砂芯。

本发明在整体铸造安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳时必须严格地控制金属液浇注后的凝固顺序，因此在上箱端面处共设置3个100×200（mm）的腰形冒口、中间铸型中心位置设置一个Φ140mm圆冒口、底部铸型外圆十周均布8个Φ100mm圆冒口，能使金属液能自上而下地朝着冒口方向有序地凝固。从而达到本发明的安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳铸件在整个凝固结晶过程中都能获得金属液的补缩，以及铸件内的缩孔和缩松都最后被引入冒口内。清理铸件时，除去浇注系统和冒口后，即获得致密而完整的泵壳铸件。

为强化本发明的安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳铸件有序凝固的方向，在下箱部位都摆放了具有激冷作用的碳钢或不锈钢等材料制成的外冷体。由于外冷体的蓄热系数大于型砂的蓄热系数，金属液浇注后，在外冷体的激冷作用下，下箱的金属液必然早于其它部位的金属液先冷却。当下箱面凝固时，其所需补缩的金属液会得到上部未凝固的金属液不断地补充，使本发明的安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳铸件能自下而上地顺序凝固，从而达到冒口晚于铸件凝固的目的。

本发明的下箱面底端设置有呈环形分布高梯形内浇道，它避开外冷体的激冷处而紧贴于铸件底面，不仅能有效地分散热量，而且将激冷处的热影响降低到最低限度，从而达到金属液浇注平稳、无飞溅、氧化和避免冲刷铸型的目的。

所述的热处理工艺方法，将整理好的铸件经过在1000～1050℃范围内保温3～6小时后空冷至冷到100℃以内，经两次回火，可保证抗拉强度不降低的情况下，提高冲击性能，降低表面硬度，防止产生淬火裂纹及热处理缺陷。

本发明的横浇道与预埋在铸型一侧的直径为60mm的陶瓷材料制成的直浇道连通，内浇道的截面积为直浇道的1.2～1.5倍，浇注的金属液经直浇道进入横浇道，再经内浇道进入型腔进行底浇，从而均匀地分散金属液的热量，减少对砂芯的热影响。

本发明的金属液由下至上到达冒口的顶部时浇注完毕，为加强冒口的补缩作用，在浇注完毕后即向每个冒口内加入300g铸造用发热剂，以延长冒口凝固时间，有利于本发明整个凝固过程中能不断地得到金属液的补充。最后，待铸件全部凝固并冷却后打开砂箱，经清砂、去除浇冒口后进行热处理，而获得本发明的安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳铸件。

Claims (1)

1. 制造一种核电站用安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳的方法，其冶炼、铸造、热处理工艺方法采用新的与常规的芯盒制备、配砂造型、浇注、清砂、去除浇冒口工艺相结合，其特征在于：制造工艺步骤包括冶炼、铸造、热处理阶段，制造该核电站用安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳的尺寸精度要求高、且流道结构复杂而狭窄的特点，采用法国RCC-M标准中Z5CND13-04材质；

1.0）、熔炼工艺采用中频炉+VOD熔炼的工艺方法，将精确计算的炉料和合金经高温烘烤后，利用中频炉交流电感应，熔化金属炉料，钢液温度达到1600℃后，将钢液转移到VOD炉中进行真空吹氧气脱碳，通过控制氧枪高度、氧气压力、氧气流量，控制钢液中的N、H、0含量，使钢水含碳量低于0.03%、含气量不超过200ppm，使氧化烧损低，钢水纯净；

2.0）、安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳铸造工艺方法是：上、中、下模具置于预制的上、 中、下砂箱内，再用树脂砂和铬矿砂复制成上、中、下铸型和砂芯，造型后的铸型则自然产生在模具的分模面上，将砂芯置于铸型内后，采用自制卡板控制砂芯落位准确后将上、中、下铸型合箱构成整个铸型，铸型和砂芯组成的型腔成为金属填充整体为安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳铸件的型腔；

2.1）、为避免内型腔在高温下不被粘砂、烧结，根据内腔的形状，严格采用铬矿砂制备砂芯表面，即在铬铁矿砂的外层再填入呋喃树脂砂，脱模后即与预制的铬矿砂芯自然地组合成整体砂芯；

2.2）、在整体铸造该安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳时，严格控制金属液浇注后的凝固顺序，因此在上箱端面处共设置3个100mm×200mm的腰形冒口、中间铸型中心位置设置一个Φ140mm圆冒口、底部铸型外圆周均布8个Φ100mm圆冒口，能使金属液能自上而下地朝着冒口方向有序地凝固；达到本安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳铸件在整个凝固结晶过程中都能获得金属液的补缩，以及铸件内的缩孔和缩松都最后被引入冒口内；清理铸件时，除去浇注系统和冒口后，获得致密而完整的泵壳铸件；

2.3）、本安全壳喷淋泵马氏体不锈钢泵壳铸件有序凝固的方向，在下箱部位都摆放了具有激冷的碳钢或不锈钢材料制成的外冷体；金属液浇注后，在外冷体的激冷下，下箱的金属液早于其它部位的金属液先冷却；下箱面凝固时，其所需补缩的金属液会得到上部未凝固金属液不断地补充，使本泵壳铸件能自下而上的顺序凝固，达到冒口晚于铸件凝固；

2.4）、下箱面底端设置有呈环形分布高梯形内浇道，它避开外冷体的激冷处而紧贴于铸件底面，能有效地分散热量，且将激冷处的热影响降到最低，达到金属液浇注平稳、无飞溅、氧化和避免冲刷铸型；

2.5）、横浇道与预埋在铸型一侧的直径为60mm陶瓷材料制成的直浇道连通，内浇道截面积为直浇道的1.2～1.5倍，浇注金属液经直浇道进入横浇道，再经内浇道进入型腔进行底浇，均匀分散金属液热量，减少对砂芯的热影响；

2.6）、金属液由下至上到达冒口顶部时为浇注完毕，浇注完后向每个冒口内加入300g铸造用发热剂，延长冒口凝固时间，有利本泵壳铸件整个凝固过程中能不断得到金属液的补充，待铸件全部凝固并冷却后打开砂箱，经清砂、去除浇冒口后进行热处理，获得本泵壳铸件产品；

3.0）、热处理工艺方法，将整理好的铸件经过1000～1050℃保温3～6小时，空冷至100℃以内，经两次回火，能保证抗拉强度不降低，提高抗冲击性能，降低表面硬度，防止产生淬火裂纹及热处理缺陷。