CN105525228A - 一种核安全级316l不锈钢仪表管 - Google Patents

一种核安全级316l不锈钢仪表管 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种核安全级316L不锈钢仪表管，以圆管坯为原料，包括冷轧工序、固溶热处理工序和存储；冷轧工序包括开坯冷轧步骤、中间品冷轧步骤和成品冷轧步骤；开坯冷轧步骤的相对变形量为70%~75%，中间品冷轧步骤的相对变形量为65%~70%，成品冷轧步骤的相对变形量为60%~65%；固溶热处理工序的处理温度为1060℃~1080℃。产品尺寸精度、表面质量及综合性能达到较高水平，满足核级环境的长期安全服役要求，且生产效率以及合格率均保持较高水平。

Description

一种核安全级316L不锈钢仪表管
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，具体涉及一种核安全级316L不锈钢仪表管。
背景技术
大型先进压水堆核电是目前世界上核电主要发展方向，其代表堆型为我国引进美国西屋公司的AP1000核电技术以及我国自主设计的ACP1000核电技术。在目前在建AP1000核电站仪表测控系统中，大量核安全仪表组件使用316L不锈钢小口径仪表管，该产品也是第三代核电仪表核岛测量系统关键部件。此前AP1000堆型所有316L不锈钢仪表管均为进口。作为我国自主第三代核电示范工程，对关键材料和部件的国产化具有一定要求。
核安全级316L不锈钢小口径仪表管的规格为Φ9.53×1.65mm。该产品规格小，且对尺寸精度、表面质量、综合性能、无损检测等都具有极高的要求，与现有的316L不锈钢管产品的制备工艺相比，对制造过程中的冷加工、脱脂清洗、热处理、表面处理等工艺技术提出了较高要求。由于该产品此前均进口，国内尚未见核安全级316L不锈钢小口径仪表管的相关专利报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种综合性能使其满足核安全级别的一种核安全级316L不锈钢仪表管。
本发明的技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种核安全级316L不锈钢仪表管，以圆管坯为原料，包括冷轧工序、固溶热处理工序和存储；所述冷轧工序包括开坯冷轧步骤、中间品冷轧步骤和成品冷轧步骤；所述存储方式为吊装存储；所述开坯冷轧步骤的相对变形量为70%~75%，所述中间品冷轧步骤的相对变形量为65%~70%，所述成品冷轧步骤的相对变形量为60%~65%；所述固溶热处理工序的处理温度为1060℃~1080℃。
在本技术方案中，冷轧工艺采用了大变形开坯冷轧与小变形成品冷轧相配合的工艺方式。采用大变形开坯冷轧的方式，大变形开坯冷轧不仅有利于改善中间品表面质量，而且有利于充分破碎热挤压态晶粒组织，为后续组织均匀性控制奠定基础；中间品冷轧步骤进一步改善了表面质量和尺寸均匀性；最后通过小变形成品冷轧步骤，精确控制尺寸精度和表面质量。合理设置和分配冷轧道次中的变形量是成功制备核安全级316L不锈钢仪表管的关键，发明人经过长期的试验、研究发现，大变形开坯冷轧工艺与小变形成品冷轧工艺的配合，即70%~75%的开坯冷轧变形量、65%~70%的中间冷轧变形量和60%~65%的成品冷轧变形量，以使316L不锈钢仪表管满足核级环境长期服役的需求。
316L不锈钢的奥氏体特征，使其在加工过程中出现相对较高的强度和较强的加工硬化趋势，退火态管材室温屈服强度超过200MPa、抗拉强度超过500MPa，因而在现有的316L不锈钢管的制备中，开坯冷轧的变形量低于60%；为了制作小口径仪表管需达到的60%~75%的变形量至少需要两次中间退火，且现有的通过多道次冷轧制备的316L不锈钢管在加工精度、材料强度上无法满足核级的使用需求。因此本技术方案中大变形开坯冷轧工艺与小变形成品冷轧工艺的配合至少减少了一个变形道次，同时也有效减少了相应去油清洗、中间退火、矫直及平头尾等工序，不但提高了生产效率，还大降低了生产成本。
作为上述技术方案的优选，所述开坯冷轧步骤的送进量为2.0~4.0mm/次、轧制速度为60~80次/min；所述成品冷轧步骤的送进量为1.0~2.0mm/次、轧制速度为100~150次/min。
作为上述技术方案的优选，所述开坯冷轧步骤的孔型间隙为0.2~0.8mm、顶头间隙为0.5~2.0mm。
作为上述技术方案的优选，所述热处理工序为采用纯氢保护气氛光亮处理炉中进行的光亮热处理。
与普通热处理炉相比，辊底式光亮热处理炉具有稳定性好、均匀性好、工作效率高、工作环境友好等优点。
作为上述技术方案的优选，所述光亮热处理温度为1010~1080℃；所述光亮热处理控制退火速度为600~700mm/min；控制氢气流量≥50m3/h、控制氢气露点＜-40℃、控制微氧含量≤30ppm；所述光亮热处理后，冷却至室温，冷却方式为炉内风机冷却，炉内温度从900℃下降到500℃的时间≤3min。
发明人经过长期的试验、研究发现，1010~1080℃的处理温度可以在确保材料固溶充分的前提下，兼顾组织均匀、抗腐蚀性能强、力学性能强的使用需求。氢气流量和露点的合理控制可有效使管材内外表面不发生氧化变色。快速降温的工艺，可有效避免管材长时间处于高温环境中碳化物析出而造成腐蚀性能不合格的问题。
作为上述技术方案的优选，所述吊装存储采用U型吊装结构；所述U型吊装结构包括两个U型吊钩和平直载物部，所述平直载物部两端通过U型吊钩与机架连接；转运过程中单层排放，一端对齐。
在本技术方案中，与传统吊装方式相比，U型吊装方式避免了产品调运过程当时的碰撞、弯曲等现象，在转运过程中，仅放置一层316L不锈钢管材料，并保证一端对齐放置，确保了成品直线度不超过1.5mm/m，大大提高了产品的一次性合格率。
作为上述技术方案的优选，所述冷轧工序中使用的冷轧机芯棒设置有与润滑油配合用于防止芯棒磨损的高温防护套管；所述高温防护套管具有三层结构，与所述冷轧机芯棒接触的第一层和与所述圆管坯接触的第三层由高膨松性SiO2纤维制成，连接所述第一层和所述第三层的第二层是氧化铁红硅胶材料。
在现有冷轧生产中，钢管内腔的润滑是由内部包含润滑油管的芯棒来完成的，在使用中，会出现润滑油管密封结构破损的情况；在本技术方案中，通过使用高温防护套的设置，避免了上述情况的出现，稳定了冷轧机的工作性能，从而提高生产效率。
本发明所用的一种核安全级316L不锈钢仪表管其重量百分比组分要求如下：C：0.015%~0.040%，Si：≤0.5%，Mn：≤2.00%，P：0.02%~0.03%，S：0.005%~0.010%，Cr：16.00%~18.00%，Ni：12.00%~14.00%，Mo：2.00%~2.50%，Co：≤0.05%，余量为Fe。
作为上述技术方案的优选，一种核安全级316L不锈钢仪表管的重量百分比组分为：C：0.02%，Si：0.34%，Mn：1.51%，P：0.026%，S：0.006%，Cr：17.4%，Ni：13.1%，Mo：2.13%，Co：0.02%，余量为Fe。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
（1）通过合理分配变形工艺，优化冷轧工序的工艺参数，确保管材尺寸精度满足标准要求以及表面质量优良；
（2）通过大变形比提高了管材的性能，简化了冷轧工序的变形道次，提高了生产效率；
（3）通过制定合理的热处理工艺，确保其组织、力学性能、硬度、腐蚀性能等符合核安全使用要求；
（4）通过研制小口径精密管表面处理和防护技术，确保其表面质量满足核安全标准使用要求。
附图说明
图1是实施例1、2、3的U型吊装结构的示意图；
图2是实施例1、2、3的高温防护套管的示意图；
图中：1-U型吊钩，2-载物部，3-芯棒，4-高温防护套管，41-第一层，42-第二层，43-第三层。
具体实施方式
本具体实施例仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1：以316L不锈钢钢坯/钢锭为原材料，通过挤压形成荒管，精整后荒管的规格、尺寸偏差及直线度要求如表1所示。挤压荒管进行100%表面目视检测，要求：端部应平直、无毛刺，内外表面不允许有氧化皮、玻璃润滑剂颗粒及其它杂质，内外表面不允许存在欠酸、过酸、污渍和锈斑等现象。
表1.挤压荒管规格、尺寸偏差即直线度要求
冷轧工序工艺实施方案如表2所示。
表2.冷轧工艺实施方案
其中开坯冷轧送进量为3.0mm/n，轧制速度70次/分钟；成品冷轧进量为1.5mm/n，轧制速度为120次/分钟。冷轧管材尺寸及公差实际控制范围如表3所示，完全满足工艺控制要求和标准要求。
表3.冷轧尺寸公差控制
热处理工序工艺如表4所示。光亮炉共有五个加热区，其中1区为预热区，设置温度为1030℃；2~4区为保温区，设置温度为1080℃；5区为过渡区，设置温度为1030℃，进料速度为600mm/min。退火速度700mm/min；为确保内外表面不氧化变色，控制氢气流量为60m3/h，控制氢气露点-47℃，氢气微氧含量不超过15ppm。为确保快速冷却，采用风机冷却，从900~500℃的冷却时间仅为不超过1.5分种，避免了缓慢冷却过程中碳化物析出。
表4.热处理工艺
采用U型吊装结构对316L不锈钢仪表管进行吊装存储；其中U型吊装结构包括两个U型吊钩1和平直载物部2，且平直载物部两端通过U型吊钩与机架连接，使316L不锈钢仪表管产品可平直吊装与之前传统的吊装方式相比，避免了产品调运过程当时的碰撞、弯曲等现象，确保了成品直线度不超过1.5mm/m，大大提高了产品的一次性合格率。
用于仪表管的一种316L不锈钢管的重量百分比组分为：C：0.02%，Si：0.34%，Mn：1.51%，P：0.026%，S：0.006%，Cr：17.4%，Ni：13.1%，Mo：2.13%，Co：0.02%，余量为Fe。
实施例2：实施例2与实施例1的区别在于，开坯冷轧送进量为2.0mm/n，轧制速度60次/分钟；成品冷轧进量为2.0mm/n，轧制速度为150次/分钟。
光亮炉的五个加热区，其中1区设置温度为1010℃；2~4区设置温度为1060℃；5区为温度为1010℃，进料速度为600mm/min。控制氢气流量为50m3/h，控制氢气露点-40℃，氢气微氧含量不超过15ppm。从900~500℃的冷却时间仅为不超过3.0分种。
用于仪表管的一种316L不锈钢管的重量百分比组分为：C：0.015%，Si：0.5%，Mn：1.0%，P：0.03%，S：0.005%，Cr：18.0%，Ni：12.0%，Mo：2.5%，Co：0.05%，余量为Fe。
所述冷轧工序中使用的冷轧机芯棒设置有与润滑油配合用于防止芯棒磨损的高温防护套管4；所述高温防护套管具有三层结构，与所述冷轧机芯棒接触的第一层41和与所述圆管坯接触的第三层43由高膨松性SiO2纤维制成，连接所述第一层和所述第三层的第二层42是氧化铁红硅胶材料。
实施例3：实施例3与实施例1的区别在于，开坯冷轧送进量为4.0mm/n，轧制速度80次/分钟；成品冷轧进量为1.0mm/n，轧制速度为100次/分钟。
光亮炉的五个加热区，其中1区设置温度为1020℃；2~4区设置温度为1070℃；5区为温度为1020℃，进料速度为600mm/min。控制氢气流量为70m3/h，控制氢气露点-60℃，氢气微氧含量不超过15ppm。从900~500℃的冷却时间仅为不超过1.0分种。
用于仪表管的一种316L不锈钢管的重量百分比组分为：C：0.04%，Si：0.12%，Mn：2.0%，P：0.02%，S：0.010%，Cr：16.0%，Ni：14.0%，Mo：2.0%，Co：0.01%，余量为Fe。
对利用实施例1、实施例2和实施例3所述的工艺制备而成的一种核安全级316L不锈钢小口径仪表管进行检测，外观质量检测方法为：被检钢管表面光照度大于1000Lux；被检表面不得有影响检测和评价的任何异物；当被检验表面能以正常方式接近时，则应采用与表面大于30°的视角，于最大距离600mm处，进行检验；钢管内外表面都必须完好无损，不允许存在裂缝、折叠、龟裂、裂纹、轧折、离层和节痕等缺陷。对退火态成品取样检测，外观质量均符合要求。其他各项性能指标如下表5所示：
表5.核安全级316L不锈钢小口径仪表管综合性能
无损检测结果如下：
（1）超声波尺寸精度检测
采用CL15超声波测厚仪对直管外径、壁厚进行检测，直管的外径和公差为Φ9.53(0～+0.12)mm，直管的壁厚和公差为1.65(0～+0.33)mm，符合采购技术条件要求。
（2）超声波探伤
采用CTS-8006A型脉冲反射式超声波探伤仪或USIP40(JL-WSC5)脉冲反射式超声波检测设备按照ASMEBPVC进行内外表面的纵向和环向超声试验，标准试样矩形槽的深度0.1～1mm，宽度不大于1.6mm，长度不大于12.5mm。超声波探伤合格率超过95%。
（3）涡流探伤
采用MAC175数字涡流探伤仪按照ASMEBPVCNC-2554进行纵向和环向涡流试验，标准试样通孔的直径不大于1.5mm，切槽深度不大于0.1mm，宽不大于1.5mm，切槽长不大于25mm。涡流探伤合格率达到100%。
因此，本技术方案的工艺简单、生产效率高，其产品性能符合核安全级的使用要求。

Claims (7)

1.一种核安全级316L不锈钢仪表管，其特征在于，通过如下方法制得：以圆管坯为原料，包括热挤压、冷轧、脱脂清洗、固溶热处理、矫直、抛光、无损检测等工序；所述冷轧工序包括开坯冷轧步骤、中间品冷轧步骤和成品冷轧步骤；所述存储方式为吊装存储，所述开坯冷轧步骤的相对变形量为70%~75%，所述中间品冷轧步骤的相对变形量为65%~70%，所述成品冷轧步骤的相对变形量为60%~65%；所述固溶热处理工序的处理温度为1060℃~1080℃。
2.根据权利要求1所述的一种核安全级316L不锈钢仪表管，其特征在于：所述开坯冷轧步骤的送进量为2.0~4.0mm/次、轧制速度为60~80次/min；所述成品冷轧步骤的送进量为1.0~2.0mm/次、轧制速度为100~150次/min。
3.根据权利要求2所述的一种核安全级316L不锈钢仪表管，其特征在于：所述开坯冷轧步骤的孔型间隙为0.2~0.8mm、顶头间隙为0.5~2.0mm。
4.根据权利要求3所述的一种核安全级316L不锈钢仪表管，其特征在于：所述成品冷轧步骤控制外径精度±0.05mm、控制壁厚公差为0～+0.10mm。
5.根据权利要求1所述的一种核安全级316L不锈钢仪表管，其特征在于：所述固溶热处理工序为采用纯氢保护气氛光亮处理炉中进行的光亮热处理。
6.根据权利要求5所述的一种核安全级316L不锈钢仪表管，其特征在于：所述成品光亮热处理温度为1050~1100℃，进料速度为500~800mm/min，1050℃以上保温时间≥3min；控制氢气流量≥50m3/h、控制氢气露点＜-40℃、控制微氧含量≤30ppm；所述光亮热处理保温结束后，冷却方式为炉内风机冷却，管材温度从900℃下降到500℃的时间≤3min。
7.根据权利要求1所述的一种核安全级316L不锈钢仪表管，其特征在于：所述吊装存储采用U形吊装结构；所述U形吊装结构包括两个U形吊钩和平直载物部，所述平直载物部两端通过U形吊钩与机架连接；转运过程中单层排放，一端对齐。
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