CN105603332A - 一种iter项目pf导体用方圆管 - Google Patents

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Abstract

一种ITER项目PF导体用方圆管，属于冶金行业奥氏体异型不锈钢无缝管的制造方法领域。本发明包括用初级管坯制成的管体，所述的初级管坯中C的质量≤0.03%，Si的质量≤0.75%，Mn的质量≤2.00%，P的质量≤0.03%，S的质量≤0.01%，Cr的质量为16.00%~18.0%，Ni的质量为11.00%~14.0%，Mo的质量为2.0%~3.0%，Co的质量≤0.1%。本发明利用热挤压方式管材成型，通过冷加工变形调整，其成品性能、尺寸及表面质量完全满足IPP100416A？PF导管技术条件要求，产品质量优异，特别是低温性能。

Description

一种ITER项目PF导体用方圆管
技术领域
本发明属于冶金行业奥氏体异型不锈钢无缝管的制造方法领域，尤其涉及一种ITER项目PF导体用方圆管。
背景技术
“人造太阳”项目，既国际热核实验堆计划（简称ITER），是当今世界最大的科学工程国际科技合作计划，由中国、欧盟、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国七方于06年启动，逐年稳步推进。我国主要负责该项目中69%的PF导体，8%的TR导体及全部CC导体制作任务，其中，PF导体采用改进316L不锈钢异形管，总量达1000吨以上。
在ITER项目中PF导体外需要使用铠甲保护，所以需要制作一种可以用于ITER项目的方圆管去作为PF导体的铠甲。
发明内容
针对现有技术的不足之处本发明提供一种ITER项目PF导体用方圆管，本发明可以便于ITER中对PF导体进行试验的方圆管。
本发明的技术方案是提供一种ITER项目PF导体用方圆管，包括用初级管坯制成的管体，所述的初级管坯中C的质量≤0.03%，Si的质量≤0.75%，Mn的质量≤2.00%，P的质量≤0.03%，S的质量≤0.01%，Cr的质量为16.00%~18.0%，Ni的质量为11.00%~14.0%，Mo的质量为2.0%~3.0%，Co的质量≤0.1%。
作为本发明的优选，该方圆管的制造方法包括对初级管坯的以下六个加工步骤，
步骤一，管坯准备，将所述初级管坯按照规格要求进行钻孔，加工出内孔，在所述初级管坯的所述内孔端口进行内倒角加工以及在所述管坯的端口外侧进行外倒角加工，用以形成二级管坯；
步骤二，管坯扩孔，将所述二级管坯在环形天然气炉中进行预热并进行一次感应炉加热，使所述二级管坯达到扩孔所需的温度后进行扩孔；
步骤三，管坯热挤压加工，，将扩孔后管坯进行二次感应加热，加热至挤压所需的温度，将扩孔后管坯通过挤压机挤压至径向截面的外轮廓的相对边互相平行，横向截面外方内圆，圆心通孔为Ф70×10mm的初级成型管；
步骤四，初精整处理，将所述初级成型管进行矫直修磨以加工成二级成型管；
步骤五，管坯冷拔加工，将所述的二级成型管进第一次冷拔处理，将所述二级成型管冷拔加工成Ф62×9mm，然后进行去油、固溶、矫直、酸洗以及修磨后进行第二次冷拔处理，将所述二级成型管最终冷拔加工成Ф54.2×8.1mm，然后进行去油、固溶以及矫直加工成最终成型管；
步骤六，后续处理，对成型管进行酸洗，得到最终成品。
作为本发明的优选，所述的初级管坯的Co元素含量≤0.1%。
作为本发明的优选，所述的初级管坯的的圆角为R6~8mm。
作为本发明的优选，所述的步骤一中，所述内孔的直径为38mm。
作为本发明的优选，所述的步骤二中，所述一次感应炉加工为使所述二级管坯达到扩孔所述的温度的加工工艺，所述二次感应炉加工为使所述二级管坯达到挤压所述的温度的加工工艺，所述一次感应炉加工中将所述二级管坯加热至1170-1200℃左右送扩孔机扩孔，所述二次感应炉加工中将所述二级管坯加热至1180-1210℃左右送挤压机挤压生产。
作为本发明的优选，所述步骤三中，所述初级成型管的径向截面的外轮廓的相对边互相平行，相邻边互相垂直。
作为本发明的优选，所述的步骤四包括酸洗工艺，所述的酸洗工艺为使用清洗酸去除所述初级成型管在挤压后表面残留的玻璃粉及氧化皮,所述的清洗酸中氢氟酸含量为5%-8%，硝酸含量为10%-15%。
作为本发明的优选，所述的步骤四还包括矫直工艺，所述矫直工艺为将所述初级成型管的扭曲部分矫直。
作为本发明的优选，所述的步骤四还包括镗孔工艺，所述镗孔工艺为对所述初级成型管的所述内孔表面进行镗孔以去除内表面的折皱、裂纹等缺陷，提高内表面的光洁度。
本发明具有以下有益效果：
本发明利用热挤压方式管材成型，通过冷加工变形调整，其成品性能、尺寸及表面质量完全满足IPP100416APF导管技术条件要求，产品质量优异，特别是低温性能。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
本发明的实施例包括用初级管坯制成的管体，所述的初级管坯中C的质量≤0.03%，Si的质量≤0.75%，Mn的质量≤2.00%，P的质量≤0.03%，S的质量≤0.01%，Cr的质量为16.00%~18.0%，Ni的质量为11.00%~14.0%，Mo的质量为2.0%~3.0%，Co的质量≤0.1%。
本发明的大体流程经过以下步骤：通过挤压工艺获得方圆管管坯；此方圆管坯圆弧按照R6-8mm控制，便于后续成品加工；通过内镗孔提高管坯的内孔粗糙度；通过方圆管矫直机将弯曲的内圆外方管子进行矫直。
316LPF管是在低温环境下使用，由于是外方内圆，加工存在一定的难度，本发明针对其使用条件和特点，在以下几方面进行了工艺调整：
1）荒管制造工艺难，由于此管为外方内圆，挤压模具需要特别制作了，而且只有挤压才能开坯荒管，我公司荒管加工采用热挤压工艺，解决了外方内圆的异型管的开坯。
2）热处理技术：热处理工艺能对材料的力学性能，晶间腐蚀，铁素体含量有重要影响，公司有成熟的热处理技术，热处理工艺见表，采用辊底式不锈钢连续固溶炉，采用计算机PLC控制准确控制温度和辊速，配合成熟的工艺技术，可以有效保证材料性能、晶间腐蚀、4.2K低温性能。
本发明的具体实施例需要对初级管坯的以下四个加工步骤：
步骤一，管坯准备—按照管子规格，钻成35mm的内孔，倒好内外倒角，具体步骤为将初级管坯按照规格要求进行钻孔，加工出内孔，加工内孔时采用钻孔偏心度≤1mm，钻孔应为35mm通孔，且内孔不允许有铁屑存在，钻孔表面粗糙度≤2.5mm，表面粗糙度≤2.5μm，在初级管坯的内孔端口进行内倒角加工以及在管坯的端口外侧进行外倒角加工，内倒角直径控制在65+3mm，外倒角角度35度，管坯加工质量要求，对影响产品质量的各种表面缺陷如裂纹、车刀纹、辊印、压坑、折叠等应完全清除，清除处必须圆滑，修磨部分与未修磨部分过渡应平滑，清除宽度应大于深度的5倍，管坯修磨后应避免产生粗砂轮印缺陷，最后加工形成二级管坯。
步骤二，管坯热处理—环形炉对管坯加热至预热所需的温度，一次感应炉加热至扩孔所需的温度，二次感应炉加热至挤压所需的温度，具体步骤为对初级管坯进环形炉前应在清洗机中清洗干净，然后再环形炉预热800-850℃，保温2-4小时，管坯出炉应温度均匀，无阴阳面，然后将二级管坯进行一次感应炉加工以及二次感应炉加热，使二级管坯分别达到扩孔所需的温度后进行扩孔，然后加热至挤压所需的温度，其中一次感应炉加工为使二级管坯达到扩孔温度的加工工艺，二次感应炉加工为使二级管坯达到挤压温度的加工工艺，一次感应炉加工中将二级管坯加热至1170-1200℃左右送穿孔机扩孔，二次感应炉加工中将二级管坯加热至1180-1210℃左右送挤压机挤压生产。
钢种 中间品热处理 成品热处理 冷却方式 备注
316L 1080~1100℃ 1060~1080℃ 水冷 辊速按照壁厚确定
步骤三，管坯冷拔加工，由挤压机对管坯进行挤压，变成外方内圆的毛管，由于毛管内外表、弯曲度、内表光洁度达不到后续冷加工的要求，需对挤压后的毛管进行后续处理，具体步骤为将二级管坯通过挤压机挤压至径向截面的外轮廓的相对边互相平行，中心为圆心通孔的初级成型管，其中初级成型管的径向截面的外轮廓的相对边互相平行，相邻边互相垂直的形状是最为优选。
步骤四，后续加工，具体步骤为将初级成型管进行矫正修补以加工成最终成型管，其中步骤四包括酸洗工艺、矫正工艺以及镗孔工艺。
酸洗工艺为使用清洗酸去除初级成型管在挤压后表面残留的玻璃粉及氧化皮，清洗酸中氢氟酸含量为5%-8%，硝酸含量为10%-15%，在酸洗时将水温加热至40-60℃，酸洗2-4小时，吊出用清水冲洗干净。
矫正工艺为将初级成型管的扭曲部分通过方圆管矫直机矫直，弯曲度控制在1mm/m，全长弯曲度控制在3mm以内。
镗孔工艺为对初级成型管的内孔表面进行镗孔以去除内表面的折皱、裂纹等缺陷，提高内表面的光洁度。。
步骤五，管坯冷拔加工，将所述的二级成型管进第一次冷拔处理，将所述二级成型管冷拔加工成Ф62×9mm，然后进行去油、固溶、矫直、酸洗以及修磨后进行第二次冷拔处理，将所述二级成型管最终冷拔加工成Ф54.2×8.1mm，然后进行去油、固溶以及矫直加工成最终成型管；
钢种 圆钢规格 挤压规格 道次一 道次二
316L Ф204mm Ф70×10mm Ф62×9mm Ф54.2*8.1mm
步骤六，后续处理，对成型管进行酸洗，得到最终成品。
本发明中的热挤压，加热和挤压是整个热加工控制的重点，合理的加热温度、挤压变形量和变形速度以提高成品的力学性能。因此加热时严格控制加热温度满足工艺规定，保证管坯加热温度均匀，同时准确控制挤压速度，优化挤压润滑条件和工具。
本发明中的冷拔，PF导管的表面质量要求相当严格，是保证核聚变装置能否正常运行的关键，因为导管内部通超导电缆，外面形成强磁场在控制1亿度的温度一旦表面有问题就导致磁场线分布有问题，难以控制高温，因此表面质量、尺寸精度和强度必须保证，为了保证成品表面质量和尺寸精度，冷拔出后必须保证头、中、尾三点进行测量以用来保证尺寸精度，选用优质拔制润滑油，在管子出来时在管体上套皮圈来减少管体间的碰撞，以用来保证管体的表面质量，确保最终产品的质量。
本发明主要使用的工艺参数如下：
润滑剂：扩孔时使用GN26内涂粉，/7外涂粉、挤压时使用GN26内涂粉，/7外涂粉，HDK-27玻璃饼；
扩孔前，用加热的坯料放置在扩孔筒内，对扩孔筒进行预热，预热温度200-300℃；
坯料直径控制在204+0.5mm范围内，能够顺利放入穿孔筒内，扩孔后内外表面应光洁，均匀；
芯棒使用前应进行预热，预热温度250-450℃，冷挤压筒使用前应进行预热，预热温度200-350℃；
使用尺寸合适的玻璃饼（规格φ90/215）；
本发明的实施例中初级管坯采用316L钢种，初级管坯中加入Co元素，Co元素含量≤0.1%，C元素含量≤0.03%，Si元素含量≤0.75%，Mn元素含量≤2.00%，P元素含量≤0.03%，S元素含量≤0.01%，Cr元素含量为16.00%~18.00%，Ni元素含量为11.00%~14.00%，Mo元素含量为2.00%~3.00%，该配方中的各元素比例有助于形成易于冷加工的方圆管。初级管坯的的圆角为R6~8mm之间的任意参数，具体根据实际需求而定。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种ITER项目PF导体用方圆管，其特征在于：包括用初级管坯制成的管体，所述的初级管坯中C的质量≤0.03%，Si的质量≤0.75%，Mn的质量≤2.00%，P的质量≤0.03%，S的质量≤0.01%，Cr的质量为16.00%~18.0%，Ni的质量为11.00%~14.0%，Mo的质量为2.0%~3.0%，Co的质量≤0.1%。
2.根据权利要求1所述的一种ITER项目PF导体用方圆管，其特征在于：该方圆管的制造方法包括对初级管坯的以下六个加工步骤，
步骤一，管坯准备，将所述初级管坯按照规格要求进行钻孔，加工出内孔，在所述初级管坯的所述内孔端口进行内倒角加工以及在所述管坯的端口外侧进行外倒角加工，用以形成二级管坯；
步骤二，管坯扩孔，将所述二级管坯在环形天然气炉中进行预热并进行一次感应炉加热，使所述二级管坯达到扩孔所需的温度后进行扩孔；
步骤三，管坯热挤压加工，，将扩孔后管坯进行二次感应加热，加热至挤压所需的温度，将扩孔后管坯通过挤压机挤压至径向截面的外轮廓的相对边互相平行，横向截面外方内圆，圆心通孔为Ф70×10mm的初级成型管；
步骤四，初精整处理，将所述初级成型管进行矫直修磨以加工成二级成型管；
步骤五，管坯冷拔加工，将所述的二级成型管进第一次冷拔处理，将所述二级成型管冷拔加工成Ф62×9mm，然后进行去油、固溶、矫直、酸洗以及修磨后进行第二次冷拔处理，将所述二级成型管最终冷拔加工成Ф54.2×8.1mm，然后进行去油、固溶以及矫直加工成最终成型管；
步骤六，后续处理，对成型管进行酸洗，得到最终成品。
3.根据权利要求2所述的一种ITER项目PF导体用方圆管，其特征在于：所述的初级管坯的Co元素含量≤0.1%。
4.根据权利要求2所述的一种ITER项目PF导体用方圆管，其特征在于：所述的初级管坯的的圆角为R6~8mm。
5.根据权利要求2所述的一种ITER项目PF导体用方圆管，其特征在于：所述的步骤一中，所述内孔的直径为38mm。
6.根据权利要求2所述的一种ITER项目PF导体用方圆管，其特征在于：所述的步骤二中，所述一次感应炉加工为使所述二级管坯达到扩孔所述的温度的加工工艺，所述二次感应炉加工为使所述二级管坯达到挤压所述的温度的加工工艺，所述一次感应炉加工中将所述二级管坯加热至1170-1200℃左右送扩孔机扩孔，所述二次感应炉加工中将所述二级管坯加热至1180-1210℃左右送挤压机挤压生产。
7.根据权利要求2所述的一种ITER项目PF导体用方圆管，其特征在于：所述步骤三中，所述初级成型管的径向截面的外轮廓的相对边互相平行，相邻边互相垂直。
8.根据权利要求2所述的一种ITER项目PF导体用方圆管，其特征在于：所述的步骤四包括酸洗工艺，所述的酸洗工艺为使用清洗酸去除所述初级成型管在挤压后表面残留的玻璃粉及氧化皮,所述的清洗酸中氢氟酸含量为5%-8%，硝酸含量为10%-15%。
9.根据权利要求8所述的一种ITER项目PF导体用方圆管，其特征在于：所述的步骤四还包括矫直工艺，所述矫直工艺为将所述初级成型管的扭曲部分矫直。
10.根据权利要求9所述的一种ITER项目PF导体用方圆管，其特征在于：所述的步骤四还包括镗孔工艺，所述镗孔工艺为对所述初级成型管的所述内孔表面进行镗孔以去除内表面的折皱、裂纹等缺陷，提高内表面的光洁度。
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