CN105935861A - 一种核电用高强塑性奥氏体不锈钢帽螺钉锻件的制备方法 - Google Patents

一种核电用高强塑性奥氏体不锈钢帽螺钉锻件的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种核电用高强塑性奥氏体不锈钢帽螺钉锻件的制备方法,有以下步骤:(1)熔炼,控制ASME SA‑479 316材料电渣用母材电极的成分及电渣钢锭尺寸;(2)锻造,控制锻造始锻温度和终锻温度;(3)固溶处理,控制固溶处理条件及升温速度,固溶处理完成后对坯料进行机加工处理;(4)进行冷变形处理,控制变形后的尺寸和变形量;(5)进行热处理,控制热处理温度和保温时间及升温速度,热处理完成后,机加工成帽螺钉锻件交货尺寸。本方法获得的帽螺钉锻件抗拉强度在699MPa以上,甚至达到751MPa,屈服强度达到509MPa以上,延伸率达到40%以上,面缩达到65%以上,晶间腐蚀性能及高温抗应力松弛性能满足要求。

Description

-种核电用高强塑性奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种不诱钢帽螺钉锻件的制备方法,特别是设及一种核电用高强塑性 奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备方法,属于冶金技术领域。
背景技术
[0002] CAP1400是指装机容量为140万千瓦的先进非能动核电技术,是在我国《国家中长 期科学和技术发展规划纲要》中明确提出的具有自主知识产权的第Ξ代核电技术。CAP1400 项目旨在于目前安全性和经济性较好的AP1000技术基础上,通过消化、吸收和再创新,形成 具有我国自主知识产权、功率更大、安全性更高、寿命更长的大型先进压水堆核电技术,W 摆脱我国核电技术依赖进口、核电发展受制于人的局面,既满足我国在2020年实现核电装 机7000万千瓦、占届时中国电力总装机容量5%的目标;又可满足我国核电成套技术"走出 去"的战略,实现由"核电大野'向"核电强野'转变的目标。
[0003] 帽螺钉用奥氏体不诱钢(ASME SA-479 316)合金是一种核电项目螺钉用材料,该 合金的突出特点是含有CXr、Ni及Mo等元素,若使其获得良好的强度指标需牺牲其一定的 塑性和抗腐蚀及抗应力松弛能力。其成分要求如表1所示:
[0004] 表1化学成分要求(wt%)
[0005]
Figure CN105935861AD00031
[0006] 应予指出的是,经过冷变形处理后,帽螺钉产品虽满足抗拉强度要求,但无法满足 抗晶间腐蚀及高塑性的要求(室溫条件下抗拉强度大于等于585M化,屈服强度为485~ 620MPa,延伸率大于等于30%,断面收缩率大于等于60%,且同时满足ASTM A262的E法进行 腐蚀试验要求,并达到其高溫抗应力松弛的性能要求)。采用此方法生产的帽螺钉产品的所 有性能均可满足上述性能要求,帽螺钉产品的合格率已达到99%左右,产品可满足工程需 要,此产品按此工艺方法可成功生产,有效地促进了核电工程实施的进度,保证了核电站按 时投入生产。该合金锻件产品可进一步拓展应用到其他核累中。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于解决现有技术存在的难W同时满足帽螺钉锻件高强度、高塑 性、耐蚀性能和高溫耐应力松弛性能的问题,通过反复研究和大量试验筛选后,提供一种核 电用高强塑性奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备方法,从而获得综合性能优良的高强塑性奥 氏体不诱钢帽螺钉锻件,实现其在核主累上的应用。
[0008] 本发明给出的技术方案是:一种核电用高强塑性奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备 方法,其特点是按W下步骤进行:
[0009] (1)按重量百分比计,将ASME SA-479 316材料电渣用母材电极的成分控制在:Ni 12.20~2.60%,Crl7.50~17.80%,Mo2.50~2.75%,Mnl.50~1.80%,Si0.30~ 0.50%,C 0.025~0.035%,Co《0.05%,N0.04~0.06%,Fe余量,电极电渣成尺寸为巫 490~Φ 530mm的电渣钢锭,电渣过程中烙炼电流控制为9500~12000A,重烙电压控制为65 ~80V;
[0010] (2)当所述电渣钢锭烙炼完成且成分满足步骤(1)要求后,方可进行锻造,锻造始 锻溫度为终锻溫度为锻造高溫区(1000~1150。〇进行大变形量变形, 每次压下量为50~60mm;锻造低溫区(850~1000°C)进行相对小变形量变形,每次压下量为 20~30mm;锻造后巧料尺寸达至U 8巧谢W方规格;
[0011] (3)所述步骤(2)完成后对锻巧进行固溶处理,固溶处理在对巧料保溫 4Th,随后水冷,固溶处理过程中升溫速度控制为《60°C/h;固溶处理完成后对巧料进行 机加工处理,机加工后巧料尺寸达到巧如W方尺寸;
[0012] (4)所述步骤(3)完成后,在室溫下对巧料进行冷变形处理。变形后的尺寸达到 66'>机方,变形量控制在13~23%,冷变形过程中要求使用750Kg锻键,且需快速均匀的在 一火次内由7巧""W方变形至方尺寸;
[0013] (5)所述步骤(4)完成后,对获得的冷变形锻件进行特定热处理,热处理溫度为 75〇或保溫时间为轉3 h,特定热处理过程中升溫速度控制为《35°CA,热处理完成后, 机加工成帽螺钉锻件交货尺寸。
[0014] 所述步骤(2)中开始进行锻造后,其巧料尺寸达到85 ' 方规格是由二火次完成, 第一火次由批00女nw开巧至250!^;™方,锻比为3,第二火次由250!^w«方开巧至85+^ WW 方,锻比为8.7,总锻比大于10。
[0015] 本发明的设计思想是:
[0016] 本发明给出的运种帽螺钉锻件的制备方法,具体为:优化合金母材电极成分^电 渣钢锭烙炼^钢锭锻造开巧^巧料机加工处理^固溶处理^冷变形处理^特定溫度处理 ^帽螺钉合格产品。对ASME SA-479 316材料进行先期成分优化设计,降低C含量,提高其耐 腐蚀性能,加入适量N元素,提高其强度又可平衡其组织。电渣重烙可有效地提高材料的组 织均匀性,减少缺陷,减少材料中夹杂物残留的数量,有效提高材料的各项性能指标;锻造 开巧可W有效对材料内部组织结构进行破碎,提高材料的组织均匀性,改善材料的晶粒尺 寸;固溶处理可W有效使C元素回溶至材料的基体内,避免因为其与化形成的碳化物在晶界 析出而导致抗腐蚀能力降低,同时提高材料的强初性;冷变形处理的目的是进一步提高材 料强度;最终在特定溫度下处理是为了消除一部分由于形变而产生的应力,获得材料强度 和塑性的合理匹配,提高其高溫抗应力松弛的能力,满足各项性能要求。
[0017] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0018] (1)-般的奥氏体不诱钢屈服强度只有200MPa左右,本发明的高强塑性奥氏体不 诱钢屈服强度可提高至485~620MPa,同时又满足延伸率> 30 %,断面收缩率> 60 %高塑性 的要求,又能满足其耐腐蚀性能要求,并可改善材料的高溫抗应力松弛性能。
[0019] (2)本发明采用电渣用电极的化学成分范围为:Ni 12.20~12.60%,Cr 17.50~ 17.80%,Mo2.50~2.75%,Mnl.50~1.80%,Si0.30~0.50%,C 0.025~0.035%,Co《 0.05%,N 0.04~0.06%,Fe余量。Ni含量范围控制为12.20~12.60%可W有效提高固溶后 材料的强度与初性,使锻件在经过此技术方案生产后达到其强度及初性要求;C含量可W有 效地提高固溶强度,但其过高加入会导致其耐腐蚀性能明显下降导致产品报废,所WC含量 需控制为0.025~0.035% ;N的适量加入可有效抑制合金锻件的"敏化",并提高固溶强化效 果,其控制范围为0.04~0.06 % ;有效的成分控制,可提高帽螺钉锻件的各项综合性能。
[0020] (3)本发明在冷变形后,采取保溫4Th的特定热处理工艺,可W在消除 一部分由于形变而产生的应力的同时,调整材料的强塑性匹配并改善帽螺钉锻件的高溫抗 应力松弛的能力,使其满足各项性能要求。
[0021] (4)采用本发明生产的产品,在固定要求的热处理制度下,各项力学性能指标均较 高,其抗拉强度在699MPaW上,甚至可W达到751MPa,屈服强度可W达到509MPaW上,延伸 率可W达到40% W上,面缩可W达到65% W上,晶间腐蚀性能及高溫抗应力松弛性能满足 要求。有效地提高了材料的各项力学性能指标。
具体实施方式
[0022] 实施例1
[0023] 电渣用母材电极的成分控制在:Ni 12.20~12.60%,Cr 17.50~17.80%,Mo 2.50~2.75%,Mnl.50~1.80%,Si0.30~0.50%,C 0.025~0.035%,Co《0.05%,N 0.04~0.06%,Fe余量。本实例制备的电渣用电极,其成分为:Ni 12.46%,Cr 17.68%,Mo 2.71%,Mn 1.76%,Si 0.:M%,C 0.032%,C〇《0.016%,N 0.053%,Fe余量。电渣过程中 烙炼电流控制为9500~12000A,重烙电压控制在65~80V,本实例中采用烙炼电流为 10500A,烙炼电压为72V,电渣成〇500mm的电渣钢锭。
[0024] 电渣钢锭装炉升溫到116(TC,保溫时间满足要求后,出炉进行锻造,第一火次巧料 开巧尺寸为250mm方,锻比为3,第二火次由250mm方开巧至86方,锻比为8.6,总锻比大于10。
[0025] 巧料锻造完成后,对巧料进行1055°C保溫4h水冷到室溫的固溶处理后,对巧料进 行机加工处理,机加工处理后的巧料尺寸为73mm方。
[00%] 机加工完成后,在室溫下对巧料进行冷变形处理,变形量控制为13~23%,本实例 中冷变形的变形量为18.6 %,变形后的尺寸为66mm方。
[0027] 冷变形完成后,对其进行特定热处理,热处理溫度为750°C,保溫时间为地,热处理 完成后,机加工成帽螺钉锻件交货尺寸。
[0028] 表2帽螺钉产品的力学性能
[0029]
Figure CN105935861AD00051
[0030] 晶间腐蚀性能合格,高溫抗应力松弛性能合格。
[0031] 实施例2
[0032] 制备的电渣用的电极,其成分为Ni 12.34%,Cr 17.53%,Mo 2.75%,Mn 1.66%, Si 0.40%,C 0.030%,C〇《0.018%,N 0.059%,余量为Fe,电渣烙炼电流为 10300A,烙炼 电压为74V,电渣成Φ 500mm的电渣钢锭。
[0033] 电渣钢锭装炉升溫到1155°C,保溫时间满足要求后,出炉进行锻造,第一火次巧料 开巧尺寸为250mm方,锻比为3,第二火次由250mm方开巧至86方,锻比为8.6,总锻比大于10。
[0034] 巧料锻造完成后,对巧料进行1060°C保溫4h水冷到室溫的固溶处理后,对巧料进 行机加工处理,机加工处理后的巧料尺寸达到73mm方尺寸。
[0035] 机加工完成后,在室溫下对巧料进行冷变形处理,变形后的尺寸为65mm方,变形量 为 20.6%。
[0036] 冷变形完成后,对其进行特定热处理,热处理溫度为760°C,保溫时间为地,热处理 完成后,机加工成帽螺钉锻件交货尺寸。
[0037] 表3帽螺钉产品的力学性能 [00;3 引
Figure CN105935861AD00061
[0039] 晶间腐蚀性能及高溫抗应力松弛性能合格。
[0040] 实施例3
[0041 ]制备的电渣用的电极,其成分为Ni 12.53%,Cr 17.52%,Mo 2.60%,Mn 1.69%, Si 0.44%,C 0.029%,C〇《0.020%,N 0.058%,余量为Fe,电渣烙炼电流为 11200A,烙炼 电压为75V,电渣成〇500mm的电渣钢锭。
[0042] 电渣钢锭装炉升溫到1158°C,保溫时间满足要求后,出炉进行锻造,第一火次巧料 开巧尺寸为250mm方,锻比为3,第二火次由250mm方开巧至86方,锻比为8.6,总锻比大于10。
[0043] 巧料锻造完成后,对巧料进行1070°C保溫4h水冷到室溫的固溶处理后,对巧料进 行机加工处理,机加工处理后的巧料尺寸达到74mm方尺寸。
[0044] 机加工完成后,在室溫下对巧料进行冷变形处理,变形后的尺寸为67mm方,变形量 为 18.0%。
[0045] 冷变形完成后,对其进行特定热处理,热处理溫度为740°C,保溫时间为地,热处理 完成后,机加工成帽螺钉锻件交货尺寸。
[0046] 表4帽螺钉产品的力学性能
[0047]
Figure CN105935861AD00071
[004引晶间腐蚀性能及高溫抗应力松弛性能合格。

Claims (2)

1. 一种核电用高强塑性奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备方法,其特征在于按W下步骤 进行: (1) 按重量百分比计,将ASME SA-479 316材料电渣用母材电极的成分控制在:Ni 12.20~2.60%,Crl7.50~17.80%,Mo2.50~2.75%,Mnl.50~1.80%,Si0.30~ 0.50%,C 0.025~0.035%,Co《0.05%,N0.04~0.06%,Fe余量,电极电渣成尺寸为巫 490~Φ 530mm的电渣钢锭,电渣过程中烙炼电流控制为9500~12000A,重烙电压控制为65 ~80V; (2) 当所述电渣钢锭烙炼完成且成分满足步骤(1)要求后,方可进行锻造,锻造始锻溫 度为n5〇|!,^C,终锻溫度为850!|^°C;锻造高溫区(1000~115(TC)进行大变形量变形,每次 压下量为50~60mm;锻造低溫区(850~1000°C)进行相对小变形量变形,每次压下量为20~ 30mm;锻造后巧料尺寸达到85 ^如方规格; (3) 所述步骤(2)完成后对锻巧进行固溶处理,固溶处理在H)60'!;°C对巧料保溫位、, 随后水冷,固溶处理过程中升溫速度控制为《60°C/h;固溶处理完成后对巧料进行机加工 处理,机加工后巧料尺寸达到方尺寸; (4) 所述步骤(3)完成后,在室溫下对巧料进行冷变形处理。变形后的尺寸达到66 |mm 方,变形量控制在13~23%,冷变形过程中要求使用750Kg锻键,且需快速均匀的在一火次 内由巧:却皿方变形至'6辑;mm方尺寸; (5) 所述步骤(4)完成后,对获得的冷变形锻件进行特定热处理,热处理溫度为75(巧rC, 保溫时间为4!rh,特定热处理过程中升溫速度控制为《35°CA,热处理完成后,机加工成帽 螺钉锻件交货尺寸。
2. 根据权利要求1所述的一种核电用高强塑性奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备方法, 其特征在于所述步骤(2)中开始进行锻造后,其巧料尺寸达到85!>m方规格是由二火次完 成,第一火次由批00却m开巧至25巧mm方,锻比为3,第二火次由巧呜mm方开巧至85互nm方, 锻比为8.7,总锻比大于10。
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