CN107866665A - 百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺，其工艺步骤如下：下料→锻造前加热→墩拔、接力冲孔、马架扩孔→锻造前加热→辗环→粗车探伤→固溶热处理→冷变形强化→去应力热处理→精车加工。采用上述的百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺生产的护环的技术指标能达到如下标准：屈服强度Rp0.2（Mpa）≥1150；抗拉强度Rm（Mpa）为1170～1320；延伸率A（%）≥18；冲击功KV2（J）≥75；导磁率（μr）≤1.05；晶粒度为GB/T6394规定的2级或更细。
Description
技术领域
本发明涉及环件锻造领域，具体涉及百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺。
背景技术
护环是汽轮发电机组的主要部件之一，是汽轮机组承受应力最高的部件。为了保证机组的安全运转，要求护环要有足够高的强度、高的塑性指标、均匀的力学性能和最小的残余应力。对于较大容量机组(300MW 以上)护环的屈服强度都要求在1000MPa以上。护环是在强磁场、潮湿的腐蚀介质中工作，工作温度在100℃以下，为减少墙部线圈电流损失和防止工作温度过高，一般采用奥氏体钢制造。国内外各核电站的发电机组所使用的护环锻件大多采用50Mn18Cr4和50Mn18Cr4WN系列钢制造，这些钢种的护环在使用中，强度、塑性等力学性能和导磁、金相等物理性能可以满足设计使用要求，但随着服役期的延长，却暴露出了它的致命缺点——抗应力腐蚀能力差。而采用1Mn18Cr18N钢做护环，其优良的抗应力腐蚀能力得以充分发挥，是目前国际上采用的新型护环材料。但是由于1Mn18Cr18N钢护环的制造难度很大，并且现有的百万兆瓦级核电机组对护环具有更高的要求，所以采用1Mn18Cr18N来制造百万兆瓦级核电机组高强度护环的制造工艺还不成熟，制造出来的护环的技术指标还无法达到要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：将提供一种能生产高要求护环的百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺，其工艺步骤如下：下料→锻造前加热→墩拔、接力冲孔、马架扩孔→锻造前加热→辗环→粗车探伤→固溶热处理→冷变形强化→去应力热处理→精车加工；其特点是：
（1）下料工序中：以钢号为1Mn18Cr18N电渣锭为原材料，其化学成分要求如下： C：≤0.12%、Si：≤0.80%、Mn：17.50～20.00%、 P：≤0.050%、S： ≤0.015 %、Cr：17.50～20.00%、Al：≤0.030%、N：≥0.47%、B：≤0.001%；
（2）锻造前加热工序步骤如下：把下料所得钢坯放于加热炉中，并且在钢坯的四周围一圈碳钢或低温合金钢，钢坯装炉时炉内温度≤400℃；然后加热炉加热，使得炉内温度以≤60℃/h的速率升温至850℃±10℃后保温2.5～3.5h，然后继续加热使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1210℃±10℃后保温1.5～2.5h；
（3）墩拔、接力冲孔、马架扩孔工序步骤如下：钢坯的始锻温度≤1210℃，钢坯的终锻温度≥950℃，开锻前将工装预热至150～450℃，避免锻造时钢坯表面散热过快引起开裂；首先对钢坯进行第一次拔长，第一次拔长的拔长比为1.2～2.5，然后对钢坯进行第一次墩粗，第一次墩粗的墩粗比为1.3～2.8，接着对钢坯进行第二次拔长，第二次拔长的拔长比为1.2～2.5，然后对钢坯进行第二次墩粗，第二次墩粗的墩粗比为2～4；接着对钢坯进行接力冲孔，使得钢坯上的透孔逐渐扩大，接着将钢坯上马架扩孔；钢坯扩孔完成后立即水冷；
（4）辗环工序如下如下：钢坯的始锻温度≤1210℃，钢坯的终锻温度≥950℃，辗环前将辗环机主模、芯辊、锥辊、托架预热至150～450℃；使用圆柱形芯辊对扩完孔的钢坯进行辗环来制得环件，辗环完毕后立即对环件进行水冷，环件冷却后的冷态尺寸中的外径尺寸需要满足如下条件：所需制造的百万兆瓦级核电机组高强度护环毛坯的外径与环件冷态尺寸中的外径之比≥1.25；
（5）固溶热处理工序步骤如下：将环件放入加热炉中，环件装炉时炉内温度≤400℃，然后加热炉加热，使得炉内温度以≥100℃/h的速率升温至1050℃±10℃后保温1.5～2.5h，接着将环件进行流动介质水冷；
（6）冷变形强化工序步骤如下：将环件放入加热炉，然后加热炉加热，使得炉内温度以≤40℃/h的速率升温至570℃±10℃后保温3.5～4.5h；接着将环件从加热炉中取出,然后通过辗环或者在自由锻压机上采用窄砧上马架逐步扩孔的方法锻造出所需尺寸的百万兆瓦级核电机组高强度护环毛坯；
（7）去应力热处理工序步骤如下：将护环毛坯放入到加热炉中，装炉时炉内温度为250℃±10℃，装炉完成后保温1.5～2.5h，然后加热炉加热，使得炉内温度以≤40℃/h的速率升温至350℃±10℃后保温10～12h，接着使护环毛坯以≤20℃/h的速率炉冷，当护环毛坯温度低于100℃时，护环毛坯出炉。
进一步的，前述的百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺，其中：在墩拔、接力冲孔、马架扩孔工序中，第一、第二次拔长的工装均采用上V型砧和下V型砧，并且拔长时上、下V型砧的压下量均为10～15mm。
进一步的，前述的百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺，其中：在墩拔、冲孔、扩孔工序中，对钢坯进行接力冲孔的各个冲头的直径分别依次相差25～35mm。
本发明的优点为：采用本发明所述的百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺生产的护环的技术指标能达到如下标准：屈服强度Rp0.2（Mpa）≥1150；抗拉强度Rm（Mpa）为1170～1320；延伸率A（%）≥18；冲击功KV2（J）≥75；导磁率（μr）≤1.05；晶粒度为GB/T6394规定的2级或更细。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺，其工艺步骤如下：下料→锻造前加热→墩拔、接力冲孔、马架扩孔→锻造前加热→辗环→粗车探伤→固溶热处理→冷变形强化→去应力热处理→精车加工；
（1）下料：以钢号为1Mn18Cr18N电渣锭为原材料，其化学成分要求如下： C：≤0.12%、Si：≤0.80%、Mn：17.50～20.00%、 P：≤0.050%、S： ≤0.015 %、Cr：17.50～20.00%、Al：≤0.030%、N：≥0.47%、B：≤0.001%；下料前去除钢锭外径处硬化层、炉渣、凹坑、两端面凹槽、倾斜等缺陷；下料所得钢坯的尺寸为φ414×φ422×585，重量约633Kg；
（2）锻造前加热：把下料所得钢坯放于加热炉中，并且在钢坯的四周围一圈碳钢或低温合金钢，钢坯装炉时炉内温度≤400℃；然后加热炉加热，使得炉内温度以≤60℃/h的速率升温至850℃±10℃后保温2.5～3.5h，然后继续加热使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1210℃±10℃后保温1.5～2.5h；
（3）墩拔、接力冲孔、马架扩孔：钢坯的始锻温度≤1210℃，钢坯的终锻温度≥950℃，开锻前将工装预热至150～450℃，避免锻造时钢坯表面散热过快引起开裂；首先对钢坯进行第一次拔长，使得钢坯拔长至约φ367×750mm，第一次拔长的拔长比为1.28，然后对钢坯进行第一次墩粗，使得钢坯墩粗至约φ421×570mm，第一次墩粗的墩粗比为1.32，接着对钢坯进行第二次拔长，使得钢坯拔长至约φ383×690mm，第二次拔长的拔长比为1.21，然后对钢坯进行第二次墩粗，使得钢坯墩粗至约φ546×340mm，第二次墩粗的墩粗比为2.03；接着对钢坯进行接力冲孔，接力冲孔冲头的直径分别为φ100、φ125、φ150、φ175、φ200、φ225、φ250，使得钢坯上的透孔逐渐扩大，接着将钢坯上马架扩孔，用φ240芯棒扩孔至约φ697×φ450×340；钢坯扩孔完成后立即水冷；在本实施例中，第一、第二次拔长的工装均为上V型砧和下V型砧，拔长时，钢坯被操作机夹持住，并且操作机会驱动钢坯旋转，然后通过上、下V型砧对钢坯的外径表面往复按压来拔长钢坯，拔长时上、下V型砧的压下量均为10～15mm；
（4）锻造前加热：把下料所得钢坯放于加热炉中，并且在钢坯的四周围一圈碳钢或低温合金钢，钢坯装炉时炉内温度≤400℃；然后加热炉加热，使得炉内温度以≤60℃/h的速率升温至850℃±10℃后保温2.5～3.5h，然后继续加热使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1210℃±10℃后保温1.5～2.5h；
（5）辗环：钢坯的始锻温度≤1210℃，钢坯的终锻温度≥950℃，辗环前将辗环机主辊、芯辊、锥辊、托架预热至150～450℃；先使用φ400圆柱形芯辊对扩完孔的钢坯进行第一次辗环，使得辗环制得环件的内径达到φ700，然后将环件回炉，接着使用φ600圆柱形芯辊对环件进行第二次辗环，使得环件的尺寸达到φ1007×φ837×323，辗环完毕后立即对环件进行水冷，环件冷却后的冷态尺寸为φ992×φ825×318，而需要制得的百万兆瓦级核电机组高强度护环毛坯的外径为φ1240，1240/992=1.25；
（6）对辗环后的环件进行粗车探伤；
（7）固溶热处理：将环件放入加热炉中，环件装炉时炉内温度≤400℃，然后加热炉加热，使得炉内温度以≥100℃/h的速率升温至1050℃±10℃后保温1.5～2.5h，接着将环件进行流动介质水冷，流动介质水冷能使环件快速冷却；
（8）冷变形强化：将环件放入加热炉，然后加热炉加热，使得炉内温度以≤40℃/h的速率升温至570℃±10℃后保温3.5～4.5h；接着将环件从加热炉中取出,然后通过采用φ600圆柱形芯辊辗环或者在自由锻压机上采用窄砧上马架逐步扩孔的方法锻造出尺寸为φ1240×φ1110×315的百万兆瓦级核电机组高强度护环毛坯；
（9）去应力热处理：将护环毛坯放入到加热炉中，装炉时炉内温度为250℃±10℃，装炉完成后保温1.5～2.5h，然后加热炉加热，使得炉内温度以≤40℃/h的速率升温至350℃±10℃后保温10～12h，接着使护环毛坯以≤20℃/h的速率炉冷，当护环毛坯温度低于100℃时，护环毛坯出炉；
（10）将护环毛坯进行精车加工，从而得到百万兆瓦级核电机组高强度护环。
Claims (3)
1.百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺，其工艺步骤如下：下料→锻造前加热→墩拔、接力冲孔、马架扩孔→锻造前加热→辗环→粗车探伤→固溶热处理→冷变形强化→去应力热处理→精车加工；其特征在于：
（1）下料工序中：以钢号为1Mn18Cr18N电渣锭为原材料，其化学成分要求如下： C：≤0.12%、Si：≤0.80%、Mn：17.50～20.00%、 P：≤0.050%、S： ≤0.015 %、Cr：17.50～20.00%、Al：≤0.030%、N：≥0.47%、B：≤0.001%；
（2）锻造前加热工序步骤如下：把下料所得钢坯放于加热炉中，并且在钢坯的四周围一圈碳钢或低温合金钢，钢坯装炉时炉内温度≤400℃；然后加热炉加热，使得炉内温度以≤60℃/h的速率升温至850℃±10℃后保温2.5～3.5h，然后继续加热使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1210℃±10℃后保温1.5～2.5h；
（3）墩拔、接力冲孔、马架扩孔工序步骤如下：钢坯的始锻温度≤1210℃，钢坯的终锻温度≥950℃，开锻前将工装预热至150～450℃，避免锻造时钢坯表面散热过快引起开裂；首先对钢坯进行第一次拔长，第一次拔长的拔长比为1.2～2.5，然后对钢坯进行第一次墩粗，第一次墩粗的墩粗比为1.3～2.8，接着对钢坯进行第二次拔长，第二次拔长的拔长比为1.2～2.5，然后对钢坯进行第二次墩粗，第二次墩粗的墩粗比为2～4；接着对钢坯进行接力冲孔，使得钢坯上的透孔逐渐扩大，接着将钢坯上马架扩孔；钢坯扩孔完成后立即水冷；
（4）辗环工序如下：钢坯的始锻温度≤1210℃，钢坯的终锻温度≥950℃，辗环前将辗环机主模、芯辊、锥辊、托架预热至150～450℃；使用圆柱形芯辊对扩完孔的钢坯进行辗环来制得环件，辗环完毕后立即对环件进行水冷，环件冷却后的冷态尺寸中的外径尺寸需要满足如下条件：所需制造的百万兆瓦级核电机组高强度护环毛坯的外径与环件冷态尺寸中的外径之比≥1.25；
（5）固溶热处理工序步骤如下：将环件放入加热炉中，环件装炉时炉内温度≤400℃，然后加热炉加热，使得炉内温度以≥100℃/h的速率升温至1050℃±10℃后保温1.5～2.5h，接着将环件进行流动介质水冷；
（6）冷变形强化工序步骤如下：将环件放入加热炉，然后加热炉加热，使得炉内温度以≤40℃/h的速率升温至570℃±10℃后保温3.5～4.5h；接着将环件从加热炉中取出,然后通过辗环或者在自由锻压机上采用窄砧上马架逐步扩孔的方法锻造出所需尺寸的百万兆瓦级核电机组高强度护环毛坯；
（7）去应力热处理工序步骤如下：将护环毛坯放入到加热炉中，装炉时炉内温度为250℃±10℃，装炉完成后保温1.5～2.5h，然后加热炉加热，使得炉内温度以≤40℃/h的速率升温至350℃±10℃后保温10～12h，接着使护环毛坯以≤20℃/h的速率炉冷，当护环毛坯温度低于100℃时，护环毛坯出炉。
2.根据权利要求1所述的百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺，其特征在于：在墩拔、接力冲孔、马架扩孔工序中，第一、第二次拔长的工装均采用上V型砧和下V型砧，并且拔长时上、下V型砧的压下量均为10～15mm。
3.根据权利要求1或2所述的百万兆瓦级核电机组高强度护环制造工艺，其特征在于：在墩拔、冲孔、扩孔工序中，对钢坯进行接力冲孔的各个冲头的直径分别依次相差25～35mm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Address after: 215626 Suzhou, Jiangsu Province, Zhangjiagang City, Fengzhen Hexing Hexing Road, Huashan Patentee after: Zhangjiagang Zhonghuan Sea and Land High-end Equipment Co., Ltd. Address before: 215600 Zhangjiagang Zhonghuan Hailu Special Forging Co., Ltd. Hexing Huashan Road, Jinfeng Town, Zhangjiagang City, Jiangsu Province Patentee before: ZHANGJIAGANG HAILU ANNULAR FORGING CO., LTD. |
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| CP03 | Change of name, title or address |