CN110116143A - 一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管 - Google Patents

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Abstract

本发明属于控制棒驱动机构技术领域，尤其涉及一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管。本发明通过特定的挤出成型工艺，制得控制棒驱动杆用的管坯。本发明具有挤出成型工艺快捷有效，小孔径厚壁无缝管尺寸均匀性好、直线度高，力学性能适宜，以及能较好满足控制棒驱动杆使用要求的优点。

Description

一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管
技术领域
本发明属于控制棒驱动机构技术领域，尤其涉及一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管。
背景技术
控制棒驱动机构(CRDM)是核电站反应堆控制系统和安全保护系统的一种伺服机构。它通过励磁线圈电流变化产生的电磁力带动控制棒组件在堆芯内上下运动、保持和改变控制棒组件在堆芯内的高度，从而使反应堆实现功率调节、功率维持、正常停堆和事故工况下紧急停堆等功能。驱动杆是CRDM的核心部件，在反应堆功率调节过程中钩爪与驱动杆之间不断进行啮合、释放运动（60年设计寿命900万次以上），从而带动将控制棒组件的运动。因此要求材料具有足够的强度、塑性、韧性、适当的硬度和较好的耐腐蚀性。同时驱动杆为典型的小孔径厚壁无缝管，因此要求成品具有较好的加工成型性能、力学性能和良好的直线度。鉴于以上原因，CRDM驱动杆制造难度大，目前国内尚无管材供货厂家。国内控制棒驱动机构设备制造厂制造驱动杆主要通过两种方式：一是直接从国外进口驱动杆成品，二是国外采购管材后进行加工。
专利公开号为CN103789684A，公开日为2014.05.14的中国发明专利公开了一种核电站控制棒驱动机构驱动杆的制备方法，其包括以下步骤：1)选取原料并电炉冶炼+AOD精炼+LF炉精炼，获得钢水；2)将钢水浇注成电极；3)将电极电渣重熔获得钢锭；4)将钢锭锻造成管坯，对管坯进行热轧、热穿孔，获得荒管；以及5)将荒管加工成核电站控制棒驱动机构驱动杆。
但是该发明专利中的驱动杆因为是通过锻造方式制得的，因此存在尺寸均匀性较差、成材率低、制造流程长的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，其能通过特定的挤出成型工艺，制得控制棒驱动杆用的管坯。本发明具有挤出成型工艺快捷有效，流程短，小孔径厚壁无缝管尺寸均匀性好、直线度高，力学性能适宜，以及能较好满足控制棒驱动杆使用要求的优点。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，管坯采用热挤压工艺直接挤出成型，所述管坯长度≥7米，内孔尺寸为10-25mm，壁厚为14-25mm，尺寸灵活可调，壁厚单边≤2mm，直线度≤1.6mm/m，用于控制棒驱动杆的加工生产。
现有技术中，控制棒驱动杆用的管坯都采用挖孔锻造的方式制得的，因此在通过锻造工艺生产上述小孔径厚壁无缝管时，纵向均匀性一般大于4mm，直线度一般大于3.5mm/m，因此本发明正是采用了特定的挤压成型工艺，才保证制备所得的小孔径厚壁无缝管在纵向均匀性和直线度上得以满足控制棒驱动杆在核电站反应堆中使用的高要求，这是一般锻造方式所达不到的，相较于现有的锻造管，本发明中的小孔径厚壁无缝管具有使用寿命更长，以及使用过程中不易断裂的优点。
进一步优选的技术方案在于：所述热挤压工艺的挤压温度为1150-1220℃，挤压比为20-35，挤压速度为80~180 mm/s，挤压后对所述管坯进行冷却。
进一步优选的技术方案在于：所述热挤压工艺后对所述管坯再进行热处理及机加工，用于控制棒驱动杆的加工生产。
在本发明中，限定挤压成型的温度、变形速率以及挤压比，保证挤出成型的管坯的尺寸和组织的稳定性，确保管坯表面无轴向和周向裂纹。
进一步优选的技术方案在于：所述机加工包括矫直工序，矫直后所述管坯的壁厚偏差不超过名义尺寸的±10%，内孔直径偏差不超过±6%。
在本发明中，管坯壁厚偏差以及内孔直径偏差若过大，则容易造成控制棒驱动杆上下运动时偏斜、震动的问题，难以加工，为此控制内径以及壁厚尺寸的均匀性是制造优良驱动杆的关键，而锻造方式中壁厚偏差与名义尺寸的比值为15%以上，内孔直径偏差也很难做到±6%。
进一步优选的技术方案在于：所述管坯的抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥500MPa，断后伸长率≥13%，布氏硬度≥200HB。
进一步优选的技术方案在于：所述管坯材质为铁基、镍基或铁镍基合金。
在本发明中，管坯的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率以及布氏硬度数值适宜且足够满足控制棒驱动杆的使用，相对于锻造方式，则上述四个性能参数都有较大的提升，这也是现有锻造生产的管体用在控制棒驱动杆时使用寿命短、容易开裂的原因。
进一步优选的技术方案在于：所述热挤压工艺中通过挤压模具加内部芯棒的方式挤出成型。
进一步优选的技术方案在于：所述内部芯棒的长度≤850mm。
进一步优选的技术方案在于：所述内部芯棒的表面采用金刚玉喷涂，表面硬度＞48 HRC。
进一步优选的技术方案在于：所述内部芯棒的粗糙度＜0.8μm。
在本发明中，内部芯棒用于在所述管坯挤出成型时形成管孔，所述内部芯棒具有长度适中、硬度较大以及粗糙度相对较小的优点，可以保证所述管坯在生产时不至于纵向均匀性和直线度达不到要求。
本发明通过特定的挤出成型工艺，制得控制棒驱动杆用的管坯。本发明具有挤出成型工艺快捷有效，小孔径厚壁无缝管尺寸均匀性好、直线度高，力学性能适宜，以及能较好满足控制棒驱动杆使用要求的优点。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例1
一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，管坯采用热挤压工艺直接挤出成型，所述管坯长度为7.5米，内孔尺寸为12mm，壁厚为18mm，壁厚单边为1.2mm，直线度为1.4mm/m，用于控制棒驱动杆的加工生产。
所述热挤压工艺的挤压温度为1185℃，挤压比为22，挤压速度为90 mm/s，挤压后对所述管坯进行冷却。所述热挤压工艺后对所述管坯再进行热处理及机加工，用于控制棒驱动杆的加工生产。所述机加工包括矫直工序，矫直后所述管坯的壁厚偏差为名义尺寸的5%，内孔直径偏差为3%。所述管坯的抗拉强度为780MPa，屈服强度为535MPa，断后伸长率为15%，布氏硬度为228HB。所述管坯材质为铁基。所述热挤压工艺中通过挤压模具加内部芯棒的方式挤出成型。所述内部芯棒的长度为800mm。所述内部芯棒的表面采用金刚玉喷涂，表面硬度为52 HRC。所述内部芯棒的粗糙度为0.65μm。
按照上述工艺制备得到的小孔径厚壁无缝管，可以较好地用于生产控制棒驱动杆，因为所述管坯具有尺寸均匀性好、直线度高以及力学性能适宜的优点，最终也使得控制棒驱动杆能满足60年设计寿命和900万次以上的使用要求，保证上下运动的稳定性和耐腐蚀、不易开裂的优点。
实施例2
一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，管坯采用热挤压工艺直接挤出成型，所述管坯长度为7.6米，内孔尺寸为16mm，壁厚为20mm，壁厚单边为1.3mm，直线度为1.3mm/m，用于控制棒驱动杆的加工生产。
所述热挤压工艺的挤压温度为1200℃，挤压比为29，挤压速度为120 mm/s，挤压后对所述管坯进行冷却。所述热挤压工艺后对所述管坯再进行热处理及机加工，用于控制棒驱动杆的加工生产。所述机加工包括矫直工序，矫直后所述管坯的壁厚偏差为名义尺寸的-7%，内孔直径偏差为5%。所述管坯的抗拉强度为790MPa，屈服强度为530MPa，断后伸长率为18%，布氏硬度为265HB。所述管坯材质为镍基。所述热挤压工艺中通过挤压模具加内部芯棒的方式挤出成型。所述内部芯棒的长度为820mm。所述内部芯棒的表面采用金刚玉喷涂，表面硬度为55 HRC。所述内部芯棒的粗糙度为0.68μm。
按照上述工艺制备得到的小孔径厚壁无缝管，可以较好地用于生产控制棒驱动杆，因为所述管坯具有尺寸均匀性好、直线度高以及力学性能适宜的优点，最终也使得控制棒驱动杆能满足60年设计寿命和900万次以上的使用要求，保证上下运动的稳定性和耐腐蚀、不易开裂的优点。
实施例3
一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，管坯采用热挤压工艺直接挤出成型，所述管坯长度为7.2米，内孔尺寸为20mm，壁厚为22mm，壁厚单边为1.8mm，直线度为1.2mm/m，用于控制棒驱动杆的加工生产。
所述热挤压工艺的挤压温度为1210℃，挤压比为35，挤压速度为180 mm/s，，挤压后对所述管坯进行冷却。所述热挤压工艺后对所述管坯再进行热处理及机加工，用于控制棒驱动杆的加工生产。所述机加工包括矫直工序，矫直后所述管坯的壁厚偏差为名义尺寸的9%，内孔直径偏差为-5%。所述管坯的抗拉强度为810MPa，屈服强度为560MPa，断后伸长率为19%，布氏硬度为229HB。所述管坯材质为铁镍基合金。所述热挤压工艺中通过挤压模具加内部芯棒的方式挤出成型。所述内部芯棒的长度为830mm。所述内部芯棒的表面采用金刚玉喷涂，表面硬度为49 HRC。所述内部芯棒的粗糙度为0.71μm。
按照上述工艺制备得到的小孔径厚壁无缝管，可以较好地用于生产控制棒驱动杆，因为所述管坯具有尺寸均匀性好、直线度高以及力学性能适宜的优点，最终也使得控制棒驱动杆能满足60年设计寿命和900万次以上的使用要求，保证上下运动的稳定性和耐腐蚀、不易开裂的优点。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，其特征在于：管坯采用热挤压工艺直接挤出成型，所述管坯长度≥7米，内孔尺寸为10-25mm，壁厚为14-25mm，壁厚单边≤2mm，直线度≤1.6mm/m，用于控制棒驱动杆的加工生产。
2.根据权利要求1所述的一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，其特征在于：所述热挤压工艺的挤压温度为1150-1220℃，挤压比为20-35，挤压速度为80~180 mm/s，挤压后对所述管坯进行冷却。
3.根据权利要求1所述的一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，其特征在于：所述热挤压工艺后对所述管坯再进行热处理及机加工，用于控制棒驱动杆的加工生产。
4.根据权利要求1所述的一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，其特征在于：所述机加工包括矫直工序，矫直后所述管坯的壁厚偏差不超过名义尺寸的±10%，内孔直径偏差不超过±6%。
5.根据权利要求1所述的一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，其特征在于：所述管坯的抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥500MPa，断后伸长率≥13%，布氏硬度≥200HB。
6.根据权利要求1所述的一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，其特征在于：所述管坯材质为铁基、镍基或铁镍基合金。
7.根据权利要求1所述的一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，其特征在于：所述热挤压工艺中通过挤压模具加内部芯棒的方式挤出成型。
8.根据权利要求7所述的一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，其特征在于：所述内部芯棒的长度≤850mm。
9.根据权利要求7所述的一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，其特征在于：所述内部芯棒的表面采用金刚玉喷涂，表面硬度＞48 HRC。
10.根据权利要求7所述的一种热挤压成型的小孔径厚壁无缝管，其特征在于：所述内部芯棒的粗糙度＜0.8μm。
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