CN110918649A - 一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料及其轧制方法 - Google Patents
一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料及其轧制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110918649A CN110918649A CN201910983244.9A CN201910983244A CN110918649A CN 110918649 A CN110918649 A CN 110918649A CN 201910983244 A CN201910983244 A CN 201910983244A CN 110918649 A CN110918649 A CN 110918649A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rolling
- pipe
- tube
- core rod
- fecral alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000005253 cladding Methods 0.000 title claims abstract description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 claims description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 2
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000009785 tube rolling Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B19/00—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work
- B21B19/02—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially diagonally to the axis of the work, e.g. "cross" tube-rolling ; Diescher mills, Stiefel disc piercers or Stiefel rotary piercers
- B21B19/06—Rolling hollow basic material, e.g. Assel mills
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料及其轧制方法,合金管材料包括以下组份:Fe 78.55%;Cr 12%;Al 5.2%。该轧制方法包括如下步骤:选取FeCrAl合金管,在1150℃下退火,保温60min,水温冷却;去除管内外表面氧化皮,管端口倒角,表面涂润滑油;选取三辊轧辊,芯棒表面抛光、除锈;设置轧制参数,安装轧辊、芯棒、芯杆并涂润滑油,最后上料;先缓慢开动轧机,直到轧辊完全轧到轧管,第一道次轧制结束时,按上述步骤顺序再次轧制。本发明轧制合金管伸长率20.1%,抗拉强度为675MPa,屈服强度560MPa,硬度261HV,塑性提高,加工性得到显著改善,可满足管材后续轧制要求。
Description
技术领域
本发明属于轻水反应堆包壳技术领域,具体涉及一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料及其轧制方法。
背景技术
2011年3月,福岛核电站发生核泄漏事故,其主要原因在于锆合金包壳在事故工况下与高温冷却剂水剧烈反应,放出大量热和爆炸气体氢气,导致包壳材料力学性能恶化,产生反应堆氢爆与大量放射性产物外泄等核灾难性后果。同年,核反应堆事故容错核燃料(ATF)包壳概念被提出,它是为提高燃料元件抵御严重事故能力而开发的新一代燃料系统,可以阻止裂变产物逸散和避免燃料受冷却剂腐蚀及有效地导出热能。这对包壳材料提出了更高的要求。
自福岛核电站事故后,耐事故性新材料越来越受到各个国家的重视,FeCrAl合金因其高温下的优异性能成为这种新型核用燃料包壳材料。巫英伟等利用燃料棒稳态性能分析程序FRAPCON3.4以及严重事故分析程序MAAP4进行二次开发,开展耐事故包壳材料在稳态与事故工况下的性能分析评价。研究中发现,FeCrAl合金相对于传统UO-Zr系统在严重事故下则具有更加可靠的安全性;在仿真分析中,FeCrA1合金在发电站冷却剂丧失、紧急停电等事故下,包壳温度上升更慢、产生氢气量更少、释放热量更少、氧化速率更低,达到包壳的失效时间也更长,在事故中能比现有包壳更加安全可靠。
现有的FeCrAl合金管制备工艺比较复杂,主要通过车床加工或者拉拔工艺制得管坯,这两种方法制得管坯的整体性能还达不到轻水反应堆包壳材料的性能要求,通过管材轧制工艺制得的FeCrAl合金管,组织成分均匀,壁厚、外径精度高。所以如何获得这种轧制方法,成为制备轻水反应堆包壳材料FeCrAl合金管的关键。
发明内容
本发明的目的是针对现有FeCrAl合金管制备工艺复杂,制备管材性能较差的缺陷,提供一种新的轻水反应堆包壳材料FeCrAl合金管材料及其轧制方法。
本发明的技术方案是这样的:一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料及其轧制方法,所述一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料,按个元素含量计,包括以下组分,Fe78.55%;Cr 12%;Al 5.2%;余量为不可避免的其他微量元素。
一种新型轻水反应堆包壳材料FeCrAl合金管的轧制方法,具体包括如下步骤:
步骤1:选取3根300×Φ35×2.5㎜的FeCrAl合金管,在1150℃下均匀退火,保温60min,水温冷却;
步骤2:去除管内外表面热处理产生的氧化皮,管端口倒角,内外表面涂润滑油;
步骤3:选取Φ32的三辊轧辊并开辊,选取Φ27.4的芯棒表面抛光,选取Φ16的芯杆,表面除锈;
步骤4:设置轧制参数,轧机送进量为1㎜,回转角度55°,安装轧辊、芯棒、芯杆并涂润滑油,最后上料;
步骤5:开始轧制,先缓慢开动轧机,直到轧辊完全轧到轧管,在合适的测量位置停机测量管坯外径、壁厚,并查看管子表面质量,是否有缺陷,管子若无缺陷按照转速1.3rad/s进行轧完;
步骤6:第一道次轧制结束时,管子除油,管端去毛刺并倒角,然后按上述步骤1、2、3、4、5顺序再次轧制。
本发明与现有技术相比有如下显著效果:
1、本发明通过不同的热处理温度,获得管材最佳塑性延伸状态,提高加工性能,满足管材后续轧制需求,在LD系列多辊冷轧机上,在室温下冷轧FeCrAl合金管材;
2、在冷轧过程中,控制每道次减径量减壁量的匹配关系,使每道次管材组织均匀变形,并且不产生裂纹、起皮等缺陷;
3、本发明具有尺寸精度高,内外表面光洁的优点,可不经机械加工,即可制成管件,节省原材料和工时,工艺简单、经济、效益好。
4、本发明轧制FeCrAl合金管的伸长率可达 20.1%,抗拉强度为 675MPa,屈服强度为560MPa,硬度为261HV,塑性提高,加工性得到显著改善,可满足管材后续轧制的要求。
附图说明
图1为成品管材组织照片示意图。
具体实施方式
下面结合轧制工艺步骤详述本发明:
一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料及其轧制方法,首先截取3根300×Φ35×2.5㎜的FeCrAl合金管,FeCrAl合金管材料,按个元素含量计,由以下组分组成,Fe78.55%;Cr 12%;Al 5.2%;余量为不可避免的其他微量元素。在1150º真空热处理炉退火,保温60min,水冷。按照表1所示轧制参数进行道次轧制,每轧制一个道次,管坯进行真空退火,提高材料的加工塑性、延展性,成品规格为Φ22×1.5㎜,成品组织。
以上所述只是本发明的简单说明,其目的是给从事此合金轧制研究人员一点参考。凡根据本发明实质内容所作的等同替换等方式,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
表1:轧制工艺参数
道次 | 外径(㎜) | 壁厚(㎜) | 送进量(㎜) | 回转角度(º) | 转速(rad/s) | 退火 |
0 | 35 | 2.5 | 1 | 55 | 1.3 | 是 |
1 | 32 | 2.3 | 1 | 55 | 1.3 | 是 |
2 | 30 | 2 | 1 | 55 | 1.3 | 是 |
3 | 24 | 1.7 | 1 | 55 | 1.3 | 是 |
4 | 22 | 1.5 | 1 | 55 | 1.3 | 是 |
Claims (2)
1.一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料,其特征在于,该FeCrAl合金管材料,按各元素含量计,包括以下组份:Fe 78.55%;Cr 12%;Al 5.2%,余量为不可避免的其他微量元素。
2.一种轻水反应堆包壳材料FeCrAl合金管的轧制方法,其特征在于,该轧制方法具体包括如下步骤:
步骤1:选取3根300×Φ35×2.5㎜的FeCrAl合金管,在1150℃下均匀退火,保温60min,水温冷却;
步骤2:去除管内外表面热处理产生的氧化皮,管端口倒角,内外表面涂润滑油;
步骤3:选取Φ32的三辊轧辊并开辊,选取Φ27.4的芯棒表面抛光,选取Φ16的芯杆,表面除锈;
步骤4:设置轧制参数,轧机送进量为1㎜,回转角度55°,安装轧辊、芯棒、芯杆并涂润滑油,最后上料;
步骤5:开始轧制,先缓慢开动轧机,直到轧辊完全轧到轧管,在合适的测量位置停机测量管坯外径、壁厚,并查看管子表面质量,是否有缺陷,管子若无缺陷按照转速1.3rad/s进行轧完;
步骤6:第一道次轧制结束时,管子除油,管端去毛刺并倒角,然后按上述步骤1、2、3、4、5顺序再次轧制。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910983244.9A CN110918649A (zh) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | 一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料及其轧制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910983244.9A CN110918649A (zh) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | 一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料及其轧制方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110918649A true CN110918649A (zh) | 2020-03-27 |
Family
ID=69849307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910983244.9A Pending CN110918649A (zh) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | 一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料及其轧制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110918649A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112170486A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-05 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | 宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法 |
CN117144264A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-01 | 上海核工程研究设计院股份有限公司 | 轻水反应堆燃料组件用铁素体耐热合金、制造方法与应用 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106319369A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-01-11 | 苏州热工研究院有限公司 | 一种核燃料包壳材料用FeCrAl基合金材料 |
CN106381448A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-02-08 | 苏州热工研究院有限公司 | 一种核反应堆燃料包壳材料用FeCrAl合金材料 |
CN107236904A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-10-10 | 中国核动力研究设计院 | 一种核反应堆堆芯用FeCrAl基合金材料及其制备方法 |
CN108165717A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-15 | 中国科学院金属研究所 | 一种核燃料元件用FeCrAl管材的制备工艺 |
CN109594017A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种氧化物弥散强化FeCrAl合金管材的制备方法 |
-
2019
- 2019-10-16 CN CN201910983244.9A patent/CN110918649A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106319369A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-01-11 | 苏州热工研究院有限公司 | 一种核燃料包壳材料用FeCrAl基合金材料 |
CN106381448A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-02-08 | 苏州热工研究院有限公司 | 一种核反应堆燃料包壳材料用FeCrAl合金材料 |
CN107236904A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-10-10 | 中国核动力研究设计院 | 一种核反应堆堆芯用FeCrAl基合金材料及其制备方法 |
CN108165717A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-15 | 中国科学院金属研究所 | 一种核燃料元件用FeCrAl管材的制备工艺 |
CN109594017A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种氧化物弥散强化FeCrAl合金管材的制备方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112170486A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-05 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | 宽钢带铁铬铝合金热轧钢卷的制造方法 |
CN117144264A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-01 | 上海核工程研究设计院股份有限公司 | 轻水反应堆燃料组件用铁素体耐热合金、制造方法与应用 |
CN117144264B (zh) * | 2023-10-31 | 2024-02-02 | 上海核工程研究设计院股份有限公司 | 轻水反应堆燃料组件用铁素体耐热合金、制造方法与应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107116339B (zh) | 一种锆合金包壳管材制备工艺 | |
CN112453104B (zh) | 一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材及其制备方法 | |
CN112442634B (zh) | 一种高强高韧型大型马氏体不锈钢环锻件及其制造方法 | |
CN110453109B (zh) | 一种ns3306高温合金小口径精密无缝管及其制造方法 | |
CN110877186B (zh) | 一种大规格锆合金薄壁管材的制造方法及大规格锆合金薄壁管材 | |
CN110918649A (zh) | 一种轻水反应堆包壳用FeCrAl合金管材料及其轧制方法 | |
CN112708790B (zh) | 一种锆或锆合金挤压轧制薄壁型材的制备方法 | |
CN103710715A (zh) | 一种不锈钢无缝钢管冷拔、冷轧混合成型加工方法 | |
WO2023168884A1 (zh) | 一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋换热管制备方法 | |
CN112756909A (zh) | 一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法 | |
CN105525228B (zh) | 一种核安全级316l不锈钢仪表管 | |
CN100408905C (zh) | 一种压力管道用无缝钢管的制造方法 | |
CN108165717A (zh) | 一种核燃料元件用FeCrAl管材的制备工艺 | |
CN112044978A (zh) | 高温耐压钛合金小规格厚壁管材的制备方法 | |
RU2564189C1 (ru) | Способ изготовления трубных изделий из гафния | |
CN110369546B (zh) | 一种生产大口径钛合金热轧无缝管的方法 | |
CN111230004B (zh) | 一种新型高温合金环锻件环轧速度控制方法 | |
CN114160603A (zh) | 一种p92小口径厚壁无缝钢管的制造方法 | |
CN111842532A (zh) | 一种锆合金管材制备方法及基于该方法制得的锆合金管材 | |
CN113414247A (zh) | 一种锆及锆合金大规格薄壁管材的制备方法 | |
CN112453102A (zh) | 一种耐高温镍基合金管件生产制造工艺 | |
CN105234170A (zh) | 一种大规格易切削钢轧制方法 | |
CN110918675A (zh) | 一种低氢化物取向因子薄壁锆合金管的制备方法 | |
WO2021026716A1 (zh) | 一种椭圆形无缝钢管制造方法 | |
JP2007167912A (ja) | ステンレス鋼管の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200327 |