CN112553518A - 一种核电蒸发器用铁镍铬基耐蚀合金热轧棒材的制造方法 - Google Patents
一种核电蒸发器用铁镍铬基耐蚀合金热轧棒材的制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种核电蒸发器用铁镍铬基耐蚀合金热轧棒材的制造方法，通过优化成分配比、热轧加热温度、轧制速度及变形量分配等工艺参数，最终获得组织均匀细小的热轧棒材；通过对固溶处理温度的改进，保证了成品的组织均匀并提升了材料的室温拉伸和高温拉伸性能。本发明技术工艺路线：真空感应炉→保护气氛电渣重熔→500横列式轧机开坯→250横列式轧机成品生产→固溶热处理→理化检验→包装。本发明的有益效果：通过适当控制碳含量，高控铝、钛含量，低控氮元素含量；合理控制轧制工艺，制造出晶粒度组织均匀，性能优异的NS1103合金轧材，用于制造核电蒸发器传热管堵头。
Description
技术领域
本发明属于核电行业用耐蚀合金制造领域，主要涉及一种核电蒸发器用铁镍铬基耐蚀合金热轧棒材制造方法，热轧棒材具体用于制造核电蒸发器传热管堵头，使用温度范围300℃～350℃。
背景技术
根据核电发展规划，我国未来拟建机组均将为三代核电站，我国的第三代核电技术经历了最初的完全进口，到2017年完全自主研发生产的首台百万千瓦级压水堆核电机组—华龙一号正式交付，目前迎来替代进口、走出国门的关键阶段，能否实现核电反应堆堆内关键设备和材料的国产化成为最重要的技术关键。NS1103合金是一种含铬25％、镍35％的奥氏体型Fe-Ni-Cr基耐蚀合金，此合金的韧性极佳，与Incoloy 800合金相近；NS1103合金在335℃含硼水中的一般腐蚀性能良好，近于 1Cr18Ni9Ti和Incoloy 800等合金，完全满足压水堆环境对材料耐一般腐蚀性能的要求，在含Cl-和[O]的高温水中经10000小时也未产生应力腐蚀断裂,可与Inconel 690合金相媲美。以往该合金的主要用途为制造核电蒸发器管材使用，而棒材主要是作为管坯使用，室温屈服强度一般在225.4MPa～245MPa，350℃屈服强度仅为127MPa～156.8MPa。但为满足国内某核电蒸发器堵头的使用需求，在提升棒材的室温拉伸强度和 350℃拉伸强度的同时还要满足棒材的加工性能，高性能核电蒸发器传热管堵头用NS1103合金棒材的性能应符合表1指标。
表1
发明内容
本发明公开一种核电蒸发器用铁镍铬基耐蚀合金热轧棒材的制造方法，通过优化成分配比、热轧加热温度、轧制速度及变形量分配等工艺参数，最终获得组织均匀细小的热轧棒材；通过对固溶处理温度的改进，保证了成品的组织均匀并提升了材料的室温拉伸和高温拉伸性能。
本发明技术方案：
工艺路线：
真空感应炉→保护气氛电渣重熔→500横列式轧机开坯→250横列式轧机成品生产→固溶热处理→理化检验→包装。
具体工艺措施：
㈠冶炼
合金采用真空感应+保护气氛电渣冶炼工艺生产，成品化学成分符合表2规定。
表2
㈡轧钢开坯
⑴采用500横列式轧机开坯工艺：
钢锭加热温度：1000℃～1150℃，钢锭加热保温时间：不少于2h，终轧温度：不低于800℃；
开坯总变形比：9.5～18.5。
⑵250横列式轧机轧制成品
坯料加热保温温度1000℃～1150℃，终轧温度不低于900℃，冷却方式：空冷；一火成材，总变形比：5.3～9.2。
㈢固溶处理
⑴合金轧制棒材经950℃～1100℃×15min～180min，水冷或空冷。
⑵其经950℃～1100℃×30min～60min+水冷制度处理，性能及晶粒度满足以下要求：
晶粒度：按GB/T6394检测试样的横截面，显微晶粒度应5级或更细；
性能：同表1；
非金属夹杂物：按GB/T10561检验非金属夹杂物，数据应满足表3的规定：
表3
关于本发明创新点说明：
1、化学成分配比优化设计
以提升力学性能为目标，针对成分配比对力学性能的影响，提出全新的成分配比方案：适当控制碳含量保证碳化物含量适中，既不影响晶间腐蚀，又能抑制晶粒长大以提高合金强度，碳含量控制在0.015％～ 0.025％范围内。
高控铝、钛含量是为主要强化相γ′相在热处理过程中析出提供必要条件，合金的主要强化机制为铝、钛与镍元素结合形成的γ′相，强化高温性能及抗氧化性能，但为了保持材料的耐蚀性能Ti/C的比例要尽量高控，所以铝控制在0.25％～0.4％，钛控制在0.4％～0.6％。
合金的另一主要强化机制为铬元素与碳元素在晶界处形成弥散分布的Cr23C6碳化物强化相，提高室温和高温抗拉强度，同时碳化物沿晶界均匀析出，合金在900℃～1100℃固溶处理时，可有效阻碍晶粒度长大，保证晶粒度细小。
同时为保证使用环境中合金的耐腐蚀以及减少Ti(C、N)的产生，低控氮元素含量低于0.008％。
2、采用500横列式轧机+250横列式轧机轧制成材
合金采用500横列式轧机开坯，通过大的变形量和相对较低的轧制温度，可有效提升坯料心部区域质量水平，提高坯料心部区域晶粒度的均匀性，为后续生产超细组织做优化；
250横列式轧机，轧制速度快，单火次变形量大，有利于材料的动态再结晶，通过合理设计加热温度、变形量及轧制速度等工艺参数，基本保证材料心部至表层区域的质量均匀稳定；成品轧制加热温度控制在 1000℃～1150℃，此温度可以把合金在热加工过程及最终轧制前产生的二次碳化物及γ′强化相全部回溶，减少由于沉淀相的钉轧作用而导致的晶粒度长大不均匀现象，使晶粒在最后轧制过程中动态再结晶更均匀，如再提升加热温度，意义不大且钢材过热及过烧风险会增大。
成品最后一火轧制采用小变形量快速轧制，控制各火次轧制变形量均匀，总变形比在5.3～9.2，并适当提高轧辊转速，保证终锻温度不低于900℃，既能均匀实现合金轧棒动态再结晶，又可有效降低合金塑性变形的储存能，提高合金静态再结晶温度，进而使合金在950℃～1100℃固溶处理时，晶粒度不至于过分长大，而导致晶粒度不均匀。
本发明的有益效果：通过适当控制碳含量，高控铝、钛含量，低控氮元素含量；合理控制轧制工艺，制造出晶粒度组织均匀，性能优异的 NS1103合金轧材，用于制造核电蒸发器传热管堵头。
具体实施方式
下面通过实施例详述本发明。
实施案例1-3采用上述NS1103合金棒材的制造工艺生产，不同之处在于：
终轧温度：分别为950℃、980℃、1010℃
实施例1
棒材成品规格：Φ15mm
轧制成品末火变形比控制在7左右，终锻温度控制在950℃左右，
成品棒材经950℃～1100℃×30mm～60min+水冷制度处理后进行探伤、晶粒度、性能及夹杂物及检验。
探伤达到Φ0.8mm平低孔水平，且探伤无裂纹，晶粒度为6级～9 级；力学性能见表4。
表4
非金属夹杂物级别见表5。
表5
实施例2
棒材成品规格：Φ15mm
轧制成品末火变形比控制在7左右，终锻温度控制在980℃左右，
成品棒材经950℃～1100℃×30mm～60min+水冷制度处理后进行探伤、晶粒度、性能及夹杂物及检验。
探伤达到Φ0.8mm平低孔水平，且探伤无裂纹，晶粒度为6级～9 级；力学性能见表6。
表6
非金属夹杂物级别见表7。
表7
实施例3
棒材成品规格：Φ15mm
轧制成品末火变形比控制在7左右，终锻温度控制在1010℃左右，
成品棒材经950℃～1100℃×30mm～60min+水冷制度处理后进行探伤、晶粒度、性能及夹杂物及检验。
探伤达到Φ0.8mm平低孔水平，且探伤无裂纹，晶粒度为7级～9 级；
力学性能见表8。
表8
非金属夹杂物级别见表9。
表9
Claims (4)
1.一种核电蒸发器用铁镍铬基耐蚀合金热轧棒材制造方法，其特征在于，制造方法工艺路线为真空感应炉→保护气氛电渣重熔→500横列式轧机开坯→250横列式轧机成品生产→固溶热处理→理化检验→包装；
所述棒材成品化学成分符合表1规定；
表1
所述冶炼采用真空感应+保护气氛电渣冶炼工艺生产；
所述采用500横列式轧机开坯：钢锭加热温度为1000℃～1150℃，钢锭加热保温时间不少于2h，终轧温度不低于800℃；开坯总变形比：9.5～18.5；
所述250横列式轧机轧制成品：坯料加热保温温度1000℃～1150℃，终轧温度不低于900℃，冷却方式：空冷；一火成材，总变形比：5.3～9.2；
所述固溶热处理：合金轧制棒材经950℃～1100℃×15min～180min，水冷或空冷，性能及晶粒度满足以下要求：
晶粒度：按GB/T6394检测试样的横截面，显微晶粒度应5级或更细；
性能：应符合表2规定；
表2
非金属夹杂物：按GB/T10561检验非金属夹杂物，数据应满足表3的规定：
表3
2.一种核电蒸发器用铁镍铬基耐蚀合金热轧棒材制造方法，其特征在于，所述250横列式轧机轧制成品终锻温度控制在950℃左右，末火变形比控制在7左右；
所述成品棒材经950℃～1100℃×30mm～60min+水冷制度处理后进行探伤、晶粒度、性能及夹杂物及检验。
探伤达到Φ0.8mm平低孔水平，且探伤无裂纹，晶粒度为6级～9级；力学性能见表4；
表4
非金属夹杂物级别见表5；
表5
3.一种核电蒸发器用铁镍铬基耐蚀合金热轧棒材制造方法，其特征在于，所述250横列式轧机轧制成品终锻温度控制在980℃左右，末火变形比控制在7左右；
所述成品棒材经950℃～1100℃×30mm～60min+水冷制度处理后进行探伤、晶粒度、性能及夹杂物及检验。
探伤达到Φ0.8mm平低孔水平，且探伤无裂纹，晶粒度为6级～9级；力学性能见表6；
表6
非金属夹杂物级别见表7。
表7
4.一种核电蒸发器用铁镍铬基耐蚀合金热轧棒材制造方法，其特征在于，所述250横列式轧机轧制成品终锻温度控制在1010℃左右，末火变形比控制在7左右；
所述成品棒材经950℃～1100℃×30mm～60min+水冷制度处理后进行探伤、晶粒度、性能及夹杂物及检验。
探伤达到Φ0.8mm平低孔水平，且探伤无裂纹，晶粒度为7级～9级；力学性能见表8；
表8
非金属夹杂物级别见表9。
表9
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