CN115369331B - 不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法 - Google Patents

不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115369331B
CN115369331B CN202210816608.6A CN202210816608A CN115369331B CN 115369331 B CN115369331 B CN 115369331B CN 202210816608 A CN202210816608 A CN 202210816608A CN 115369331 B CN115369331 B CN 115369331B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stainless steel
tube
equal
less
heat treatment
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.)
Active
Application number
CN202210816608.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115369331A (zh
Inventor
王旻
陈敏莉
徐杨
马颖澈
梁田
陈刘涛
石林
郝宪朝
易昊钰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Metal Research of CAS
China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Institute of Metal Research of CAS
China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Metal Research of CAS, China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd filed Critical Institute of Metal Research of CAS
Priority to CN202210816608.6A priority Critical patent/CN115369331B/zh
Publication of CN115369331A publication Critical patent/CN115369331A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115369331B publication Critical patent/CN115369331B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/08—Upsetting
    • 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
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • C21D8/105—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies of ferrous alloys
    • 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
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • 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
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • 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
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • 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
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • 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
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • 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
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • 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
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • 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
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
    • 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
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/06—Casings; Jackets
    • G21C3/07—Casings; Jackets characterised by their material, e.g. alloys
    • 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
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

本申请提供一种不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法，包括如下重量百分比的原料：C0.04‑0.08％、Cr16.0‑20.0％、Ni20.0‑28.0％、Al3.0‑5.0％、Mn1.2‑3.0％、Ti≤0.5％、V≤0.5％、Nb≤1.0％、Mo1.3‑2.5％、B≤0.005％、Si≤0.3％、O≤0.0015％、N≤0.01％、S≤0.0015％、P≤0.01％，余量的Fe。根据本申请的不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法，能够满足液态铅铋合金环境。

Description

不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法
技术领域
本申请属于材料技术领域，具体涉及一种不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法。
背景技术
目前，铅基快堆属于第四代快中子反应堆，主要采用液态铅铋共晶合金(LBE)作为冷却剂。
但是，液态铅铋具有熔点低、沸点高、化学性质稳定、导热性好、中子经济性优良等诸多优点，但其对常规金属结构材料具有较强的腐蚀性。镍、铁等元素在液态铅铋中具有较高的溶解度，在溶解腐蚀、氧化腐蚀等多种腐蚀机理的作用下，现有技术中的金属包壳结构材料在液态铅铋合金中腐蚀迅速，无法满足长期服役的使用需求。
因此，如何提供一种能够满足液态铅铋合金环境的不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法成为本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法，能够满足液态铅铋合金环境。
为了解决上述问题，本申请提供一种不锈钢材料，包括如下重量百分比的原料：
C 0.04-0.08％、Cr 16.0-20.0％、Ni 20.0-28.0％、Al 3.0-5.0％、Mn 1.2-3.0％、Ti≤0.5％、V≤0.5％、Nb≤1.0％、Mo1.3-2.5％、B≤0.005％、Si≤0.3％、O≤0.0015％、N≤0.01％、S≤0.0015％、P≤0.01％，余量的Fe。
进一步地，不锈钢材料中，Ti、V、Nb中，至少两种的含量大于0；
和/或，不锈钢材料中，5(C的含量)≤(Ti+V+Nb)的含量≤12(C的含量)；
和/或，不锈钢材料应用于液态铅铋环境。
根据本申请的再一方面，提供了一种不锈钢材包壳管，不锈钢包壳管采用如上述的不锈钢材料制成。
进一步地，不锈钢包壳管的外径为8-15mm；和/或，壁厚为0.3-1.0mm；不锈钢包壳管的晶粒度为7-9级；和/或，不锈钢包壳管的显微组织构成为全奥氏体相，不含铁素体相。
根据本申请的再一方面，提供了一种如上述不锈钢包壳管的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)合金冶炼；步骤(2)锻造；步骤(3)管坯加工；步骤(4)冷轧及中间热处理；步骤(5)最终热处理；步骤(6)预变形冷轧。
进一步地，在步骤(1)之后，在步骤(2)之前，对步骤(1)合金冶后获得的合金铸锭进行高温固溶处理；进一步地，高温固溶处理的温度不低于{1190+(Al含量-Ni含量+20)×5}℃，保温时间为10-12h；
和/或，步骤(1)合金冶炼包括如下步骤：将各个原料采用双真空冶炼工艺制备合金铸锭。
进一步地，步骤(2)锻造包括如下步骤：采用锻造工艺将合金铸锭开坯并制备锻造棒材；在步骤(2)中，锻造工艺的温度为1160-1180℃；和/或，锻造工艺的变形方式为墩拔，开坯的变形量不大于25％，墩拔的变形量为30％-40％；和/或，墩拔次数为2-5次；和/或，锻造棒材为直径Φ40-80mm的圆棒。
进一步地，步骤(3)管坯加工包括如下步骤：采用机加工镗孔制备管坯；
进一步地，在步骤(4)之前，对管坯进行气氛保护固溶处理，固溶处理的温度为1050-1100℃，固溶处理的时间为20-40min；
和/或，步骤(4)冷轧及中间热处理包括如下步骤：采用多道次冷轧和中间热处理制备包壳管；进一步地，相邻两道次的冷轧之间对包壳管进行中间热处理；进一步地，热处理的温度为1050-1100℃；热处理时间10-30min。
进一步地，步骤(5)中，最终热处理的温度为{1020+(Al含量-3.5)×60}℃，最终热处理的处理时间为5-25min；
和/或，预变形冷轧为单道次变形，单道次变形的变形量为10-25％，送进量为1-5mm/min。
进一步地，不锈钢包壳管的制备方法还包括如下步骤：步骤(7)检验：对包壳管管材进行质量检验。
本申请提供的不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法，能够确保这种奥氏体不锈钢包壳管在热加工过程中不出现坯料开裂、宏微观裂纹、组织不均等问题，所制备的冷变形包壳管具有优良的室温和高温力学性能及耐液态铅铋腐蚀性能。本申请能够满足液态铅铋合金环境。
附图说明
图1为本申请实施例1制备包壳管的600℃/500h饱和氧静态铅铋腐蚀形貌图；
图2为本申请实施例2制备包壳管的600℃/500h饱和氧静态铅铋腐蚀形貌图；
图3为本申请对比例1制备包壳管的600℃/500h饱和氧静态铅铋腐蚀形貌图。
具体实施方式
结合参见图1所示，一种不锈钢材料，包括如下重量百分比的原料：
C 0.04-0.08％、Cr 16.0-20.0％、Ni 20.0-28.0％、Al 3.0-5.0％、Mn 1.2-3.0％、Ti≤0.5％、V≤0.5％、Nb≤1.0％、Mo1.3-2.5％、B≤0.005％、Si≤0.3％、O≤0.0015％、N≤0.01％、S≤0.0015％、P≤0.01％，余量的Fe。
本申请不锈钢材料，能够使制造的包壳管满足铅基快堆550-650℃高温液态铅铋环境的耐蚀性要求，解决现有包壳材料在高温液态铅铋环境中耐蚀性不足，以及含Al奥氏体不锈钢包壳管加工性能差、管材成形质量不高等问题，满足铅基快堆燃料组件的使用需求。
本申请还公开了一些实施例，不锈钢材料中，Ti、V、Nb中，至少两种的含量大于0；
和/或，不锈钢材料中，5(C的含量)≤(Ti+V+Nb)的含量≤12(C的含量)；
和/或，不锈钢材料应用于液态铅铋环境。
根据本申请的实施例，提供了一种不锈钢材包壳管，不锈钢包壳管采用上述的不锈钢材料制成。
本申请还公开了一些实施例，不锈钢包壳管的外径为8-15mm；和/或，壁厚为0.3-1.0mm；不锈钢包壳管的晶粒度为7-9级；和/或，不锈钢包壳管的显微组织构成为全奥氏体相，不含铁素体相。
根据本申请的实施例，提供了一种如上述不锈钢包壳管的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)合金冶炼；步骤(2)锻造；步骤(3)管坯加工；步骤(4)冷轧及中间热处理；步骤(5)最终热处理；步骤(6)预变形冷轧。
本申请还公开了一些实施例，在步骤(1)之后，在步骤(2)之前，对步骤(1)合金冶后获得的合金铸锭进行高温固溶处理；本申请还公开了一些实施例，高温固溶处理的温度不低于{1190+(Al含量-Ni含量+20)×5}℃，保温时间为10-12h；高温固溶处理有益于提高锻造组织的均匀性，在锻造前将材料中的其他析出相充分溶解进入合金基体，避免条带状组织的出现。
本申请还公开了一些实施例，步骤(1)合金冶炼包括如下步骤：将各个原料采用双真空冶炼工艺制备合金铸锭。步骤(1)中：采用真空感应熔炼制备合金自耗电极棒，精确控制合金化学成分，去除有害杂质元素；采用真空自耗重熔制备合金铸锭，改善铸锭凝固组织，提高铸锭可锻性，避免锻造开裂。
本申请还公开了一些实施例，步骤(2)锻造包括如下步骤：采用锻造工艺将合金铸锭开坯并制备锻造棒材；在步骤(2)中，锻造工艺的温度为1160-1180℃；和/或，锻造工艺的变形方式为墩拔，开坯的变形量不大于25％，墩拔的变形量为30％-40％；和/或，墩拔次数为2-5次；和/或，锻造棒材为直径Φ40-80mm的圆棒。确保这种奥氏体不锈钢包壳管在热加工过程中不出现坯料开裂、宏微观裂纹、组织不均等问题。
随着反应堆高燃耗高经济性的需求，未来铅基快堆包壳的运行温度有可能提升至550-650℃，本申请不锈钢材料还能够满足550-650℃高温液态铅铋腐蚀环境的选材需求。
相比于相关技术，应用在高温水蒸气腐蚀环境，无法直接应用于液态铅铋腐蚀环境。本申请能够用于铅基快堆包壳管及其制备工艺，尤其针对550-650℃的高温液态铅铋腐蚀环境。
且现有技术中，铅基快堆包壳管直径与壁厚的比值较大，管壁较薄，加工难度较大。而本申请材料能够满足核燃料包壳管在尺寸精度、表面质量、组织均匀性等方面的严苛要求，能够满足第四代铅基快堆高温液态铅铋腐蚀环境使用的奥氏体不锈钢包壳管及其制备工艺。
本申请还公开了一些实施例，步骤(3)管坯加工包括如下步骤：采用机加工镗孔制备管坯。
本申请还公开了一些实施例，在步骤(4)之前，对管坯进行气氛保护固溶处理，固溶处理的温度为1050-1100℃，固溶处理的时间为20-40min；
和/或，步骤(4)冷轧及中间热处理包括如下步骤：采用多道次冷轧和中间热处理制备包壳管。
本申请还公开了一些实施例，相邻两道次的冷轧之间对包壳管进行中间热处理。
本申请还公开了一些实施例，热处理的温度为1050-1100℃；热处理时间10-30min。
本申请还公开了一些实施例，步骤(5)中，最终热处理的温度为{1020+(Al含量-3.5)×60}℃，最终热处理的处理时间为5-25min；采用该温度范围，可以使得包壳管的平均晶粒度为7-9级，进而使得本申请包壳管具有良好的力学性能。
本申请还公开了一些实施例，预变形冷轧为单道次变形，单道次变形的变形量为10-25％，送进量为1-5mm/min。使得预变形冷轧后会在材料中引入一定量的位错，有助于提高材料的力学性能和抗辐照肿胀性能。
本申请还公开了一些实施例，不锈钢包壳管的制备方法还包括如下步骤：步骤(7)检验：对包壳管管材进行质量检验。
具体地，本申请可以包括如下步骤：
该方法包括以下步骤：
(1)合金冶炼：采用双真空冶炼工艺制备合金铸锭；
(2)锻造：采用锻造工艺将铸锭开坯并制备锻造棒材；
(3)管坯加工：采用机加工镗孔制备管坯；
(4)冷轧及中间热处理：采用多道次冷轧和中间热处理制备包壳管；
(5)最终热处理：采用最终热处理控制包壳管晶粒度；
(6)预变形冷轧：采用冷轧工艺对包壳管施加冷加工预变形；
(7)检验：对包壳管成品管材进行质量检验。
步骤(2)中，锻造前对铸锭进行高温固溶处理，固溶温度不低于{1190+(Al含量-Ni含量+20)×5}℃，保温时间为10-12h。
步骤(2)中，锻造温度为1160-1180℃，变形方式为墩拔，开坯变形量不大于25％，墩拔变形量为30％-40％，墩拔次数为2-5次，最终锻造成形为直径Φ40-80mm的圆棒。
步骤(3)中，将锻造棒材经头尾切除、定长切割和外表面扒皮后钻中心深孔。
步骤(3)中，采用中心镗孔工艺进行管坯机加工，该方法相比热挤压、热穿孔能够获得更好的管材内表面质量。
步骤(4)中，冷轧前对机加工管坯进行气氛保护固溶处理，固溶温度1050-1100℃，固溶时间20-40min。
步骤(4)中，利用冷轧机对机加工管坯进行冷轧，为保证含Al奥氏体不锈钢包壳管的成形质量，前两道次轧制变形量不大于20％，送进量不大于5mm/min，后续道次变形量不大于30％，送进量不大于10mm/min。
步骤(4)中，两道次轧制间采用气氛保护滚式连续热处理炉对管材进行中间热处理，处理温度为1050-1100℃，处理时间10-30min。
步骤(5)中，采用气氛保护滚式连续热处理炉对管材进行最终热处理，处理温度为{1020+(Al含量-3.5)×60}℃，温度偏差不大于10℃，处理时间为5-25min。
步骤(5)中，通过改变热处理温度控制所述包壳管的平均晶粒度为7-9级，显微组织构成为全奥氏体相，不含铁素体相。铁素体相会降低奥氏体不锈钢的力学性能和耐蚀性能，本申请能够避免铁素体形成，获得全奥氏体组织。提高合金的力学性能和加工性能。
步骤(6)中，预变形冷轧为单道次变形，变形量10-25％，送进量1-5mm/min，冷轧后不再进行热处理。
步骤(7)中，采用超声波探伤对包壳管进行100％质量检验，超声波检验人工缺陷尺寸为长3-5mm，宽0.08-0.12mm，深0.04-0.06mm。
本申请所制备的包壳管外径为8-15mm，直径尺寸偏差±0.05mm，壁厚为0.3-1.0mm，壁厚尺寸偏差±0.03mm。
实施例
实施例1：
采用真空感应熔炼加真空自耗重熔准备母合金铸锭，母合金铸锭在1185℃保温10h进行高温固溶处理。经固溶处理后的母合金铸锭在1180℃进行锻造变形，20％变形量开坯，经过3次变形量为40％的镦粗-拔长变形，最终锻打至直径为Φ50mm的圆棒。自耗锭化学成分为(wt.％)：C 0.057％、Cr 16.03％、Ni 24.9％、Al 3.48％、Mn 1.42％、Ti 0.06％、V0.06％、Nb 0.5％、Mo 2.04％、B 0.002％、Si 0.11％、O≤0.001％、N 0.0044％、S≤0.001％、P≤0.005％，Fe余量。
锻造棒材经头尾切除、定长切割和外表面扒皮后采用镗孔工艺进行管坯机加工，管坯尺寸为Φ42×4.5mm。冷轧前在氢气气氛保护炉中对管坯进行1080℃×30min的固溶处理。对管坯进行10道次冷轧，前两道次轧制变形量分别为16.5％和18.5％，送进量分别为1.5mm/min，和2mm/min，后续道次变形量不大于30％，送进量不大于10mm/min。中间热处理温度为1080℃，处理时间10-30min。包壳管最终热处理在气氛保护滚式连续热处理炉中进行，处理温度为1020℃，处理时间为10min。预变形冷轧变形量为20％，送进量为1.5mm/min，预变形冷轧完成后不再进行固溶处理。采用超声波探伤对管材进行质量检验，超声波检验人工缺陷尺寸为5×0.1×0.05mm。
所制备的包壳管外径为12±0.05mm，壁厚为0.5±0.03mm，晶粒度为8～7级，超声波探伤质量检测结果合格，力学性能如表1所示，600℃/500h，饱和氧静态铅铋腐蚀形貌如图1所示。
表1实施例1制备包壳管的力学性能
温度(℃) 屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(％)
室温 725 827 17.5
650 545 722 29.0
实施例2：
采用真空感应熔炼加真空自耗重熔准备母合金铸锭，母合金铸锭在1200℃保温10h进行高温固溶处理。经固溶处理后的母合金铸锭在1180℃进行锻造变形，20％变形量开坯，经过3次变形量为40％的镦粗-拔长变形，最终锻打至直径为Φ50mm的圆棒。自耗锭化学成分为(wt.％)：C 0.056％、Cr 16.01％、Ni 24.9％、Al 4.48％、Mn 1.41％、Ti 0.06％、V0.059％、Nb 0.51％、Mo 2.08％、B 0.002％、Si 0.11％、O≤0.001％、N 0.0030％、S≤0.001％、P≤0.005％，Fe余量。
锻造棒材经头尾切除、定长切割和外表面扒皮后采用镗孔工艺进行管坯机加工，管坯尺寸为Φ42×4.5mm。冷轧前在氢气气氛保护炉中对管坯进行1080℃×30min的固溶处理。对管坯进行11道次冷轧，前两道次轧制变形量分别为16.0％和18.0％，送进量分别为1.5mm/min，和2mm/min，后续道次变形量不大于30％，送进量不大于10mm/min。中间热处理温度为1080℃，处理时间10-30min。包壳管最终热处理在气氛保护滚式连续热处理炉中进行，处理温度为1080℃，处理时间为15min。预变形冷轧变形量为20％，送进量为1.5mm/min，预变形冷轧完成后不再进行固溶处理。采用超声波探伤对管材进行质量检验，超声波检验人工缺陷尺寸为5×0.1×0.05mm。
所制备的包壳管外径为12±0.05mm，壁厚为0.5±0.03mm，晶粒度为8～7级，超声波探伤质量检测结果合格，力学性能如表2所示，600℃/500h，饱和氧静态铅铋腐蚀形貌如图2所示。
表2实施例2制备包壳管的力学性能
Figure BDA0003742658220000081
对比例1：
采用真空感应熔炼加真空自耗重熔准备母合金铸锭，母合金铸锭在1180℃保温10h进行高温固溶处理。经固溶处理后的母合金铸锭在1180℃进行锻造变形，30％变形量开坯，经过2次变形量为40％的镦粗-拔长变形，最终锻打至直径为Φ50mm的圆棒。自耗锭化学成分为(wt.％)：C 0.056％、Cr 15.89％、Ni 14.9％、Al 0.23％、Mn 1.13％、Ti 0.38％、Mo1.48％、B 0.003％、Si 0.40％、O≤0.001％、N 0.0040％、S≤0.001％、P≤0.005％，Fe余量。
锻造棒材经头尾切除、定长切割和外表面扒皮后采用镗孔工艺进行管坯机加工，管坯尺寸为Φ42×4.5mm。冷轧前在氢气气氛保护炉中对管坯进行1080℃×30min的固溶处理。对管坯进行8道次冷轧，前两道次轧制变形量分别为20％和25％，送进量分别为2mm/min，和3mm/min，后续道次变形量不大于30％，送进量不大于10mm/min。中间热处理温度为1080℃，处理时间10-30min。包壳管最终热处理在气氛保护滚式连续热处理炉中进行，处理温度为1060℃，处理时间为12min。预变形冷轧变形量为20％，送进量为1.5mm/min，预变形冷轧完成后不再进行固溶处理。采用超声波探伤对管材进行质量检验，超声波检验人工缺陷尺寸为5×0.1×0.05mm。
所制备的包壳管外径为12±0.05mm，壁厚为0.5±0.03mm，晶粒度为8～7级，超声波探伤质量检测结果合格，力学性能如表3所示，600℃/500h，饱和氧静态铅铋腐蚀形貌如图3所示。
表3对比例1制备包壳管的力学性能
Figure BDA0003742658220000091
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种不锈钢包壳管，其特征在于，所述不锈钢包壳管采用不锈钢材料制成；其中，所述不锈钢材料包括如下重量百分比的原料：
C 0.04-0.08％、Cr 16.0-20.0％、Ni 20.0-28.0％、Al 3.0-5.0％、Mn 1.2-3.0％、Ti≤0.5％、V≤0.5％、Nb≤1.0％、Mo1.3-2.5％、B≤0.005％、Si≤0.3％、O≤0.0015％、N≤0.01％、S≤0.0015％、P≤0.01％，余量的Fe；
其中，所述不锈钢材料中，Ti、V、Nb中，至少两种的含量大于0；
其中，所述不锈钢材料中，5(C的含量)≤(Ti+V+Nb)的含量≤12(C的含量)；
其中，所述不锈钢包壳管的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)合金冶炼；步骤(2)锻造；步骤(3)管坯加工；步骤(4)冷轧及中间热处理；步骤(5)最终热处理；步骤(6)预变形冷轧；
其中，在所述步骤(1)之后，在所述步骤(2)之前，对所述步骤(1)合金冶炼后获得的合金铸锭进行高温固溶处理；所述高温固溶处理的温度不低于{1190+(Al含量-Ni含量+20)×5}℃，保温时间为10-12h；
其中，所述步骤(3)管坯加工包括如下步骤：采用机加工镗孔制备管坯；
其中，所述步骤(5)中，所述最终热处理的温度为{1020+(Al含量-3.5)×60}℃，所述最终热处理的处理时间为5-25min。
2.根据权利要求1中所述的不锈钢包壳管，其特征在于，所述不锈钢包壳管应用于液态铅铋环境。
3.根据权利要求1中所述的不锈钢包壳管，其特征在于，所述不锈钢包壳管的外径为8-15mm；和/或，壁厚为0.3-1.0mm；所述不锈钢包壳管的晶粒度为7-9级；和/或，所述不锈钢包壳管的显微组织构成为全奥氏体相，不含铁素体相。
4.根据权利要求1中所述的不锈钢包壳管的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)合金冶炼包括如下步骤：将各个原料采用双真空冶炼工艺制备合金铸锭。
5.根据权利要求1中所述的不锈钢包壳管的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)锻造包括如下步骤：采用锻造工艺将所述合金铸锭开坯并制备锻造棒材；在所述步骤(2)中，所述锻造工艺的温度为1160-1180℃；和/或，所述锻造工艺的变形方式为墩拔，所述开坯的变形量不大于25％，所述墩拔的变形量为30％-40％；和/或，墩拔次数为2-5次；和/或，所述锻造棒材为直径Φ40-80mm的圆棒。
6.根据权利要求1中所述的不锈钢包壳管的制备方法，其特征在于，在所述步骤(4)之前，对所述管坯进行气氛保护固溶处理，所述固溶处理的温度为1050-1100℃，所述固溶处理的时间为20-40min。
7.根据权利要求1中所述的不锈钢包壳管的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)冷轧及中间热处理包括如下步骤：采用多道次冷轧和中间热处理制备包壳管。
8.根据权利要求7中所述的不锈钢包壳管的制备方法，其特征在于，相邻两道次的所述冷轧之间对所述包壳管进行所述中间热处理。
9.根据权利要求7中所述的不锈钢包壳管的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为1050-1100℃；所述热处理时间10-30min。
10.根据权利要求1中所述的不锈钢包壳管的制备方法，其特征在于，所述预变形冷轧为单道次变形，所述单道次变形的变形量为10-25％，送进量为1-5mm/min。
11.根据权利要求1中所述的不锈钢包壳管的制备方法，其特征在于，所述不锈钢包壳管的制备方法还包括如下步骤：步骤(7)检验：对所述包壳管管材进行质量检验。
CN202210816608.6A 2022-07-12 2022-07-12 不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法 Active CN115369331B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210816608.6A CN115369331B (zh) 2022-07-12 2022-07-12 不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210816608.6A CN115369331B (zh) 2022-07-12 2022-07-12 不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115369331A CN115369331A (zh) 2022-11-22
CN115369331B true CN115369331B (zh) 2023-06-30

Family

ID=84061970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210816608.6A Active CN115369331B (zh) 2022-07-12 2022-07-12 不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115369331B (zh)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009079240A (ja) * 2007-09-25 2009-04-16 Tohoku Univ オーステナイト系ステンレス鋼とその製造方法、原子炉内構造物及び配管
JP2011068919A (ja) * 2009-09-24 2011-04-07 Hitachi Ltd 高強度耐水素脆性Ｆｅ−Ｎｉ基合金
CN102808138B (zh) * 2011-05-31 2014-06-11 中国核动力研究设计院 超临界水冷堆中燃料包壳的奥氏体不锈钢材料及制造工艺
CN104561821A (zh) * 2014-11-13 2015-04-29 江苏大学 奥氏体系不锈钢及其制备方法
CN105112811B (zh) * 2015-09-07 2017-03-22 中国科学院合肥物质科学研究院 一种铅铋快堆用奥氏体不锈钢包壳管及其制备方法
CN109355558B (zh) * 2018-11-01 2021-01-26 中广核研究院有限公司 奥氏体不锈钢及其制备方法、应用
KR20220066848A (ko) * 2020-11-16 2022-05-24 울산과학기술원 납 또는 납-비스무스 공융물 내의 내부식성 알루미나 산화막 형성 오스테나이트계 스테인리스 강 및 이의 제조 방법
CN113981328B (zh) * 2021-09-18 2022-05-24 四川大学 表面自发连续生成三氧化二铝膜的含铝奥氏体不锈钢及其制备方法
CN114574778A (zh) * 2022-03-04 2022-06-03 中国原子能科学研究院 一种提高铅基堆用高性能紧固件耐液态铅铋腐蚀性能的合金化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115369331A (zh) 2022-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109972048B (zh) 核反应堆核燃料包壳用FeCrAl合金与铁素体/马氏体耐热钢复合管及制备方法
CN108467973B (zh) 700℃超超临界锅炉用镍铬钨系高温合金无缝管及制造方法
CN100554475C (zh) Fe-Ni合金管坯及其制造方法
CN107553074B (zh) 高温加热炉用uns n08810铁镍基合金大口径无缝管材的制造方法
CN107557616B (zh) 一种镍基耐蚀合金管材及其制造方法
CN109097678A (zh) 一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质外套管的制造方法
CN107739893A (zh) 高温合金细径薄壁毛细管及其制备方法
CN102560268A (zh) 一种超低碳高强度不锈钢细径导管及其制备方法
CN110695091B (zh) 一种耐熔盐腐蚀镍钼铬合金型材的加工方法
CN112756909A (zh) 一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法
CN111411266A (zh) 一种镍基高钨多晶高温合金的制备工艺
EP0899747B1 (en) Method of manufacturing zirconium tin iron alloys for nuclear fuel rods and structural parts for high burnup
CN105714152B (zh) 一种镍基耐蚀合金及制备方法
CN100372954C (zh) 锆合金和用于轻水冷却核反应堆内核的部件
CN100590210C (zh) 一种提高γ＇沉淀强化型铁基合金中孪晶界数量的工艺方法
CN115369331B (zh) 不锈钢材料、不锈钢包壳管及其制备方法
CN109013744A (zh) 一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法
CN109504916B (zh) 一种含铜钛高强度高耐蚀奥氏体不锈钢及其制备方法
CN109504835B (zh) 一种铜钨增强抗蚀奥氏体不锈钢及其制备方法
EP2656931A1 (en) PRODUCTION METHOD FOR ROUND STEEL BAR FOR SEAMLESS PIPE COMPRISING HIGH Cr-Ni ALLOY, AND PRODUCTION METHOD FOR SEAMLESS PIPE USING ROUND STEEL BAR
CN112662973B (zh) 一种核反应堆燃料通道锆合金压力管的制造方法
CN110303067B (zh) 一种高强韧性钛合金油井管及其制造方法
CN109504826B (zh) 一种含铜钒高强度高耐蚀不锈钢及其制备方法
CN105483494A (zh) 易加工成厚壁无缝管的时效强化型铁镍基耐蚀合金
JP3400815B2 (ja) ジルカロイ−２製ｂｗｒ原子炉燃料用材料の製造方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant