專利名稱：離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種離心鑄造爐管的冶煉工藝，特別是涉及到一種核電廠用大口徑厚壁核主管道的制作工藝。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高。用電需求越來(lái)越大，但國(guó)內(nèi)煤炭貯存量越來(lái)越少。而火力發(fā)電對(duì)環(huán)境污染也很大，這就必須有一種新能源來(lái)代替——核能發(fā)展。核能發(fā)電國(guó)家制定長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃(2005年～2020年)。目前，壓水堆核電站是目前國(guó)內(nèi)已建或在建的主要核電廠之一，其中壓水堆核電站主管道連接反應(yīng)堆壓力容器，主蒸發(fā)器和主泵，組成一個(gè)環(huán)路，在主泵的驅(qū)動(dòng)下，冷卻劑在環(huán)路中循環(huán)流動(dòng)，將核裂變產(chǎn)生的熱量帶出并傳遞給主蒸發(fā)器。主管道是保持冷卻劑壓力邊界完整性的重要組成部分，其安全等級(jí)為核安全一級(jí)，離心鑄造管直管是主管道的重要組成部分。近年來(lái)，熱軋技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)正在用離心鑄造軋輥的生產(chǎn)方法開(kāi)發(fā)高性能的合金爐管，以滿足核電的需要，離心鑄造軋輥生產(chǎn)方法與連續(xù)鑄造復(fù)合法(中國(guó)專利CN1280042)、電渣重熔法(中國(guó)專利CN1157192)等相比較，具有設(shè)備投資少，生產(chǎn)成本低，操作方法簡(jiǎn)便，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但是，核電用合金爐管中含有較多的W、Cr、Mo、V等合金元素，而這些元素及其形成的碳化物密度差別很大，在普通的離心鑄造條件下，合金爐管中合金元素偏析嚴(yán)重，外層V含量低，而W、Mo含量高，內(nèi)層正好相反，這樣嚴(yán)重影響了爐管的耐磨性；原料成本高；產(chǎn)品的純潔度較低；產(chǎn)品中氧、硫化物夾雜較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)偏析、耐磨性好，同時(shí)降低原料成本，使產(chǎn)品的純潔度得到提高的離心鑄造合金爐管的制造方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于包括下列步驟①采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯(lián)冶煉工藝，冶煉CF8MModify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，由中頻爐提供半鋼水，用澆包運(yùn)送半鋼水給AOD爐、然后用三步法進(jìn)行精煉AOD爐一步脫碳；AOD爐二步還原；AOD爐三步調(diào)整成分，AOD爐出鋼溫度1600-1630℃。給離心鑄管及砂型鑄造提供純凈的鋼液，從而保證產(chǎn)品性能達(dá)到主管道產(chǎn)品技術(shù)條件所規(guī)定的要求，出鋼溫度1600℃～1630℃；②將型筒預(yù)熱到200-250℃，在其內(nèi)壁噴涂耐一層高溫涂料，涂料厚度2-3mm。采用高溫涂料，該涂料滿足合適的酸堿度匹配，從而杜絕制品表面產(chǎn)生浸入性氣孔等缺陷。具有足夠高的耐火度，高溫強(qiáng)度，懸浮性、發(fā)氣性和涂布性，確保涂層的均勻性。
③采用分段式澆注方法保證鋼液在型筒中平穩(wěn)充型，避免鋼液在型筒中的徑向擾動(dòng)，使鋼液在相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下確保鋼液中的上浮(氣、雜上浮)，下沉(鋼液下沉)充分進(jìn)行，提高鋼液的純潔度并最大限度降低偏析及保證制品的致密性。澆注溫度1500℃-1570℃，間梯式設(shè)置型筒轉(zhuǎn)速在400-500r/min；在澆注產(chǎn)品的內(nèi)壁噴涂一層發(fā)熱保溫劑，以控制軸向傳熱，保證鋼液在結(jié)晶器中，以同心圓平面型堆進(jìn)的結(jié)晶的方式從型壁至中心的順序凝固，以確保從開(kāi)始結(jié)晶至接近完全凝固時(shí)均有足夠的補(bǔ)縮鋼水，從而確保離心鑄管的致密性，同時(shí)改善主管內(nèi)壁的表面粗糙度。
④在300-400℃下脫模；⑤產(chǎn)品經(jīng)過(guò)1050-1150℃溫度固溶熱處理。固溶處理是大口徑厚壁奧氏體不銹鋼離心鑄管制造過(guò)程中的重要工序之一。試驗(yàn)研究表明，在1200℃時(shí)，碳在奧氏體中的溶解度為0.14％，在600℃時(shí)僅為0.08％。固溶熱處理的目的是將制品加熱到1050℃～1150℃溫度并恒溫，讓碳充分溶解在奧氏體中，然后急速冷卻，以避免碳化物析出，防止類似晶間腐蝕這樣的選擇性腐蝕。固溶處理溫度是按任務(wù)書(shū)的規(guī)定進(jìn)行的，四只熱電偶在爐膛內(nèi)均布，其溫度偏差＜±10℃，淬火池水溫低于34℃。
另外，在加工過(guò)程中，采用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，確保結(jié)晶器在鋼液凝固過(guò)程中控制軸向傳熱，徑向的定向快速冷卻。
采用本發(fā)明所述工藝鑄造的主直管道產(chǎn)品性能指標(biāo)①安全等級(jí)核安全一級(jí)；②質(zhì)量等級(jí)QA1級(jí)；③抗震類別I類；④運(yùn)行壓力P＝15.2Mpa；⑤運(yùn)行溫度T＝315℃；⑥設(shè)計(jì)溫度T＝350℃；⑦設(shè)計(jì)壓力P＝17.15Mpa；⑧水壓試驗(yàn)壓力P＝21.5Mpa；⑨設(shè)計(jì)壽命Y＝40年⑩選用材料ASME SA-451 CPF8M Modf
主直管道產(chǎn)品的性能試驗(yàn)結(jié)果1.主直管道產(chǎn)品試制件規(guī)格Φ840×72.5×2000(mm)的化學(xué)成分分析按技術(shù)條件的規(guī)定，管段的化學(xué)成分分析，包括從澆包中取樣的化學(xué)成分分析及按任務(wù)書(shū)要求取任成品0°、90°、180°、270°方位1/4厚度成品樣的化學(xué)分析，分析結(jié)果符合技術(shù)條件(見(jiàn)表1)。
表1 澆包及成品化學(xué)成分分析結(jié)果

2.主直管道產(chǎn)品的δ鐵素體的測(cè)定按技術(shù)條件規(guī)定，用澆包化學(xué)成分和成品化學(xué)成分分析結(jié)果，分別計(jì)算出鉻當(dāng)量Creq和鎳當(dāng)量Nieq，求得δ鐵素體含量值，所得結(jié)果均在16～18％范圍內(nèi)，符合技術(shù)條件中要求鐵素體含量應(yīng)為15～20％的。
鎳和鉻當(dāng)量公式分別為Nieq＝％Ni+30×％C+0.5×％Mn；Creq＝％Cr+％Mo+1.5×％Si+0.5×％Nb。
試樣分析結(jié)果均含有0.02％ Nb
①澆包分析 Nieq＝10.41+30×0.03+0.5×0.82＝11.7Creq＝20.18+2.12+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.6得鐵素體含量為17％②從制品0°位置1/4厚度取樣的1#成品試樣分析結(jié)果Nieq＝10.52+30×0.03+0.5×0.82＝11.8Creq＝20.04+2.10+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.4得鐵素體含量為17％③從制品90°位置1/4厚度取樣的2#成品試樣分析結(jié)果得Nieq＝10.41+30×0.03+0.5×0.80＝11.7Creq＝20.18+2.12+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.6得鐵素體含量為17％④從制品180°位置1/4厚度取樣的3#成品試樣分析結(jié)果得Nieq＝10.40+30×0.03+0.5×0.80＝11.7Creq＝19.96+2.05+1.5×0.82+0.5×0.02＝23.3得鐵素體含量為16％⑤從制品270°位置1/4厚度取樣的4#成品試樣分析結(jié)果得Nieq＝10.55+30×0.03+0.5×0.83＝11.9Creq＝20.02+2.09+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.4得鐵素體含量為16％經(jīng)分析，上述結(jié)果均符合技術(shù)條件的規(guī)定3.主直管道產(chǎn)品截取試樣的力學(xué)性能力學(xué)性能試樣按技術(shù)條件要求在固溶熱處理的制品上按取樣圖截取，按ASTM E8和ASTM E21標(biāo)準(zhǔn)，采用Φ10mm截面的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果符合技術(shù)條件的規(guī)定值(見(jiàn)表2)。
表2 常溫及高溫(350℃)拉伸試驗(yàn)結(jié)果

4.主直管道產(chǎn)品截取試樣的夏比沖擊韌性夏比沖擊韌性試驗(yàn)所用試樣按技術(shù)條件從固溶熱處理后的直管段截取，按ASTM A370進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合技術(shù)條件的規(guī)定三個(gè)試驗(yàn)的平均值A(chǔ)KV≥80J單個(gè)最低值A(chǔ)KV≥60J(見(jiàn)表3)
表3 夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果

5.主直管道產(chǎn)品試樣的晶間腐蝕敏感性試驗(yàn)按技術(shù)條件截取的試樣經(jīng)725℃保溫30分鐘的恒溫后在茂福爐中緩慢冷卻，經(jīng)研磨處理，丙酮去油后有純凈水沖洗、吹干，按ASTMA262 E法在帶回流冷凝器的三角燒中煮沸24小時(shí)，經(jīng)過(guò)晶間腐蝕試驗(yàn)的試樣，在試驗(yàn)機(jī)上冷彎180°，未發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。
6.主直管道產(chǎn)品段橫截面環(huán)狀試樣的宏觀浸蝕試驗(yàn)按技術(shù)條件要求從經(jīng)過(guò)固溶處理的直管段一端取一橫截面的環(huán)狀試樣，按ASTM E340進(jìn)行了宏觀浸蝕，橫截面組織均勻、致密未發(fā)現(xiàn)任何縮孔、氣泡乃至裂紋等缺陷，符合技術(shù)條件的要求。
權(quán)利要求
1.離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于①采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯(lián)冶煉工藝，冶煉CF8MModify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，出鋼溫度1600℃～1630℃；②將型筒預(yù)熱到200-250℃；③采用分段式澆注方法保證鋼液在型筒中平穩(wěn)充型，避免鋼液在型筒中的徑向擾動(dòng)，澆注溫度1500℃-1570℃，型筒轉(zhuǎn)速在400-500r/min；④在300-400℃下脫模；⑤產(chǎn)品經(jīng)固熔熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于當(dāng)型筒預(yù)熱到200-250℃時(shí)在其內(nèi)壁噴涂耐一層高溫涂料，涂料厚度2-3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于在澆注產(chǎn)品的內(nèi)壁涂一層發(fā)熱保溫劑，保溫劑成型厚度1.5-2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于間梯式設(shè)置型筒轉(zhuǎn)速。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于采用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，確保結(jié)晶器在鋼液凝固過(guò)程中控制軸向傳熱，徑向的定向快速冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種核電廠用離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的制作工藝。采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯(lián)冶煉工藝，冶煉CF8M Modify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，出鋼溫度1600℃～1630℃。采用分段式澆注方法保證鋼液在型筒中平穩(wěn)充型，避免鋼液在型筒中的徑向擾動(dòng)，提高鋼液的純潔度并最大限度降低偏析及保證制品的致密性。同時(shí)采用內(nèi)壁發(fā)熱保溫劑，以控制軸向傳熱，保證鋼液在結(jié)晶器中，以同心圓平面型堆進(jìn)的結(jié)晶的方式從型壁至中心的順序凝固，以確保從開(kāi)始結(jié)晶至接近完全凝固時(shí)均有足夠的補(bǔ)縮鋼水，從而確保離心鑄管的致密性，同時(shí)改善主管內(nèi)壁的表面粗糙度。
文檔編號(hào)C22C1/02GK1824431SQ20061003911
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者張宗良, 顧朝冰, 何紀(jì)海, 和仲祥, 倪洪濤 申請(qǐng)人:江蘇標(biāo)新集團(tuán)有限公司