核電站控制棒驅動機構行程套管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種核電站控制棒驅動機構行程套管的制備方法，其包括以下步驟：1)選取原料并通過電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉，獲得鋼水；2)將鋼水澆注成電極；3)將電極電渣重熔獲得鋼錠，其中，以重量百分比計，鋼錠含有≤0.035%C、≤1.00%Si、≤2.00%Mn、≤0.030%P、≤0.015%S、18.50～20.00%Cr、9.00～10.00%Ni、≤0.080%N、≤1.00%Cu、≤0.10%Co、≤0.001%B、≤0.05%Al和余量Fe；4)鍛造鋼錠毛坯，熱處理后進行機加工；以及5)經磁性能檢驗、無損檢測后獲得核電站控制棒驅動機構行程套管。根據(jù)本發(fā)明制備方法獲得的核電站控制棒驅動機構行程套管可達到實際使用的力學性能和功能性的要求，壽命滿足設計規(guī)范和國家標準要求，經逐點測量磁導率，相對磁導率可控制在1.02以下。
【專利說明】核電站控制棒驅動機構行程套管及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于核電【技術領域】，更具體地說，本發(fā)明涉及一種核電站控制棒驅動機構行程套管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]核電站核安全級設備一控制棒驅動機構(CRDM)是核電站反應堆系統(tǒng)中重要的機械設備，作為反應堆控制和保護系統(tǒng)的一部份，CRDM是極其重要的執(zhí)行機構，其主要功能是驅動控制棒在堆芯中上、下運動實現(xiàn)反應堆啟動、提升功率、保持功率、負荷跟蹤、正常停堆和事故停堆。
[0003]壓水堆核電站CRDM行程套管是磁力提升式控制棒驅動機構的承壓密封件的一部份，工作在核電站一回路高溫高壓水的環(huán)境中，不僅要為驅動桿部件的運動提供行程空間，也充當棒位探測器部件的定位和支撐結構。為了保證鐵磁性棒位探測器指示的精確，要求棒位探測器線圈通電后行程套管無磁性，因此要求行程套管的材料具有耐高溫高壓的力學性能、純奧氏體組織、無磁性和耐腐蝕,屬于核一級零部件。
[0004]CRDM行程套管長期被國外少數(shù)幾個國家壟斷，他們長期控制著全球核電項目的CRDM行程套管供貨市場。完全依賴于國外少數(shù)CRDM設備生產廠家供貨，我國不僅需要多付出昂貴的采購成本，而且供貨周期不確定，風險大，曾經不同程度影響到我國在建核電新項目的工期進度。
[0005]有鑒于此， 確有必要提供一種核電站控制棒驅動機構行程套管及其制備方法。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:提供一種核電站控制棒驅動機構行程套管及其制備方法。
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種核電站控制棒驅動機構行程套管的制備方法，其包括以下步驟:
[0008]I)選取原料并通過電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉，獲得鋼水；
[0009]2)將鋼水澆注成電極；
[0010]3)將電極電渣重熔獲得鋼錠，其中，以重量百分比計，鋼錠含有≤0.035%C、(1.00%S1、( 2.00%Mn、( 0.030%P、( 0.015%S、18.50 ~20.00%Cr、9.00 ~10.00%N1、(0.080%N、≤ 1.00%Cu、≤ 0.10%Co、≤ 0.001%B、≤ 0.05%A1 和余量 Fe ；
[0011]4)鍛造鋼錠毛坯，熱處理后進行機加工；以及
[0012]5)經磁性能檢驗、無損檢測后獲得核電站控制棒驅動機構行程套管。
[0013]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟I)中，所述原料采用高碳鉻鐵、中碳鉻鐵、鎳板、低P原料、金屬猛、含氮鉻鐵、娃鐵。
[0014]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟2)中，所述澆注在氬氣保護氛圍中進行。
[0015]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟3)進行之前，對電極表面進行清理。[0016]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟3)進行之后，對脫模的鋼錠進行表面精
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[0017]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟4)中，所述鋼錠加熱保溫后采用快鍛開坯和徑鍛制成毛坯。
[0018]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，所述鋼錠加熱保溫工藝為:將鋼錠自< 700°C緩慢加熱至900-1000。。，在900-1000。。保溫2小時后再緩慢加熱至1000-1100。。，在1000-1100°C保溫2小時之后，出爐鍛造。
[0019]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，進行所述快鍛開坯時，將鋼錠鐓粗二次或多次，鐓粗保溫后鋼坯出爐進行拔長鍛造，經多次鍛造后將鋼坯鍛成所需中間坯尺寸，開坯后切除鋼徒頭、尾。
[0020]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，所述鋼坯在徑鍛加熱爐中在> 1100°C的溫度加熱2.5-4.5小時，保溫1.5-2.5小時，鋼坯出爐后在徑鍛機上鍛造成所需中間坯尺寸。
[0021]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟4)后，對鍛件毛坯進行固溶處理。
[0022]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，所述固溶處理為:將鍛件鋼坯自< 650°C加熱至> 1000°C，保溫≤2.5小時后水冷至鋼坯表面溫度小于40°C。
[0023]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，通過選取原料和添加合金料來獲得步驟3)中的鋼錠的成份。
[0024]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種核電站控制棒驅動機構行程套管，以重量百分比計，所述核電站控制棒驅動機構行程套管含有≤0.035%C、≤1.00%S1、(2.00%Mn、( 0.030%P、( 0.015%S、18.50 ~20.00%Cr、9.00 ~10.00%N1、( 0.080%N、(1.00%Cu、≤ 0.10%Co、≤ 0.001%B、≤ 0.05%A1 和余量 Fe。
[0025]作為本發(fā)明核電站控制棒驅動機構行程套管的一種改進，所述核電站控制棒驅動機構行程套管通過前述制備方法獲得。
[0026]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明核電站控制棒驅動機構行程套管及其制備方法具有以下優(yōu)點:
[0027]通過化學成份的優(yōu)化和制造過程中化學成份的控制，CRDM行程套管可達到實際使用的力學性能和功能性的要求，壽命滿足CRDM的設計規(guī)范和國家標準要求。此外，逐點測量磁導率，相對磁導率可控制在1.02以下。經實際檢測，安裝在CRDM中運行時各項指標性能優(yōu)良，安全可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]下面結合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明核電站控制棒驅動機構行程套管及其制備方法進行詳細說明，其中:
[0029]圖1為本發(fā)明核電站控制棒驅動機構行程套管的制備方法中快鍛開坯加熱工藝曲線圖。
[0030]圖2為本發(fā)明核電站控制棒驅動機構行程套管的制備方法中毛坯固溶處理的工藝曲線圖。
[0031]圖3為根據(jù)本發(fā)明核電站控制棒驅動機構行程套管的制備方法獲得的試樣的夾雜物形貌圖。[0032]圖4為根據(jù)本發(fā)明核電站控制棒驅動機構行程套管的制備方法獲得的試樣的α相形貌圖。
[0033]圖5為根據(jù)本發(fā)明核電站控制棒驅動機構行程套管的制備方法獲得的試樣的金相組織、晶粒度形貌圖。
實施例
[0034]為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術方案及其技術效果更加清晰，以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的實施例僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。
[0035]本發(fā)明核電站控制棒驅動機構行程套管的制備方法的主要工藝流程包括:原料精選一電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉一澆鑄電極一表面精整一電渣重熔一鍛造毛坯一熱處理一取樣一理化性能檢驗一機加工一磁性能檢驗一無損檢測一尺寸、表面質量檢驗。
[0036]1.原料精選:原料采用高碳鉻鐵、中碳鉻鐵、鎳板、低P原料、金屬錳、含氮鉻鐵、硅鐵。
[0037]2.電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉:原料在電爐中熔化，然后將鋼水倒入AOD精煉爐中吹氧脫碳、吹氮，加入合金料，調整化學成分，達到煉鋼工藝規(guī)范規(guī)定的目標成分和鋼水溫度后出鋼，鋼水倒入鋼包。
[0038]鋼包移入LF精煉爐進行第二次精煉，根據(jù)爐前分析結果加入合金料以調整化學成分，同時調整鋼水溫度，待鋼水達到滿足煉鋼工藝規(guī)范要求的目標化學成分和出鋼溫度后出鋼。
[0039]3.澆鑄電極:為`了保護鋼水澆鑄過程中不氧化、少氧化，采用氬氣保護澆鑄。
[0040]4.電渣重熔:為了提高鋼的冶金質量，進行電渣重熔二次冶煉，獲得鋼錠。通過電渣重熔，可提高鋼的純凈度，減少鋼中夾雜物，減小夾雜物的尺寸、改變夾雜物的分布。
[0041]在電渣重熔前，對電極表面先進行清理，清除表面氧化皮。此外，為了去除渣料中水分，使用前，可采用電阻爐烘烤渣料。
[0042]電渣重熔時采用CaF2: Al2O3: CaO: MgO四元渣系，采用不銹鋼通用電渣重熔工藝，通過控制電壓和電流，保證電渣重熔過程平穩(wěn)進行。
[0043]為了保證鋼的組織滿足要求，對鋼的主要合金元素進行目標成份控制，鋼的主要合金兀素含量見下表1。
[0044]表1鋼的主要合金元素含量(重量百分比)
【權利要求】
1.一種核電站控制棒驅動機構行程套管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)選取原料并通過電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉，獲得鋼水； 2)將鋼水澆注成電極； 3)將電極電渣重熔獲得鋼錠，其中，以重量百分比計，鋼錠含有≤0.035%C、≤1.00%S1、≤ 2.00%Mn、≤ 0.030%P、≤ 0.015%S、18.50 ~20.00%Cr、9.00 ~10.00%N1、≤0.080%N、≤ 1.00%Cu、≤ 0.10%Co、≤ 0.001%B、≤ 0.05%A1 和余量 Fe ； 4)鍛造鋼錠毛坯，熱處理后進行機加工；以及 5)經磁性能檢驗、無損檢測后獲得核電站控制棒驅動機構行程套管。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟I)中，所述原料采用高碳鉻鐵、中碳鉻鐵、鎳板、低P原料、金屬錳、含氮鉻鐵、硅鐵。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述澆注在氬氣保護氛圍中進行。
4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)進行之前，對電極表面進行清理。
5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)進行之后，對脫模的鋼錠進行表面精整。
6.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，所述鋼錠加熱保溫后采用快鍛開坯和徑鍛制成毛坯。
7.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述鋼錠加熱保溫的工藝為:將鋼錠自≤700°C緩慢加熱至900-1000°C，在900-1000°C保溫2小時再緩慢加熱至1000-1100°C;在1000-1100°C保溫2小時之后，出爐鍛造。
8.根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，進行所述快鍛開坯時，將鋼錠鐓粗二次或多次，鐓粗保溫后鋼坯出爐進行拔長鍛造，經多次鍛造后將鋼坯鍛成所需中間坯尺寸，開還后切除鋼徒頭、尾。
9.根據(jù)權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述鋼坯在徑鍛加熱爐中在>1100°c的溫度加熱2.5-4.5小時，保溫1.5-2.5小時，鋼坯出爐后在徑鍛機上鍛造成所需中間坯尺寸。
10.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)后，對鍛件毛坯進行固溶處理。
11.根據(jù)權利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述固溶處理為:將鍛件鋼坯自≤650°C加熱至> 1000°C，保溫≥2.5小時后水冷至鋼坯表面溫度小于40°C。
12.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，通過選取原料和添加合金料來獲得步驟3)中的鋼錠的成份。
13.一種核電站控制棒驅動機構行程套管，其特征在于，以重量百分比計，所述核電站控制棒驅動機構行程套管含有≤0.035%C、≤1.00%S1、≤2.00%Μη、≤0.030%P、≤0.015%S、18.50 ~20.00%Cr、9.00 ~10.00%N1、≤ 0.080%N、≤ 1.00%Cu、≤ 0.10%Co、≤ 0.001%B、≤0.05%A1 和余量 Fe。
14.根據(jù)權利要求13所述的核電站控制棒驅動機構行程套管，其特征在于，所述核電站控制棒驅動機構行程套管通過權利要求1-12中任一項所述的制備方法獲得。
【文檔編號】C22C38/52GK103695809SQ201310688005
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月15日 優(yōu)先權日:2013年12月15日
【發(fā)明者】楊春樂, 楊孟嘉, 陳志強, 冉小兵, 鄧小云, 戴長年, 劉寶亭, 米大為, 唐茂, 吳昊 申請人:中廣核工程有限公司, 中國廣核集團有限公司