本發(fā)明涉及一種核電用鍛件材料的生產(chǎn)方法，特別是涉及一種核電用鍛件材料氫含量的控制方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著煤炭、石油等能源的日益短缺，世界各國都在積極地開發(fā)新的可用能源，而核能是世界各國普遍認(rèn)可并主張大力開發(fā)的一種安全、清潔、高效的能源。目前為止，美國、法國、英國、加拿大等國核能的利用率均很高，現(xiàn)階段中國對核能的開發(fā)與利用與其相比還處于一種落后的局面。從長遠(yuǎn)看，核能不但可以用于發(fā)電，還將為交通運(yùn)輸和工業(yè)供熱提供能源，逐步取代日益短缺的石油、煤炭等資源。

不銹鋼和低合金鋼鍛件是核電用關(guān)鍵材料，其綜合性能的優(yōu)劣直接決定整體裝備的穩(wěn)定性和可靠性。氫是原子半徑最小的元素，其在鋼或合金中存在極易引發(fā)白點(diǎn)、發(fā)紋、氫鼓泡、氫致延遲斷裂等嚴(yán)重問題，是造成合金鍛件損傷失效的一個重要原因。由對氫的敏感性劃分，目前核電用鍛件可分為二類。

其一是易氫脆材料，氫在這類材料中的溶解度低而擴(kuò)散速率快，極易形成氫致脆性斷裂，如馬氏體不銹鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。

其二是不易氫脆材料，氫在這類材料中的溶解度較大而擴(kuò)散速率低，這類材料主要是指奧氏體不銹鋼。

但是應(yīng)予指出的是，當(dāng)奧氏體不銹鋼中的氫含量過高時，在其服役過程中氫會擴(kuò)散偏聚于晶界等強(qiáng)的氫陷阱處，導(dǎo)致氫致延遲斷裂發(fā)生，其危害亦不容忽視。含氫量高的F316LN安全端鍛件、40NCD7.03主螺栓鍛件及Z5CND13-04泵軸等鍛件在力學(xué)性能方面表現(xiàn)為沖擊韌性及延伸率非常差，均不滿足技術(shù)條件要求。為保證核電用鍛件的綜合性能，確保其在服役過程中的穩(wěn)定性和可靠性，需對鍛件材料中的氫含量進(jìn)行控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于解決現(xiàn)有技術(shù)中因?yàn)橛泻υ貧浜坎灰卓刂贫鴮?dǎo)致材料綜合性能不滿足技術(shù)要求而報(bào)廢的問題，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和研究后提供一種核電用鍛件材料氫含量的控制方法。本發(fā)明可以顯著提高合金鍛件、特別是奧氏體合金鍛件服役過程中的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低鍛件在服役過程中的風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明給出的技術(shù)方案是：一種核電用鍛件材料氫含量的控制方法，其特征在于核電用鍛件材料氫含量的控制方法，包括如下步驟。

（1）選取經(jīng)過烘烤后的爐料進(jìn)行電爐冶煉，熔煉過程中，吹氬全程攪拌并進(jìn)行鋼包精煉，真空除氣過程中，真空度≤50Pa，并采用真空澆注，真空澆注控制真空度≤120Pa；奧氏體不銹鋼電極的氫含量應(yīng)≤2.0PPm，馬氏體不銹鋼及低合金鋼的氫含量應(yīng)≤1.0PPm。

（2）所述步驟（1）中所用金屬電極采用機(jī)加工方法處理，表面要求露出金屬光澤。

（3）所述步驟（2）完成后對真空預(yù)熔渣進(jìn)行預(yù)先化渣處理，其中熔煉奧氏體不銹鋼所用真空預(yù)溶渣的渣系為：CaF₂ 50%~60%，Al₂O₃ 15%~25%，CaO 10%~20%，MgO 5%~10%，SiO₂3%~6%；熔煉馬氏體不銹鋼及低合金鋼等真空預(yù)溶渣的渣系為：CaF₂ 25%~35%，Al₂O₃ 30%~40%，CaO 15%~25%，MgO 3%~8%；所用化渣爐為具有一定抽真空能力的真空爐，化渣過程中真空度應(yīng)在800Pa~860Pa之間，并在電渣過程中將液態(tài)的渣料澆入結(jié)晶器中。

（4）所述步驟（3）完成后，進(jìn)行電渣熔煉；熔煉過程中向結(jié)晶器中通入經(jīng)氣體干燥機(jī)及分子篩處理后的惰性氣體（氬氣），通入量為10m³~15m³/h。

（5）所述步驟（4）完成后進(jìn)行鍛造，鍛造完成后進(jìn)行去氫處理，其中奧氏體不銹鋼的去氫處理溫度為650℃~750℃，馬氏體不銹鋼及低合金鋼為950℃~980℃；鍛后處理完成后直接進(jìn)行熱處理去氫處理，此過程鍛件不允許出爐。

（6）所述步驟（5）完成后進(jìn)行二次熱處理去氫，其中奧氏體不銹鋼的去氫處理溫度為530℃~570℃，并在該溫度保溫200h，空冷；馬氏體不銹鋼及低合金鋼的去氫處理溫度為350℃~650℃，最終冷卻方式為爐冷。

本發(fā)明所述的這種核電用鍛件材料氫含量的控制方法，適用于奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼及低合金鋼等。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是。

本發(fā)明給出的這種降低核電用鍛件材料氫含量的方法，其設(shè)計(jì)思想為。

1）通過爐料烘烤（降低原材料的潮濕度）和熔煉電極表面加工（減少由于電極表面腐蝕氧化帶入鋼中的氫含量）減少氫源，有效降低熔煉過程中氫的進(jìn)入。

2）熔煉過程中采用全程鋼包吹氬攪拌，使鋼液中氫隨氬氣氣泡溢出，同時采用真空除氣及真空澆注有效地切斷大氣與鋼液接觸途徑，起到降低鋼液中氫含量的作用。

3）通過渣系選擇及輔助手段優(yōu)化實(shí)現(xiàn)控氫目的，如熔煉奧氏體不銹鋼時選取的渣系為：CaF₂ 50%~60%，Al₂O₃ 15%~25%，CaO 10%~20%，MgO 5%~10%，SiO₂ 3%~6%，馬氏體不銹鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼采用渣系為：CaF₂ 25%~35%，Al₂O₃ 30%~40%，CaO 15%~25%，MgO 3%~8%。使用真空預(yù)溶渣且電渣過程中采用熱渣啟動均可很大程度降低由于電渣化渣過程中造成強(qiáng)烈吸氫的情況出現(xiàn)，有效降低鋼中的氫含量。電渣過程中，向結(jié)晶器中通入經(jīng)氣體干燥機(jī)及分子篩處理后的惰性氣體（氬氣），通入量為8m³~12m³/h，切斷了外界空氣進(jìn)入鋼中的途徑，避免增氫，降低氫含量。

4）通過鍛后的一次去氫熱處理和熱處理過程的二次去氫處理達(dá)到有效控制氫含量的目的。通過鍛后去氫處理和熱處理去氫處理均可為氫溢出提供能量起伏，達(dá)到去氫效果，降低材料中的氫含量，達(dá)到材料的使用要求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是。

1、采用本發(fā)明方法所生產(chǎn)的核電用奧氏體鋼鍛件產(chǎn)品氫含量≤2.0PPm，馬氏體不銹鋼及低合金鋼氫含量≤1.5PPm，滿足核電使用要求，降低了材料的廢品率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

2、本發(fā)明選用電渣奧氏體不銹鋼電極的氫含量≤2.0PPm，馬氏體不銹鋼及低合金鋼等氫含量≤1.0PPm，并車光表面的金屬電極可有效降低金屬電極自身帶入鋼中的氫，有效降低材料產(chǎn)生氫脆的傾向。使用真空預(yù)溶渣且電渣過程中采用熱渣啟動均可很大程度降低由于電渣化渣過程中造成強(qiáng)烈吸氫的情況出現(xiàn)，有效降低鋼中的氫含量。電渣過程中向結(jié)晶器中通入經(jīng)氣體干燥機(jī)及分子篩處理后的惰性氣體（氬氣），通入量為8m³~12m³/h，切斷外界空氣進(jìn)入鋼中的途徑，以此控制H含量的增加。所生產(chǎn)的核電鍛件產(chǎn)品探傷過程中未發(fā)現(xiàn)氫脆引起的發(fā)紋、白點(diǎn)等現(xiàn)象，合格率大大提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所涉及的鍛件制備工藝路線流程圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1。

電渣重熔核電用F316LN合金安全端鍛件，電渣所用電極母材的氫含量經(jīng)檢測為1.7ppm。采用圖1所示的鍛件制備工藝路線，所選真空預(yù)熔渣渣量為200Kg，渣系配比為：CaF₂ 58%，Al₂O₃ 20%，CaO 13%，MgO 6%，SiO₂ 3%，通干燥機(jī)及分子篩處理后的惰性氣體（氬氣），通入量為11m³/h進(jìn)行保護(hù)。鍛后去氫處理溫度為750℃，保溫10h隨爐冷卻至室溫，隨后不出爐進(jìn)行550℃保溫200h后空冷。所測的鍛件氫含量結(jié)果如表1所示。

表1 F316LN合金成品鍛件氫含量檢測結(jié)果。

所測得F316LN合金安全端成品鍛件的各項(xiàng)力學(xué)性能如表2所示。

表2 F316LN合金安全端成品鍛件力學(xué)性能。

實(shí)施例2。

電渣重熔核電用40NCD7.03合金主螺栓鍛件，電渣所用電極母材的氫含量經(jīng)檢測為1.2ppm。采用圖1所示的鍛件制備工藝路線，所選真空預(yù)熔渣渣量為200Kg，渣系配比為：CaF₂ 30%，Al₂O₃ 40%，CaO 25%，MgO 5%，通干燥機(jī)及分子篩處理后的惰性氣體（氬氣），通入量為12m³/h進(jìn)行保護(hù)。鍛后去氫處理溫度為1000℃，保溫8h隨爐冷卻至室溫，隨后不出爐進(jìn)行650℃保溫30h后爐冷至350℃，保溫30h后升溫到650℃，保溫50h，爐冷至350℃，保溫100h后隨爐冷至室溫。所測的鍛件氫含量結(jié)果如表3所示。

表3 40NCD7.03合金成品鍛件氫含量檢測結(jié)果。

所測得40NCD7.03合金主螺栓成品鍛件的各項(xiàng)力學(xué)性能如表4所示。

表4 40NCD7.03合金主螺栓成品鍛件力學(xué)性能。

實(shí)施例3。

電渣重熔核電用Z5CND13-04合金泵軸鍛件，電渣所用電極母材的氫含量經(jīng)檢測為1.4ppm。采用圖1所示的鍛件制備工藝路線，所測的鍛件氫含量結(jié)果如表5所示。

表5 Z5CND13-04合金成品鍛件氫含量檢測結(jié)果。

所測得Z5CND13-04合金泵軸成品鍛件的各項(xiàng)力學(xué)性能如表6所示。

表6 Z5CND13-04合金成品鍛件力學(xué)性能