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
技術領域：
本發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：
隨著經濟快速發展，人民生活水平不斷提高。用電需求越來越大，但國內煤炭貯存量越來越少。而火力發電對環境污染也很大，這就必須有一種新能源來代替——核能發展。核能發電國家制定長遠發展規劃(2005年～2020年)。目前，壓水堆核電站是目前國內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堆壓力容器，主蒸發器和主泵，組成一個環路，在主泵的驅動下，冷卻劑在環路中循環流動，將核裂變產生的熱量帶出并傳遞給主蒸發器。主管道是保持冷卻劑壓力邊界完整性的重要組成部分，其安全等級為核安全一級，離心鑄造管直管是主管道的重要組成部分。近年來，熱軋技術取得了很大的進步，國內正在用離心鑄造軋輥的生產方法開發高性能的合金爐管，以滿足核電的需要，離心鑄造軋輥生產方法與連續鑄造復合法(中國專利CN1280042)、電渣重熔法(中國專利CN1157192)等相比較，具有設備投資少，生產成本低，操作方法簡便，產品質量穩定等優點。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重，外層V含量低，而W、Mo含量高，內層正好相反，這樣嚴重影響了爐管的耐磨性；原料成本高；產品的純潔度較低；產品中氧、硫化物夾雜較多。
發明內容
本發明的目的在于提供一種無偏析、耐磨性好，同時降低原料成本，使產品的純潔度得到提高的離心鑄造合金爐管的制造方法。
本發明是這樣實現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，用澆包運送半鋼水給AOD爐、然后用三步法進行精煉AOD爐一步脫碳；AOD爐二步還原；AOD爐三步調整成分，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，從而保證產品性能達到主管道產品技術條件所規定的要求，出鋼溫度1600℃～1630℃；②將型筒預熱到200-250℃，在其內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生浸入性氣孔等缺陷。具有足夠高的耐火度，高溫強度，懸浮性、發氣性和涂布性，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充型，避免鋼液在型筒中的徑向擾動，使鋼液在相對靜止狀態下確保鋼液中的上浮(氣、雜上浮)，下沉(鋼液下沉)充分進行，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℃，間梯式設置型筒轉速在400-500r/min；在澆注產品的內壁噴涂一層發熱保溫劑，以控制軸向傳熱，保證鋼液在結晶器中，以同心圓平面型堆進的結晶的方式從型壁至中心的順序凝固，以確保從開始結晶至接近完全凝固時均有足夠的補縮鋼水，從而確保離心鑄管的致密性，同時改善主管內壁的表面粗糙度。
④在300-400℃下脫模；⑤產品經過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程中的重要工序之一。試驗研究表明，在1200℃時，碳在奧氏體中的溶解度為0.14％，在600℃時僅為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書的規定進行的，四只熱電偶在爐膛內均布，其溫度偏差＜±10℃，淬火池水溫低于34℃。
另外，在加工過程中，采用計算機模擬仿真技術，確保結晶器在鋼液凝固過程中控制軸向傳熱，徑向的定向快速冷卻。
采用本發明所述工藝鑄造的主直管道產品性能指標①安全等級核安全一級；②質量等級QA1級；③抗震類別I類；④運行壓力P＝15.2Mpa；⑤運行溫度T＝315℃；⑥設計溫度T＝350℃；⑦設計壓力P＝17.15Mpa；⑧水壓試驗壓力P＝21.5Mpa；⑨設計壽命Y＝40年⑩選用材料ASME SA-451 CPF8M Modf
主直管道產品的性能試驗結果1.主直管道產品試制件規格Φ840×72.5×2000(mm)的化學成分分析按技術條件的規定，管段的化學成分分析，包括從澆包中取樣的化學成分分析及按任務書要求取任成品0°、90°、180°、270°方位1/4厚度成品樣的化學分析，分析結果符合技術條件(見表1)。
表1 澆包及成品化學成分分析結果
2.主直管道產品的δ鐵素體的測定按技術條件規定，用澆包化學成分和成品化學成分分析結果，分別計算出鉻當量Creq和鎳當量Nieq，求得δ鐵素體含量值，所得結果均在16～18％范圍內，符合技術條件中要求鐵素體含量應為15～20％的。
鎳和鉻當量公式分別為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％經分析，上述結果均符合技術條件的規定3.主直管道產品截取試樣的力學性能力學性能試樣按技術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標準，采用Φ10mm截面的試樣進行試驗，其試驗結果符合技術條件的規定值(見表2)。
表2 常溫及高溫(350℃)拉伸試驗結果
4.主直管道產品截取試樣的夏比沖擊韌性夏比沖擊韌性試驗所用試樣按技術條件從固溶熱處理后的直管段截取，按ASTM A370進行試驗，試驗結果符合技術條件的規定三個試驗的平均值AKV≥80J單個最低值AKV≥60J(見表3)
表3 夏比沖擊試驗結果
5.主直管道產品試樣的晶間腐蝕敏感性試驗按技術條件截取的試樣經725℃保溫30分鐘的恒溫后在茂福爐中緩慢冷卻，經研磨處理，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，經過晶間腐蝕試驗的試樣，在試驗機上冷彎180°，未發現開裂現象。
6.主直管道產品段橫截面環狀試樣的宏觀浸蝕試驗按技術條件要求從經過固溶處理的直管段一端取一橫截面的環狀試樣，按ASTM E340進行了宏觀浸蝕，橫截面組織均勻、致密未發現任何縮孔、氣泡乃至裂紋等缺陷，符合技術條件的要求。
權利要求
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將型筒預熱到200-250℃；③采用分段式澆注方法保證鋼液在型筒中平穩充型，避免鋼液在型筒中的徑向擾動，澆注溫度1500℃-1570℃，型筒轉速在400-500r/min；④在300-400℃下脫模；⑤產品經固熔熱處理。
2.根據權利要求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，其特征在于當型筒預熱到200-250℃時在其內壁噴涂耐一層高溫涂料，涂料厚度2-3mm。
3.根據權利要求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品的內壁涂一層發熱保溫劑，保溫劑成型厚度1.5-2mm。
4.根據權利要求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置型筒轉速。
5.根據權利要求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，其特征在于采用計算機模擬仿真技術，確保結晶器在鋼液凝固過程中控制軸向傳熱，徑向的定向快速冷卻。
全文摘要
本發明公開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充型，避免鋼液在型筒中的徑向擾動，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。同時采用內壁發熱保溫劑，以控制軸向傳熱，保證鋼液在結晶器中，以同心圓平面型堆進的結晶的方式從型壁至中心的順序凝固，以確保從開始結晶至接近完全凝固時均有足夠的補縮鋼水，從而確保離心鑄管的致密性，同時改善主管內壁的表面粗糙度。
文檔編號C22C1/02GK1824431SQ20061003911
公開日2006年8月30日 申請日期2006年3月28日 優先權日2006年3月28日
發明者張宗良, 顧朝冰, 何紀海, 和仲祥, 倪洪濤 申請人:江蘇標新集團有限公司