一种核电设备用钢及其锻件的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种核电设备用钢及其锻件的制造方法，包括以下步骤：以一种专用钢铁材料为坯料，在坯料表面涂覆一层玻璃状涂层，然后采用模型锻造加自由锻的复合锻造方式对坯料进行锻造，得到二次锻坯；然后对二次锻坯进行正火，并采用急‑缓‑急梯度升温方式升到1150℃，然后采用空冷‑水冷三次循环交替方式进行淬火热处理；对淬火后的二次锻造坯采用回火‑水冷‑再回火‑再水冷的二次回火处理，即得到所述核电设备用钢锻件。本发明专利技术的锻造工艺与热处理工艺的组合有效地防止了形状复杂的大锻件淬火开裂，而且制造的核电设备用钢锻件的综合力学性能、抗腐蚀性能和抗辐照性能得到大幅度提高，能很好地适用于核电工况环境。

Manufacturing method of steel and forgings for nuclear power equipment

The invention discloses a method for producing steel and forgings for nuclear power equipment, which comprises the following steps: using a special steel material for the blank, the blank surface is coated with a layer of glass like coating, then the composite model of forging forging and forging on the free forging blank, two forging and normalizing; of the two forging stock, and the urgent slow acute gradient heating mode is raised to 1150 DEG, and the air cooling water circulation system three times of quenching; two times two times of tempering after quenching tempering forging billet by water back to the fire before cooling, is obtained the use of steel forgings for nuclear power equipment. Combined forging process and heat treatment process of the invention can effectively prevent quenching cracking of large forgings with complicated shape, and manufacturing nuclear power equipment with mechanical steel forgings performance, corrosion resistance and anti radiation performance has been greatly improved, can be well applied to nuclear power conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种核电设备用钢及其锻件的制造方法
本专利技术涉及一种核电设备用钢及其锻件的制造方法，属于高性能的金属材料加工领域。
技术介绍
中国经济发展仍处于工业化时期，高耗能的经济发展结构不可能在短时间之内改变，电力需求在与日俱增。大力发展经济性更高的替代电源的是中国能源战略的大势所趋，能源的多元化是国家能源安全战略的重要保证。多年核电运营历史证明，核能逐步进化成为一种安全、清洁、可靠的能源。发展核电可改善我国的以煤为主，油气海外依存度过高的能源供应结构，有利于保障国家能源安全和经济安全。大量燃煤发电对环境的影响也越来越大，全国的大气状况不容乐观。中国政府已经向全世界承诺“2020年单位国内生产总值(GDP)二氧化碳排放比2005年下降40％至45％”，因此为了完成碳减排的目标，需要发展新的清洁能源。核电是一种技术成熟的清洁能源。我国核电技术起步虽晚，但近年来经过国家大力支持发展迅速。我国相继引进了法国、加拿大、俄罗斯和美国的核电技术，并在引进技术的同时，组织人力完成技术的消化吸收，目前，国内在建的主力堆型，设计基本国产化，并在此基础上完成了技术升级，开发了具有自主知识产权的核电技术。我国核电技术并开始了出口，不但向第三世界国家扩张，还进入了欧洲等发达国家的候选范畴，中国核电技术已经能够与国际其他核电强国进行竞争。核电装备用金属材料通常在高温、高压、强腐蚀和强辐照的工况条件下工作，对材料的要求极高，通常要满足核性能、力学性能、化学性能、物理性能、辐照性能、工艺性能、经济性等各种性能的要求，要达到专用的标准法规要求，目前行业内常用材料为碳素钢、合金钢、不锈钢、镍基合金等。但是采用常规锻造手段处理上述材料会出现难以锻透的现象，一些铸态冶金缺陷，如偏析、疏松、缩孔等将不同程度地残留在锻件中，使锻件在热处理过程中将产生更大的应力集中，往往导致锻件在热处理过程中或在热处理结束后的放置过程中发生开裂，或者因内应力的存在而降低零件在服役时的有效寿命。此外，材料的抗辐照性能上也难以满足核电装备用钢所需。因此，期望一种核电装备用钢及其锻件的制造方法来解决上述问题。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于，提供一种能耗低、钢材利用率高、生产成本低、劳动条件好的核电装备用钢及其锻件的制造方法，锻造出来的材料能达到核电装备所需要的满足核性能、力学性能、化学性能、物理性能、辐照性能、工艺性能、经济性等各种性能要求指标。为此，本专利技术提供了一种核电设备用钢，其特征在于，所述钢各成分及其质量百分比含量为：本专利技术还提供了一种核电设备用钢锻件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)锻前处理：以上述核电设备用钢为坯料，在坯料表面涂覆一层玻璃状涂层，准备进行锻造；(2)锻造：①采用模型锻造进行初次锻造得到一次锻造坯，锻造始锻温度为1250℃，终锻温度为950℃，锻造比大于3.5∶1；②然后采用自由锻再次进行锻造，得到二次锻造坯，锻造始锻温度为1250℃，终锻温度为900℃，锻造比大于3∶1；(3)锻后热处理：对步骤(2)得到的二次锻造坯进行正火处理；(4)性能热处理：①对步骤(3)得到的二次锻造坯采用急-缓-急梯度升温方式升到1150℃，然后采用空冷-水冷循环交替三次淬火；②对淬火后的二次锻造坯采用回火-空冷-再回火-再空冷的二次回火处理，即得到所述核电设备用钢锻件。进一步地，上述步骤(1)中所述玻璃状涂层主要成分及其质量百分比含量为：进一步地，上述步骤(2)中，步骤①的具体锻造步骤为：将坯料在模具内沿轴向镦粗→再沿直径方向镦拔→二次镦粗→二次镦拔→三次镦粗→三次镦拔。进一步地，上述步骤(2)中，步骤②的具体锻造步骤为：将坯料在沿轴向自由镦粗→将镦粗的坯料沿直径方向自由镦拔→二次镦粗→二次镦拔→三次镦粗→三次镦拔→四次镦粗→四次镦拔。进一步地，上述步骤(3)中，所述正火处理具体包括以下步骤：将步骤(2)得到的二次锻造坯加热至1050±20℃并保温4小时后，出炉空冷至室温。进一步地，上述步骤(4)中，步骤①急-缓-急梯度升温方式的具体步骤为：以不低于200℃/h的温度快速升温到500℃然后保温4h；然后以不高于60℃/h的速度缓慢升温到950℃后，保温4.5h；然后再以不低于200℃/h快速升温到1150℃，并保温2.5h。进一步地，上述步骤(4)中，步骤①空冷-水冷三次循环交替间歇淬火工艺中入水冷却时间t按照经验公式t＝K×D来估算，式中，钢铁材料系数K为3～5s/mm，D为锻件的直径，单位为mm；空气冷却时间为入水冷却时间的5.0～10.0倍，开始时淬火的水温低于20℃，结束时淬火的水温低于45℃。进一步地，上述步骤(4)中，步骤①利用所述交替淬火工艺进行淬火热处理的过程中，水冷时对水进行循环处理，其中，水的流速不小于0.6m/s。综上所述，本专利技术的核电装备用钢及其锻件的制造方法，选用特殊钢铁材料，并将锻造工艺和热处理工艺组合起来，即模型锻造结合自由锻的复合锻造工艺结合空冷-水冷两次次循环交替间歇淬火的调质热处理工艺，不仅有效地防止了形状复杂的大锻件淬火开裂，而且制造的核电装备用钢锻件的抗腐蚀性、综合力学性能和抗辐照性能得到大幅度提高，能很好地适用于核电工况环境。附图说明图1为本专利技术的制造方法获得核电设备用钢锻件的SEM图。图中晶界处连续分布深色的钛钐中间相。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。根据本专利技术的核电设备用钢，包括以下质量百分比的组分：以上钢的组成中含有较多的铬和镍，在锻造过程中能够有效防止了形状复杂的大锻件的开裂以及强化其综合力学性能和抗腐蚀性。钢铁成分中还添加了钛和少量的稀土钐元素，一方面钛和钐元素在凝固的过程中就在晶界位置析出，阻碍了晶粒的长大，起到了细化晶粒作用，提高了合金的综合力学性能；另一方面，特意调配钛和钐元素之比，这样，不仅能够起到提升合金综合力学性能和抗腐蚀性，还能够大幅提高钢材的抗辐照性能。这样的调配过程，不仅仅是针对钐这个成分及其配比做出简单的调整，而是需要结合其他成分，如钛、碳、钼等在锻造过程结合工艺参数，做出大量的创造性工作，才能获得理想的核电用设备用钢。另外，本专利技术还涉及核电设备用钢其锻件的制造方法，如实施例1-3：实施例1：根据本专利技术的一个方面核电设备用钢其锻件的制造方法，包括如下步骤：(1)锻前处理：以一种核电设备用的特殊钢为坯料，在坯料表面涂覆一层玻璃状涂层，所述钢包括以下质量百分比的各组分：所述玻璃状涂层主要成分及其质量百分比含量为：在锻件表面的玻璃状涂层一方面对锻件表面进行保护有效防止烧损和氧化，另一方面玻璃状涂层加入一定量的Fe3Al，从而在锻造过程中对钢材能够起到一定保温作用，使锻件在高温环境中停留时间延长，为上述钛钐中间相的形成提供足够的时间在晶界处形成连续分布的形态。(2)锻造：①采用模型锻造进行初次锻造得到一次锻造坯；锻造始锻温度为1200℃，终锻温度为950℃，锻造比大于3.5∶1；②然后采用自由锻再次进行锻造，得到二次锻造坯；锻造始锻温度为1250℃，终锻温度为900℃，锻造比大于3∶1；(3)锻后热处理：对步骤(2)得到的二次锻造坯加热至1030℃并保温4小时后，出炉空冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核电设备用钢，其特征在于，所述钢各成分及其质量百分比含量为：

【技术特征摘要】
1.一种核电设备用钢，其特征在于，所述钢各成分及其质量百分比含量为：2.一种制造如权利要求1所述核电设备用钢其锻件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)锻前处理：以上述核电设备用钢为坯料，在坯料表面涂覆一层玻璃状涂层，准备进行锻造；(2)锻造：①采用模型锻造进行初次锻造得到一次锻造坯，锻造始锻温度为1250℃，终锻温度为950℃，锻造比大于3.5∶1；②然后采用自由锻再次进行锻造，得到二次锻造坯，锻造始锻温度为1250℃，终锻温度为900℃，锻造比大于3∶1；(3)锻后热处理：对步骤(2)得到的二次锻造坯进行正火处理；(4)性能热处理：①对步骤(3)得到的二次锻造坯采用急-缓-急梯度升温方式升到1150℃，然后采用空冷-水冷循环交替三次淬火；②对淬火后的二次锻造坯采用回火-空冷-再回火-再空冷的二次回火处理，即得到所述核电设备用钢锻件。其中步骤(1)中所述玻璃状涂层主要成分及其质量百分比含量为：：3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，上述步骤(2)中，步骤①的具体锻造步骤为：将坯料在模具内沿轴向镦粗→再沿直径方向镦拔→二次镦粗→二次镦拔→三次镦粗→三次镦拔。4.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，上述步骤(2)中，步骤②的具体锻造步骤为...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛雪华，巨佳，陈一凡，王章忠，张保森，毛向阳，巴志新，张慧，
申请(专利权)人：张家港海锅新能源装备股份有限公司，南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32