一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法技术

本发明专利技术属于冶金材料技术领域，涉及一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法。所述的制造方法依次包括如下步骤：(1)冶炼；(2)锻造；(3)热挤压；(4)中间冷轧及中间热处理；(5)最终热处理；(6)最终冷轧。利用本发明专利技术的高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，能够使制造的包壳管满足合金成分、组织均匀性、尺寸精度、表面质量等方面严格的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法
本专利技术属于冶金材料
，涉及一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法。
技术介绍
快中子反应堆(以下简称快堆)作为第四代核能系统，其堆芯组件，特别是燃料组件相比较先前的反应堆要在更高的温度下达到更高的燃耗，组件中燃料棒的完整性强烈依赖于包壳管能否承受高温下(350-700℃)高剂量辐照(100dpa以上)的影响。因此，对快堆堆芯组件包壳管而言，主要的性能要求包括：良好的抗辐照性能，特别是良好的抗辐照肿胀性能；良好的高温力学性能；与燃料及冷却剂良好的相容性；极为严格的尺寸精度和表面质量。奥氏体不锈钢以其优异的高温力学性能以及良好的抗辐照肿胀性能被广泛选为快堆包壳材料使用，国产快堆堆芯组件包壳管即为高硅含钛奥氏体不锈钢(代号CN-1515)材质。高硅含钛奥氏体不锈钢包壳管对合金成分中有害元素O、S的含量要求严格，同时对管坯(锻造棒材)的组织均匀性要求严格，不得出现明显的条带状碳化物和细晶带组织，这就对其冶炼及锻造工艺提出了很高的要求，且对成品包壳管的尺寸精度、表面质量、组织均匀性等要求也同样极为严格。鉴于高硅含钛奥氏体不锈钢包壳管的热挤压、冷轧、热处理、超声探伤工艺等都有很高的要求，目前现有的常规奥氏体不锈钢的管材制造工艺无法满足这些要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，以能够使制造的包壳管满足合金成分、组织均匀性、尺寸精度、表面质量等方面严格的要求。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，所述的制造方法依次包括如下步骤：(1)冶炼：采用真空感应冶炼联合真空自耗重熔的纯净化冶炼进行高硅含钛奥氏体不锈钢(代号CN-1515)冶炼；(2)锻造：采用快锻机和精锻机进行自耗锭均质化锻造，快锻机锻打钳把后采用镦粗再拔长方式进行预变形，再进行均匀化热处理，再进行镦粗，然后拔长锻造成中间坯料，然后充分切除钢锭头尾，快锻结束后精锻至成品；(3)热挤压：锻造棒材钻孔后进行环形炉预热和感应加热，然后进行热挤压，水冷后进行辊式矫直，酸洗、切管、表面修磨后获得挤压管；(4)中间冷轧及中间热处理：挤压管经过中间冷轧后进行脱脂清洗，然后进行中间热处理，最后进行矫直；(5)最终热处理：使用全氢保护光亮热处理炉进行最终热处理；(6)最终冷轧。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，其中步骤(1)中：真空感应炉冶炼坩埚为镁质或镁铝质，冶炼温度为1500-1600℃，冶炼完成后浇注并脱模，铸锭切除冒口部分，并车光至金属光泽；使用真空自耗炉进行二次重熔冶炼。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，其中步骤(2)中：预变形的变形量控制在20-30％；1220±20℃下均匀化热处理20-40h；镦粗的变形量为20-30％；分3-5火次拔长锻造成中间坯料；钢锭头尾的切头量为5％-10％，切尾量为3％-10％。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，其中步骤(2)中，快锻和精锻后的最终锻造比为5-20，锻棒直径为100-280mm，锻棒长度为3000-12000mm，晶粒度不小于3级。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，其中步骤(3)中，预热和感应加热至1160-1220℃，并保温1-3min后再进行热挤压，挤压比为15-25％。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，其中步骤(4)中：中间冷轧为3-5道次，中间冷轧轧制速度为40-200mm/min；中间热处理采用全氢保护光亮热处理炉，热处理温度控制在1060-1140℃，保温时间为1-15min；矫直后管材的弯曲度应满足后续冷加工需要，直线度为0-1.5mm/m。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，其中步骤(5)中，热处理温度控制在1060-1120℃，保温时间为1-8min。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，其中步骤(6)中，最终冷变量为15-25％，最终冷轧轧制速度为50-100mm/min，最终冷轧后碱性脱脂液进行脱脂清洗。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，其中所述的高硅含钛奥氏体不锈钢按重量百分比的组成为：C：0.04％-0.08％，Si：0.40％-0.90％，P：≤0.030％，S：≤0.010％，Mn：1.30％-2.00％，Ni：14.00％-15.50％，Cr：15.50％-17.00％，Mo：1.90％-2.50％，Ti：0.20％-0.60％，Co：＜0.02％，B：0.002％-0.005％，N：≤0.020％，V：0.10％-0.30％，O：≤0.010％，Cu：≤0.03％，Al：≤0.05％，As：≤0.003％，Mg＜0.005％，Ca＜0.005％，其余为Fe，其中，Ti与C的重量比大于4。本专利技术的有益效果在于，利用本专利技术的高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，能够使制造的包壳管满足合金成分、组织均匀性、尺寸精度、表面质量等方面严格的要求。本专利技术通过双真空的纯净化冶炼、两次镦拔加均匀化热处理的均质化锻造、热挤压、多道次冷轧及中间热处理、最终热处理、最终冷轧等制造工艺，可确保包壳管的化学成分、组织均匀性、力学性能、尺寸精度、表面质量等满足对于快堆堆芯组件包壳管极为严格的技术要求。具体实施方式示例性的本专利技术的高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法依次包括如下步骤(其中设计的高硅含钛奥氏体不锈钢按重量百分比的组成为：C：0.04％-0.08％，Si：0.40％-0.90％，P：≤0.030％，S：≤0.010％，Mn：1.30％-2.00％，Ni：14.00％-15.50％，Cr：15.50％-17.00％，Mo：1.90％-2.50％，Ti：0.20％-0.60％，Co：＜0.02％，B：0.002％-0.005％，N：≤0.020％，V：0.10％-0.30％，O：≤0.010％，Cu：≤0.03％，Al：≤0.05％，As：≤0.003％，Mg＜0.005％，Ca＜0.005％，其余为Fe，其中，Ti与C的重量比大于4)。1、冶炼采用6-12吨级真空感应冶炼联合真空自耗重熔的纯净化冶炼工艺进行高硅含钛奥氏体不锈钢(代号CN-1515)冶炼，真空感应炉冶炼坩埚应为镁质或镁铝质，冶炼温度为1500-1600℃，冶炼完成后浇注并脱模，铸锭切除冒口部分，并车光至金属光泽；使用真空自耗炉进行二次重熔冶炼，电极公称直径≤Φ430mm，选用Φ508mm结晶器，自耗锭成品化学应满足化学成分要求。2、锻造采用快锻机和精锻机进行自耗锭均质化锻造，快锻机锻打钳把后采用镦粗再拔长方式进行预变形，变形量控制在20-30％，再进行1220±20℃下20-40h的均匀化热处理，再进行20-30％变形量的镦粗，然后分3-5火次拔长锻造成中间坯料，中间坯料锻造结束后，钢锭头尾应充分切除，推荐切头量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，其特征在于，所述的制造方法依次包括如下步骤：(1)冶炼：采用真空感应冶炼联合真空自耗重熔的纯净化冶炼进行高硅含钛奥氏体不锈钢冶炼；(2)锻造：采用快锻机和精锻机进行自耗锭均质化锻造，快锻机锻打钳把后采用镦粗再拔长方式进行预变形，再进行均匀化热处理，再进行镦粗，然后拔长锻造成中间坯料，然后充分切除钢锭头尾，快锻结束后精锻至成品；(3)热挤压：锻造棒材钻孔后进行环形炉预热和感应加热，然后进行热挤压，水冷后进行辊式矫直，酸洗、切管、表面修磨后获得挤压管；(4)中间冷轧及中间热处理：挤压管经过中间冷轧后进行脱脂清洗，然后进行中间热处理，最后进行矫直；(5)最终热处理：使用全氢保护光亮热处理炉进行最终热处理；(6)最终冷轧。

【技术特征摘要】
1.一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质包壳管的制造方法，其特征在于，所述的制造方法依次包括如下步骤：(1)冶炼：采用真空感应冶炼联合真空自耗重熔的纯净化冶炼进行高硅含钛奥氏体不锈钢冶炼；(2)锻造：采用快锻机和精锻机进行自耗锭均质化锻造，快锻机锻打钳把后采用镦粗再拔长方式进行预变形，再进行均匀化热处理，再进行镦粗，然后拔长锻造成中间坯料，然后充分切除钢锭头尾，快锻结束后精锻至成品；(3)热挤压：锻造棒材钻孔后进行环形炉预热和感应加热，然后进行热挤压，水冷后进行辊式矫直，酸洗、切管、表面修磨后获得挤压管；(4)中间冷轧及中间热处理：挤压管经过中间冷轧后进行脱脂清洗，然后进行中间热处理，最后进行矫直；(5)最终热处理：使用全氢保护光亮热处理炉进行最终热处理；(6)最终冷轧。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤(1)中：真空感应炉冶炼坩埚为镁质或镁铝质，冶炼温度为1500-1600℃，冶炼完成后浇注并脱模，铸锭切除冒口部分，并车光至金属光泽；使用真空自耗炉进行二次重熔冶炼。3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤(2)中：预变形的变形量控制在20-30％；1220±20℃下均匀化热处理20-40h；镦粗的变形量为20-30％；分3-5火次拔长锻造成中间坯料；钢锭头尾的切头量为5％-10％.切尾量为3％-10％。4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：步骤(2)中，快锻和精锻后的最终锻造比为5-20，锻棒直径为100-280mm，锻棒长度为3000-12000mm，晶粒度不小于3级。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯伟，杜爱兵，任媛媛，李峻宏，苏喜平，王明政，黄晨，杨孔雳，杨红义，张东辉，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11