用于核电设备的镍基合金及其热轧板的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种用于核电设备的镍基合金及其热轧板的制造方法，该合金包括按如下元素：C、Cr、Fe、Mg、Ce，余量为Ni和不可避免的杂质，其中，Ni的含量不低于58％。所述热轧板的制备方法为：镍基合金的制造、板材的热轧成型以及板材的热处理。与现有技术相比，本发明专利技术具有如下的有益效果：采用本发明专利技术所述合金及其制造方法制造的热轧板比ASME SB‑168UNS N06690合金板材的性能显著提高，能将室温拉伸强度提高10％左右，塑性(延伸率)没有任何降低，具有优异的符合使用要求的350℃拉伸性能，且晶间腐蚀速率下降30％左右，耐腐蚀性能更好。更适合应用于核电关键装备。

Manufacturing of Nickel-based Alloys and Hot Rolled Plates for Nuclear Power Equipment

The invention provides a method for manufacturing a nickel-based alloy for nuclear power equipment and a hot-rolled plate thereof. The alloy comprises the following elements: C, Cr, Fe, Mg, Ce, the remaining amount of Ni and the unavoidable impurities, in which the content of Ni is not less than 58%. The preparation method of the hot-rolled plate comprises the manufacture of nickel-based alloy, the hot-rolling forming of the plate and the heat treatment of the plate. Compared with the prior art, the present invention has the following beneficial effects: the properties of hot rolled sheets manufactured by the alloy and its manufacturing method of the invention are significantly improved than those of ASME SB 168UNS N06690 alloy sheets, the room temperature tensile strength can be increased by about 10%, the plasticity (elongation) can not be reduced, and the hot rolled sheets manufactured by the alloy and its manufacturing method have excellent tensile properties at 350 (?) and intergranular corrosion rate. The corrosion resistance is better when the rate decreases by about 30%. It is more suitable for nuclear power key equipment.

【技术实现步骤摘要】
用于核电设备的镍基合金及其热轧板的制造方法
本专利技术涉及镍基耐蚀合金板材制造相关
，尤其涉及一种大单重宽幅热轧镍基合金厚板的成分和制造方法，该板材可用于使用要求苛刻的核电关键设备。具体涵盖大单重宽幅热轧镍基合金厚板的成分、冶炼、锻造、轧制、热处理等工艺技术。
技术介绍
核电是先进的清洁能源，是国家能源战略重要的组成部分，是实现国家节能减排目标的最重要举措之一。核电设备一般设计寿命为60年，由于镍基合金耐高温、耐腐蚀性能优异，核岛中大量关键部件选用镍基合金，如蒸汽发生器下封头隔板、U型换热管、安注箱、堆芯补水箱、压力容器、控制棒驱动机构、堆内构件、稳压器、爆破阀、主泵飞轮盖板、主泵屏蔽套、换热器、稳压器等设备中均有镍基合金零部件。三代压水堆核电中用量最大的是UNSN06690合金，单重最大的是UNSN06690合金蒸发器下封头隔板，厚度80mm、宽度＞2000mm、长度＞4450mm。这些零部件长期承受多相高温介质的侵蚀，其完整性直接影响能量的传递及电站的稳定运行，对其力学性能、耐腐蚀性、板面尺寸精度等都有很高的要求。由于这些关键材料技术要求苛刻，加之我国的工业化基础薄弱，特种合金生产经验少，缺少大型合金材料的冶炼、热加工、热处理装备和制造产经验，主要依赖国外进口。材料的自主化制造成为制约我国核电自主化建设的瓶颈之一。核电设备中蒸汽发生器下封头隔板、安注箱、堆芯补水箱、压力容器等装备中选用的板材以ASMESB-168UNSN06690合金为主，其成分要求如表1所示。表1ASMESB-168UNSN06690合金板材的化学成分要求(重量百分比)元素CNiCrFeSiMnCuS含量≤0.05≥58.027.0–31.07.0–11.0≤0.5≤0.5≤0.5≤0.015由于某些部件如蒸汽发生器下封头隔板大单重、大厚度、宽板幅，要求冶炼锭型已达高合金钢锭的极限尺寸，因此对大型特种高合金钢锭冶炼、均匀化制造、过程稳定控制、轧制技术与设备、热处理工艺与设备、机加工装备等提出了很高的要求，制造难度很大。其技术要求见表2。表2核电设备用镍基合金板材的主要技术要求如按照ASMESB-168UNSN06690所述成分冶炼并且按照常规的锻造、轧制热加工方式生产无法达到表2所示核电设计的技术要求。必须通过合金成分的设计、改进的热加工成型方法及优化的热处理工艺实现。经过文献查询和专利检索：专利“CN200810235501.2一种核电用蒸汽发生器镍基合金”公开了一种改良的UNSN06600合金，产品为冷拉棒材或丝材，成分、制造方法和产品形式均未覆盖本专利技术所述合金；专利“CN201310472590.3核电站设备零部件用的镍基合金的制备方法”公开了一种采用锻造的生产方法制造的锻件，成分也没有完全覆盖本专利所述内容，与本专利技术无冲突；专利“CN201410809408.3大尺寸、超纯净、高性能镍基合金690的电渣重熔方法”公开了一种采用小规格电极生产大规格电渣重熔锭的方法，与本专利技术不冲突；专利“CN201310714808.1大尺寸GH690镍基合金棒坯的细晶锻造方法”公开了一种GH690合金棒材的锻造方法，其成分、制造方法和产品形式均未覆盖本专利技术。而对于核电设备用镍基合金板材的生产方法，国外企业进行了严格的保密，不作相关报道，没有相关专利文献资料及介绍。通过全面对比分析，已公开的信息没有覆盖本
技术实现思路
。为完成本专利技术各要素内容存在以下技术难点：1、进行合理的成分设计，提高所述镍基合金的性能；2、建立合理的制造工艺流程，制订出优化的制造工艺，最终获得合格的尺寸、外观质量、微观组织和优良性能的热轧板，确保达到核电设备的技术要求。
技术实现思路
本专利技术旨在设计一种核电设备用镍基合金热轧板及其制造方法，通过合理的成分设计，建立优化的开坯、轧制、热处理制造流程，制造出力学性能和耐腐蚀性能优异的符合核电设备技术要求的镍基合金热轧板，板材规格为厚度6～100mm，宽度600～2650mm，长度2000～16000mm。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于核电设备的镍基合金，其包括按重量百分数计的如下元素：C：0.010～0.035％；Cr：28.0～31.0％；Fe：7.0～11.0％；Mg：0.001～0.010％；Ce：0.0005～0.010％；余量为Ni和不可避免的杂质元素，其中，Ni的含量不低于58％，所述杂质元素包括Mn、Si、P、S、Mo、Nb、Al、Ti、Co、N、Cu和B，且Mn、Si、P、S、Mo、Nb、Al、Ti、Co、N、Cu和B的含量分别不超过0.50％、0.50％、0.015％、0.010％、0.10％、0.10％、0.50％、0.50％、0.05％、0.05％、0.20％、0.005％。本专利技术钢选择化学成分范围的原因如下：碳(C)：碳含量过高会降低合金的腐蚀性能，尤其是增加了应力腐蚀开裂倾向，但碳含量过低则会降低力学性能。综合考虑C含量控制在0.010～0.035％。镍(Ni)：奥氏体化形成基本元素，其在氧化及还原介质中都具有良好的稳定性，对于提高均匀腐蚀及抗应力腐蚀开裂敏感性具有较好的效果，同时对于提高材料塑性以便于冷热加工也有益处，且能提高材料的焊接性能，其添加一般与Cr及碳含量相匹配，以达到较好的同时抗晶间腐蚀、点蚀及应力腐蚀的效果，但Ni含量增加会显著提高合金的成本。铬(Cr)：Cr元素不仅赋予合金以高温抗氧化性能，而且提高了合金在高温、含硫气体中的耐蚀性，它是稳定合金表面最重要的元素，它在基体材料的表面形成抗氧化和抗腐蚀的保护层，能防止材料的氧化和热腐蚀，一般认为Cr控制在30％左右可使合金具有高的抗蚀性。铁(Fe)：加入Fe主要是为了控制成本，尤其是在生产当中使用铁质模具和一些废料就不可避免的包含铁元素。但也不能大量使用Fe元素，否则将降低合金的耐腐蚀性能。本专利技术将Fe含量控制在8.5～11.0％。硅(Si)和锰(Mn)：这两种元素在炼钢过程中有一定的脱氧作用，但过高的含量会降低合金耐腐蚀性能，并恶化合金的塑性和加工性，含量不易超过0.5％。磷(P)和硫(S)：S、P是本专利技术合金的有害元素，过高的含量会恶化合金的热加工性能，并容易导致显微偏析，其含量越低越好，综合考虑到合金制造成本，将其控制在P：≤0.015、S：≤0.010范围内。铝(Al)：Al不仅是强烈的脱氧元素之一，而且还是镍基合金重要的强化相，可以提高合金的强度，同时Al的加入对于合金的抗氧化性能也有明显提高，对合金形成保护作用，同时，Al的添加可以对易烧损元素Mg的合金化起到积极作用，但Al过高会增加合金热加工的难度，也会降低合金的可焊接性，控制Al含量为≤0.50％。钛(Ti)：Ti元素可提高合金的固容强化效果，可提高材料的强度，但Ti含量过高则影响材料的抗氧化能力及焊接性，因此控制其含量≤0.50％。钴(Co)和硼(B)：Co和B元素是核电中限制添加的元素，需要控制较低的含量。钼(Mo)、铜(Cu)和铌(Nb)：三种元素含量过高均会降低合金的热加工塑性，控制难度大，本专利技术所述合金中作为残余元素，控制其含量尽量低。氮(N)：N可提高材料的强度，但易与Al、Ti等元素形成脆性夹杂，故将其控制在较低的含量。镁(Mg)：合金中加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于核电设备的镍基合金，其特征在于，包括按重量百分数计的如下元素：C：0.010～0.035％；Cr：28.0～31.0％；Fe：7.0～11.0％；Mg：0.001～0.010％；Ce：0.0005～0.010％；余量为Ni和不可避免的杂质元素，其中，Ni的含量不低于58％，所述杂质元素包括Mn、Si、P、S、Mo、Nb、Al、Ti、Co、N、Cu和B，且Mn、Si、P、S、Mo、Nb、Al、Ti、Co、N、Cu和B的含量分别不超过0.50％、0.50％、0.015％、0.010％、0.10％、0.10％、0.50％、0.50％、0.05％、0.05％、0.20％、0.005％。

【技术特征摘要】
1.一种用于核电设备的镍基合金，其特征在于，包括按重量百分数计的如下元素：C：0.010～0.035％；Cr：28.0～31.0％；Fe：7.0～11.0％；Mg：0.001～0.010％；Ce：0.0005～0.010％；余量为Ni和不可避免的杂质元素，其中，Ni的含量不低于58％，所述杂质元素包括Mn、Si、P、S、Mo、Nb、Al、Ti、Co、N、Cu和B，且Mn、Si、P、S、Mo、Nb、Al、Ti、Co、N、Cu和B的含量分别不超过0.50％、0.50％、0.015％、0.010％、0.10％、0.10％、0.50％、0.50％、0.05％、0.05％、0.20％、0.005％。2.如权利要求1所述的用于核电设备的镍基合金，其特征在于，各所述元素的含量分别为：C：0.015～0.026％；Ni：58～53％；Cr：28.5～30.5％；Fe：8.5～11.0％；Mg：0.001～0.005％；Ce：0.001～0.004％；Al：0.10～0.40％；Ti：0.10～0.40％；Mn：≤0.35％；Si：≤0.35％；P：≤0.010％；S：≤0.005％；Mo：≤0.05％；Nb：≤0.05％；N：≤0.03％。3.一种如权利要求1或2所述的镍基合金热轧板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：镍基合金的制造、板材的热轧成型以及板材的热处理；其中，所述镍基合金的制造方法为：真空感应冶炼和氩气保护电渣重熔；所述板材的成型方法为多向自由锻造开坯和热轧成板；所述热处理的方法为固溶热处理和时效热处理。4.如权利要求3所述的所述的镍基合金热轧板的制造方法，其特征在于，所述多向自由锻造开坯中，控制合金钢锭的加热温度为1120～1220℃，保温时间不低于6h，锻造开坯时，沿合金钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐长征，马天军，黄海燕，邢钊，赵欣，朱军，
申请(专利权)人：宝钢特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31