大型低温异构件的生产方法技术

本发明专利技术涉及的一种大型低温异构件的生产方法，其主要生产工序包括：预热、滚圆、道镦粗+拔长、十字锻造变形、二道镦粗+拔长、水冷、粗加工、固溶热处理、无损检测、异构件精加工、成品，生产制得的大型低温异构件具有耐极低温（‑269℃）、低温抗拉强度＞1400MPa、断裂韧度＞200MPam0.5、抗强电磁扰动等特性，满足等离子体温度1*108℃、放电脉冲100秒、使用寿命35年以上的最新核聚变堆技术要求，解决了大型低温异构件适应更大等离子电流密度、更高磁场强度及磁约束力的问题，突破了我国10吨以上大型低温异构件的研制、锻造技术难题，巩固和提升我国核聚变技术的整体竞争力，有效缓解人类终极能源危机。

Production Method of Large Low Temperature Isomeric Parts

The invention relates to a production method of large low temperature isomeric parts, whose main production processes include: preheating, rolling, upsetting + elongation, cross forging deformation, two upsetting + elongation, water cooling, rough processing, solid solution heat treatment, non-destructive testing, finish processing of isomeric parts, finished products, and the large low temperature isomeric parts produced have the following characteristics: Extremely low temperature resistance (269 C), low temperature tensile strength (>1400 MPa), fracture toughness (>200 MPam 0.5), strong electromagnetic disturbance resistance and other characteristics, meet the latest nuclear fusion reactor technical requirements of plasma temperature 1*108 C, discharge pulse 100 seconds and service life more than 35 years, and solve the problem of large cryogenic isomers adapting to larger plasma current density. The problem of higher magnetic field intensity and magnetic binding force has broken through the technical difficulties of developing and forging large-scale cryogenic isomers of more than 10 tons in China, consolidated and enhanced the overall competitiveness of nuclear fusion technology in China, and effectively alleviated the ultimate energy crisis of mankind.

【技术实现步骤摘要】
大型低温异构件的生产方法
本专利技术涉及一种大型低温异构件的生产方法，属于核聚变

技术介绍
随着全球经济的飞速发展和人口的快速增长，能源消耗急剧增大，人类面临严重的能源短缺问题。欧美日等发达国家在核聚变堆领域研究较早，尤其在大型低温支撑结构件研制方面相对成熟。20世纪50～60年代，欧美日俄等国家建成小型核聚变堆；20世纪90年代，核聚变对磁场线圈等内部装置要求提高，低温异构件采用锻造焊接工艺；21世纪，日本神户制钢、日本钢铁等公司都已推出成熟的核聚变堆超导磁体用大型低温异构件，其机理基于大型锻件晶粒细化多道次热锻一体成型技术和高精度无损探测技术，控制产品Cr、Ni当量比。大型低温异构件是核聚变堆装置重力支撑、极向场线圈支撑和校正场线圈支撑的重要部件，需满足耐极低温、重量大、性能要求高、结构复杂的严苛要求。我国与国外相比技术水平落后10年，在高精密锻造控制、高效变形折弯、晶粒组织控制等方面差距尤为明显，现有技术制得的产品在晶粒度、强度、抗强磁等方面存在一定缺陷，无法解决产品晶粒细化多道次热锻、弯曲形变、无损检测等问题，达不到耐极低温、高强度、抗电磁扰动的性能指标，无法满足核聚变堆的要求。因此，寻求一种耐极低温、高强度、抗电磁扰动的大型低温异构件的生产方法尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种耐极低温、高强度、抗电磁扰动的大型低温异构件的生产方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种大型低温异构件的生产方法，其特点是：所述大型低温异构件的化学成分按重量份数计为：C:0.02～0.03份，Si:≤0.45份，Mn：1.6～1.8份，P≤0.02份，S≤0.005份，Cr:17～17.5份，Ni:12～12.5份，Mo:2.3～2.5份，N：0.06～0.08份，Cu≤0.2份，B≤0.001份，Ti≤0.10份，Nb≤0.15份，Ta≤0.012份，Co≤0.05份；其主要生产工序包括：预热—锻造—粗加工—固溶热处理—无损检测—异构件精加工—成品，其中，锻造工序包括滚圆—一道镦粗+拔长—十字锻造变形—二道镦粗+拔长—水冷，具体操作如下：S1：加热将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中先进行预热处理再进行加热处理；S2：滚圆将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1190-1210℃，保温4h后，通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行滚圆处理，当钢锭锻件降温至950℃前放回锻造用加热装置中；S3：一道镦粗+拔长将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1190-1210℃，保温7h后通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行一道镦粗+拔长处理，当钢锭锻件降温至950℃前放回锻造用加热装置中；S4：十字锻造变形将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1140-1160℃，保温6h后，通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行十字锻造变形处理，当钢锭锻件降温至950℃前放回锻造用加热装置中；S5：二道镦粗+拔长将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1090-1110°C，保温5h后，通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行二道镦粗+拔长处理，在钢锭锻件降温至900℃前完工；S6：水冷将经过二道镦粗+拔长处理之后的钢锭锻件输送至水冷装置中进行快速冷却处理，冷至室温后取出进行探伤和晶粒度检测；S7：粗加工采用粗加工装置将冷却之后的钢锭锻件进行粗加工处理；S8：固溶热处理通过输送装置将经过粗加工之后的钢锭锻件放入固溶处理用加热装置中加热至1050-1070℃，保温20-21h后，再通过输送装置将加热之后的钢锭锻件快速转移至冷却装置中进行固溶处理，钢锭锻件在转移过程中，停留在空气中的时间控制在1min以内；S9：无损检测采用超声波斜探头双向垂直扫查技术对固溶热处理之后的锻件进行缺陷的全范围高灵敏检测；S10:异构件精加工采用异构件精加工装置对检测合格的钢锭锻件进行异构件精加工处理；S11:成品将异构件精加工之后的钢锭锻件进行打包作业，即得核聚变堆超导磁体用大型低温异构件成品。更进一步的，S1中预热处理的具体操作如下：第一升温阶段，从室温升温至440-460℃，升温时间≥5h；第一保温阶段，在440-460℃进行保温，保温时间7h；第二升温阶段，从440-460℃升温至840-860℃，升温时间≥9h；第二保温阶段，在840-860℃进行保温，保温时间5h；第三升温阶段，从840-860℃升温至1190-1210℃，升温时间≥6h。更进一步的，S8固溶热处理的具体操作如下：低温升温阶段，从室温升温至830-870℃，升温速度≤80℃/h；低温保温阶段，在830-870℃进行保温，保温时间5-6h；高温升温阶段，从830-870℃升温至1050-1070℃；高温保温阶段，在1050-1070℃进行保温，保温时间5-6h；水冷阶段。更进一步的，S1-S5中的锻造用加热装置采用蓄热式台车加热炉进行加热作业，所述出料装置采用锻造装出料机进行装出料作业，所述锻压装置采用100MN智能锻造液压机进行锻压作业。更进一步的，S8中的输送装置包括三角形结构的吊架，所述吊架自上而下依次包括竖立的吊板、横向的支撑杆、横向的活动杆组和两个左右对称布置的纵向的拉板，所述活动杆组包括两个前后平行布置的第一活动杆和第二活动杆，所述第一活动杆和第二活动杆分别位于支撑杆下方的前后两侧，所述第一活动杆和第二活动杆的中段分别套设有第一长套筒和第二长套筒，所述支撑杆与活动杆组之间设置有多个间隔布置的拉杆组，拉杆组将吊架分隔成多个盛放区域，盛放区域内放置锻件，每相邻两个拉杆组之间的支撑杆上套设有中套筒，所述吊板的底端与中套筒固定连接，所述拉杆组包括两个左右布置的第一拉杆和第二拉杆，所述第一拉杆的顶端通过第一短套筒与支撑杆转动连接，第一拉杆的底端与第一长套筒固定连接，所述第二拉杆的顶端通过第二短套筒与支撑杆转动连接，第二拉杆的底端与第一长套筒固定连接；所述第一活动杆的左右两段均设置有第一限位套筒，所述第一限位套筒与第一长套筒之间设置有圆环槽，所述第二活动杆的左右两段均设置有第二限位套筒，所述第二限位套筒与第二长套筒之间设置有圆环槽，两个拉板分别设置于第一活动杆和第二活动杆的左右两段之间，所述拉板的后段设置于第二限位套筒和第二长套筒之间的圆环槽内，且与第二活动杆相铰接，所述拉板的前下段沿其长度方向设置有多个卡口，卡口与第一限位套筒和第一长套筒之间的圆环槽配合连接，从而将第一活动杆锁紧固定；两个拉板与支撑杆的左右两段之间均连接有吊链，所述吊链的顶端通过第三短套筒与支撑杆转动连接，吊链的底端与拉板的前段固定连接，所述第三短套筒外侧的支撑杆上设置有第三限位套筒。更进一步的，S8中的冷却装置包括冷却水槽、多个闸板以及多个向上弯折的导流桶，所述冷却水槽内的底部沿其长度方向设置有前后两条平行布置的导轨，所述闸板纵向设置于冷却水槽内，所述闸板的底部设置有前后两个滑轮，滑轮与导轨滑动连接，所述滑轮上设置有潜水电机，所述闸板的左右两侧面自前至后均延伸有蛇形换热管，蛇形换热管的进水口和出水口向上设置，且分别位于闸板的前段和后段；所述多个导流桶沿冷却水槽的长度方向间隔设置于冷却水槽的一侧，所述导流桶包括竖段、凹面向上的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型低温异构件的生产方法，其特征在于：所述大型低温异构件的化学成分按重量份数计为：C:0.02～0.03份，Si:≤0.45份，Mn：1.6～1.8份，P≤0.02份，S≤0.005份，Cr:17～17.5份，Ni:12～12.5份，Mo:2.3～2.5份，N：0.06～0.08份，Cu≤0.2份，B≤0.001份，Ti≤0.10份，Nb≤0.15份，Ta≤0.012份，Co≤0.05份；其主要生产工序包括：预热 — 锻造 — 粗加工— 固溶热处理 — 无损检测 — 异构件精加工 — 成品，其中，锻造工序包括滚圆 — 一道镦粗+拔长 — 十字锻造变形 — 二道镦粗+拔长 — 水冷，具体操作如下：S1：加热将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中先进行预热处理再进行加热处理；S2：滚圆将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1190‑1210℃，保温4h后，通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行滚圆处理，当钢锭锻件降温至950℃前放回锻造用加热装置中；S3：一道镦粗+拔长将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1190‑1210℃，保温7h后通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行一道镦粗+拔长处理，当钢锭锻件降温至950℃前放回锻造用加热装置中；S4：十字锻造变形将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1140‑1160℃，保温6h后，通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行十字锻造变形处理，当钢锭锻件降温至950℃前放回锻造用加热装置中；S5：二道镦粗+拔长将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1090‑1110°C，保温5h后，通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行二道镦粗+拔长处理，在钢锭锻件降温至900℃前完工；S6：水冷将经过二道镦粗+拔长处理之后的钢锭锻件输送至水冷装置中进行快速冷却处理，冷至室温后取出进行探伤和晶粒度检测；S7：粗加工采用粗加工装置将冷却之后的钢锭锻件进行粗加工处理；S8：固溶热处理通过输送装置将经过粗加工之后的钢锭锻件放入固溶处理用加热装置中加热至1050‑1070℃，保温20‑21 h后，再通过输送装置将加热之后的钢锭锻件快速转移至冷却装置中进行固溶处理，钢锭锻件在转移过程中，停留在空气中的时间控制在1min以内；S9：无损检测采用超声波斜探头双向垂直扫查技术对固溶热处理之后的锻件进行缺陷的全范围高灵敏检测；S10: 异构件精加工采用异构件精加工装置对检测合格的钢锭锻件进行异构件精加工处理；S11: 成品将异构件精加工之后的钢锭锻件进行打包作业，即得核聚变堆超导磁体用大型低温异构件成品。...

【技术特征摘要】
1.一种大型低温异构件的生产方法，其特征在于：所述大型低温异构件的化学成分按重量份数计为：C:0.02～0.03份，Si:≤0.45份，Mn：1.6～1.8份，P≤0.02份，S≤0.005份，Cr:17～17.5份，Ni:12～12.5份，Mo:2.3～2.5份，N：0.06～0.08份，Cu≤0.2份，B≤0.001份，Ti≤0.10份，Nb≤0.15份，Ta≤0.012份，Co≤0.05份；其主要生产工序包括：预热—锻造—粗加工—固溶热处理—无损检测—异构件精加工—成品，其中，锻造工序包括滚圆—一道镦粗+拔长—十字锻造变形—二道镦粗+拔长—水冷，具体操作如下：S1：加热将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中先进行预热处理再进行加热处理；S2：滚圆将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1190-1210℃，保温4h后，通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行滚圆处理，当钢锭锻件降温至950℃前放回锻造用加热装置中；S3：一道镦粗+拔长将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1190-1210℃，保温7h后通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行一道镦粗+拔长处理，当钢锭锻件降温至950℃前放回锻造用加热装置中；S4：十字锻造变形将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1140-1160℃，保温6h后，通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行十字锻造变形处理，当钢锭锻件降温至950℃前放回锻造用加热装置中；S5：二道镦粗+拔长将钢锭锻件放置于锻造用加热装置中加热至1090-1110°C，保温5h后，通过出料装置将加热之后的钢锭锻件输送至锻压装置上进行二道镦粗+拔长处理，在钢锭锻件降温至900℃前完工；S6：水冷将经过二道镦粗+拔长处理之后的钢锭锻件输送至水冷装置中进行快速冷却处理，冷至室温后取出进行探伤和晶粒度检测；S7：粗加工采用粗加工装置将冷却之后的钢锭锻件进行粗加工处理；S8：固溶热处理通过输送装置将经过粗加工之后的钢锭锻件放入固溶处理用加热装置中加热至1050-1070℃，保温20-21h后，再通过输送装置将加热之后的钢锭锻件快速转移至冷却装置中进行固溶处理，钢锭锻件在转移过程中，停留在空气中的时间控制在1min以内；S9：无损检测采用超声波斜探头双向垂直扫查技术对固溶热处理之后的锻件进行缺陷的全范围高灵敏检测；S10:异构件精加工采用异构件精加工装置对检测合格的钢锭锻件进行异构件精加工处理；S11:成品将异构件精加工之后的钢锭锻件进行打包作业，即得核聚变堆超导磁体用大型低温异构件成品。2.根据权利要求1所述的一种大型低温异构件的生产方法，其特征在于：S1中预热处理的具体操作如下：第一升温阶段，从室温升温至440-460℃，升温时间≥5h；第一保温阶段，在440-460℃进行保温，保温时间7h；第二升温阶段，从440-460℃升温至840-860℃，升温时间≥9h；第二保温阶段，在840-860℃进行保温，保温时间5h；第三升温阶段，从840-860℃升温至1190-1210℃，升温时间≥6h。3.根据权利要求1所述的一种大型低温异构件的生产方法，其特征在于：S8固溶热处理的具体操作如下：低温升温阶段，从室温升温至830-870℃，升温速度≤80℃/h；低温保温阶段，在830-870℃进行保温，保温时间5-6h；高温升...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫振伟，刘圣祥，赵建兴，
申请(专利权)人：江阴振宏重型锻造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32