核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法，包括以下步骤：步骤一，提供一种核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金锻件；步骤二，控制O、N、Nb的含量如下：O≤35ppm、N≤130ppm、Nb≤0.01％，wt；步骤三，控制Al及Ti元素的含量如下：Al为0.37～0.45％、Ti为0.37～0.45％，wt。本发明专利技术的最终锻件满足核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金锻件的晶粒度及夹杂物检测要求，高温力学性能满足标准检测要求。

Manufacturing Method of High Temperature Alloy Forging for Nuclear Power Steam Generator

【技术实现步骤摘要】
核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法
本专利技术涉及一种锻件的制造方法，特别是一种核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法。
技术介绍
800H合金系19世纪中期美国特种金属公司(SMS)研制的一种Ni-Cr-Fe系奥氏体耐热合金，由于其碳含量较800合金有所提高，有着更加优异的耐高温、抗蠕变及持久性能。截止2018年年底，全球首台高温气冷堆蒸汽发生器在我国制造完成，中国核电设备设计制造又迈向了一个新的高度。蒸汽发生器是高温气冷堆核电系统中最关键的设备之一，其作用是将核反应堆的热量转换成接近600℃的水蒸汽，推动汽轮发电机组产生电能。核电高温气冷堆蒸汽发生器锻件用800H合金制造主要依据的标准为ASMESB564，其对应材料牌号为AlloyUNSN08810。目前我国核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金锻件完全依赖进口，尚未进行国产化生产，且国内外对核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金锻件的研究较少，对相关夹杂物及晶粒度控制这两个方面更是鲜有涉及。对于800H合金的晶粒度，ASMESB564中对AlloyUNSN08810合金锻件的要求为5级或更粗，核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金的晶粒度要求为2～5级。对于800H合金锻件，其M23C6型碳化物的开始析出温度较高，约1100℃左右，由于M23C6型碳化物的存在对锻件再结晶的形核及晶粒长大均具有较大影响，故其晶粒度的控制难点在于如何控制M23C6型碳化物的形态及分布，以控制800H合金锻件的晶粒度，使锻件组织均匀，以提高锻件的高温力学性能并使其稳定化，此为该类型锻件制造的最大难点之一。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对核电高温气冷堆蒸汽发生器用高温合金锻件研究出一套稳定、可靠的生产制造工艺。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法，包括以下步骤：步骤一，提供一种核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金锻件；步骤二，控制O、N、Nb的含量如下：O≤35ppm、N≤130ppm、Nb≤0.01％，wt；步骤三，控制Al及Ti元素的含量如下：Al为0.37～0.45％、Ti为0.37～0.45％，wt。优选地，还包括：步骤四，控制Cu元素的含量如下：Cu≤0.10％，wt。优选地，还包括：步骤五，将步骤四后的800H合金冶炼成电极棒，并重熔冶炼成电渣锭，所述电渣锭所包括的合金元素的成分及其百分比为：C为0.075～0.095％，Cr为21.5～22.5％，Ni为33.0～34.0％，Fe≥39.5％，Al为0.37～0.45％，Ti为0.37～0.45％，Cu≤0.10％，Si为0.40～0.60％，Mn为0.90～1.10％，Nb≤0.01％，O≤35ppm，N≤130ppm，wt。优选地，还包括如下步骤：在钢锭锻造前，将钢锭加热到1180～1210℃，保温20小时，保温结束后用10吨电液锤进行锻造，锻件回炉保温度为1180±10℃，保温时间不超过2小时。优选地，还包括如下步骤：将终锻温度控制在1100℃以上，且锻件在锻造结束后立即进行水冷。优选地，还包括在锻件锻造结束后进行固溶热处理的工作流程，所述工作流程包括：工作流程一，炉温≤600℃试样入炉，并以～200℃/小时的升温速率升温至870℃进行保温。优选地，还包括：工作流程二，试样在870℃模拟炉中保温2小时后，尽速升温至1125±10℃。优选地，还包括：工作流程三，试样在1125±10℃模拟炉中保温3～5小时。优选地，还包括：工作流程四，试样保温结束后立即出炉水冷。附图说明图1为本专利技术的核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法示意图。图2为800H合金钢锭锻造加热示意图。图3为本专利技术的核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法中800H合金锻件固溶热处理工艺示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本专利技术技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和
技术实现思路
对本专利技术技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本专利技术的实质内容。现有技术中，核电高温气冷堆蒸汽发生器锻件用800H合金化学成分要求如下表1所示。表1800H(AlloyUNSN08810)合金化学成分要求(wt,％)元素CMnSSiNi化学成分分析％0.05～0.10≤1.50≤0.015≤1.0030.0～35.0元素CrFeAlTiCu化学成分分析％19.0～23.0≥39.50.15～0.600.15～0.60≤0.75对于800H合金锻件的夹杂物控制，ASMESB564中对AlloyUNSN08810合金锻件并未进行要求，而核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金的夹杂物检测要求如表2所示。表2核电蒸汽发生器用800H合金金相检测要求由于高温合金中的夹杂物形成及长大的复杂性，锻件合金成分及其制造工艺均会对锻件中的夹杂物形貌、尺寸、成分组成及分布造成较大影响。如表1所示，在核电用800H合金锻件的合金成分要求中并未对残余元素铌(Nb)作相关要求，但在锻件的实际生产过程中，由于电极棒冶炼的原材料选择及冶炼工艺的设置中未对铌元素加于控制，其含量通常落在0.01～0.10％(wt)之间，这将对锻件中的夹杂物形貌、尺寸、成分组成及分布造成较大影响，使锻件B类及D类Ti(C，N)夹杂物超标，并最终影响锻件综合性能。另外，对于AlloyUNSN08810合金，适用于锻件的标准ASMESB564中并未对其高温力学性能提出要求，核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金的高温力学性能的要求来自于ASMESB163(适用于管材)，具体要求如表3所示。表3核电蒸汽发生器用800H合金机械性能要求由于锻件尺寸明显大于管材，这对锻件的生产制造工艺的设计提出了更高的要求。锻件晶粒、夹杂物及M23C6型碳化物的形态及分布亦对800H合金锻件的高温性能存在较大影响。针对表2及表3所列核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金锻件的晶粒度、夹杂物及高温力学性能检测要求，如图1所示本专利技术公开了一种核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法，对化学成分优化，控制800H合金锻件中夹杂物的数量、形貌及尺寸，具体包括以下步骤：步骤一，提供一种核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金锻件。步骤二，控制O、N、Nb的含量如下：O≤35ppm、N≤130ppm、Nb≤0.01％，wt。步骤三，控制Al及Ti元素的含量如下：Al为0.37～0.45％、Ti为0.37～0.45％，wt。步骤四，控制Cu元素的含量如下：Cu≤0.10％，wt。步骤五，将步骤四后的800H合金冶炼成电极棒，并进行电渣重熔，所述电极棒所包括的成分以及百分比为：C为0.075～0.095％，Cr为21.5～22.5％，Ni为33.0～34.0％，Fe≥39.5％，Al为0.37～0.45％，Ti为0.37～0.45％，Cu≤0.10％，Si为0.40～0.60％，Mn为0.90～1.10％，Nb≤0.01％，O≤35ppm，N≤130ppm，wt。在以上步骤中，由于Al及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，提供一种核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金锻件；步骤二，控制O、N、Nb的含量如下：O≤35ppm、N≤130ppm、Nb≤0.01％，wt；步骤三，控制Al及Ti元素的含量如下：Al为0.37～0.45％、Ti为0.37～0.45％，wt。

【技术特征摘要】
1.一种核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，提供一种核电高温气冷堆蒸汽发生器用800H合金锻件；步骤二，控制O、N、Nb的含量如下：O≤35ppm、N≤130ppm、Nb≤0.01％，wt；步骤三，控制Al及Ti元素的含量如下：Al为0.37～0.45％、Ti为0.37～0.45％，wt。2.如权利要求1所述的核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法，其特征在于，还包括：步骤四，控制Cu元素的含量如下：Cu≤0.10％，wt。3.如权利要求1所述的核电蒸汽发生器用高温合金锻件的制造方法，其特征在于，还包括：步骤五，将步骤四后的800H合金冶炼成电极棒，并重熔冶炼成电渣锭，所述电渣锭所包括的合金元素的成分及其百分比为：C为0.075～0.095％，Cr为21.5～22.5％，Ni为33.0～34.0％，Fe≥39.5％，Al为0.37～0.45％，Ti为0.37～0.45％，Cu≤0.10％，Si为0.40～0.60％，Mn为0.90～1.10％，Nb≤0.01％，O≤35ppm，N≤130ppm，wt。4.如权利要求1至3中之一所述的核电蒸汽发生器用高温合金锻件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈美芳，司梦丽，陈卓，陶志勇，韩国盛，陈华锋，
申请(专利权)人：上海电气上重铸锻有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31