一种数十公斤级核反应堆压力容器钢的小批量制造方法技术

技术编号:25262333 阅读:76 留言:0更新日期:2020-08-14 22:58
本发明专利技术涉及压力容器钢制造技术领域,具体是一种数十公斤级核反应堆压力容器钢的小批量制造方法。获得适中强度、高的低温韧性、低屈强比的材料,使生产获得的材料具有与核反应堆压力容器钢本体一致的组织及力学性能,包括以下步骤。S100‑根据工业核反应堆压力容器钢的成分进行成分配料,然后进行真空感应熔炼,通过真空电弧熔炼得到铸锭。S200‑对铸锭进行一次锻造得到锻件,随后对锻件进行镦粗‑拔长‑二次锻造得到锻坯。S300‑对锻坯进行预备热处理;预备热处理包括以下步骤。S400‑性能热处理。本发明专利技术可以较为简单地实现核反应堆压力容器钢小批量的研制与生产,大大有利于压力容器的技术研发及生产改进。

【技术实现步骤摘要】
一种数十公斤级核反应堆压力容器钢的小批量制造方法
本专利技术涉及压力容器钢制造
,具体是一种数十公斤级核反应堆压力容器钢的小批量制造方法。
技术介绍
核反应堆压力容器是压水堆核电站的主构件和关键构件之一,其本体高约10m,内径约4m,壁厚约250mm。工业上采用的核反应堆压力容器钢为大型环锻件,其热处理工艺为预备热处理+最终热处理的双重热处理,其中预备热处理的工艺为:正火(880~900℃)+高温回火(630~650℃),最终热处理的工艺为调质处理:淬火(850℃~925℃,浸水淬火或喷淋淬火冷却)+高温回火(635℃~665℃,在静止的空气中冷却)。然而,由于压力容器本体体积庞大,重量达256.6吨。因此在对其成分、组织、性能进行研究与改进时,工业上需要首先进行小批量压力容器钢的试制与研究。相较于压力容器本体,小批量试制的材料尺寸较小,相同的冷却工艺下冷却速度较快,导致相同成分的材料经过相同的加工与热处理后,小批量试制时所获得的性能、组织与压力容器钢本体不同。因此探索核反应堆压力容器钢小批量的加工及热处理工艺,开发与压力容器钢本体的组织、力学性能一致的小批量核反应堆压力容器钢的制造方法非常重要。
技术实现思路
本专利技术为了通过冶炼、加工及热处理工艺等的设计,获得适中强度、高的低温韧性、低屈强比的材料,使生产获得的材料具有与核反应堆压力容器钢本体一致的组织及力学性能,提供一种数十公斤级核反应堆压力容器钢的小批量制造方法。本专利技术采取以下技术方案:一种数十公斤级核反应堆压力容器钢的小批量制造方法,包括以下步骤。S100-根据工业核反应堆压力容器钢的成分进行成分配料,然后进行真空感应熔炼,通过真空电弧熔炼得到铸锭。S200-对铸锭进行一次锻造得到锻件,随后对锻件进行镦粗-拔长-二次锻造得到锻坯。S300-对锻坯进行预备热处理;预备热处理包括以下步骤。S301-高温奥氏体化:将锻件热送至炉温为880~900℃的炉中进行奥氏体化,保温时间按1~1.5min/mm取。S302-控制冷速冷却:为达到压力容器本体正火时的冷却速度,使加热炉的炉温度以100~150℃/h的降温速度冷却后出炉。S303-高温回火:随后将锻件送入炉中进行高温回火,回火温度为630~650℃,保温时间按2~3min/mm取,出炉。S400-性能热处理;性能热处理包括以下步骤。S401-高温奥氏体化:将锻件送入炉中进行奥氏体化,奥氏体化保温温度为880℃~900℃,保温时间按1~1.5min/mm取,使材料充分奥氏体化并均匀化成分和组织。S402-保温冷却:奥氏体化后采用保温冷却,冷却气氛为100~200℃,冷却后出炉。S403-高温回火:锻后热处理的回火保温温度为630℃~650℃,保温时间按2~3min/mm取,回火后使锻件出炉。步骤S100中,熔炼前对碳元素和锰元素分别加入0.02和0.03的烧损,熔炼时逐级增加熔炼功率以使炉料逐层融化,精炼时温度控制1600~1650℃,真空度控制在0.5~1Pa,精炼时间在10~20min之间。步骤S200包括以下步骤,S201-切除冒口:熔炼所得的铸锭需要切除冒口和底部,保留锭身进行锻造。S202-一次锻造:锻造前加热温度为1180~1250℃,保温时间按1~2min/mm取,以确保铸锭温度均匀,热送钢锭进行一次锻造,锻造时压缩比需大于2.5。S203-镦粗:铸锭经一次墩粗后送至炉温为1180~1250℃的加热炉内保温,保温时间按1~2min/mm取,对铸锭进行高温扩散退火与再加热。S204-二次锻造:加热后热送钢锭,进行拔长,并进行二次墩粗,终锻温度不低于900℃,锻造后得到锻坯。参考工业核反应堆压力容器钢的热处理工艺,本专利技术中小批量核反应堆压力容器钢的热处理工艺采用锻后热处理+性能热处理的双重热处理工艺,其中回火温度采用反应堆压力容器钢的常用回火温度区间:630℃~650℃。然而,由于压力容器本体重达256.6吨,厚度达200mm,而小批量生产的核反应堆压力容器钢重量仅为数十公斤,厚度仅为数十mm,导致二者在热处理的淬火冷却速度有显著差异:小批量生产的反应堆压力容器钢体积小、冷却速度快,淬火将导致其形成马氏体组织,材料具有高的强度、硬度与低的韧性;而反应堆压力容器钢本体作为大型环锻件,淬火时冷却速度慢,会形成贝氏体组织,材料具有适中的强度、硬度与高的韧性。因此本专利技术的核心问题在于适当调整材料的热处理工艺,使小批量所炼制的钢材与大体积的压力容器钢本体具有相似的冷却速率,成功制备与压力容器本体组织与性能一致的小批量核反应堆压力容器钢。与现有技术相比,本专利技术具有如下有益效果:在锻造工艺上,采用二次锻造,充分破碎铸态组织获得细小晶粒,以防止粗大的柱状晶出现组织遗传,从而获得优良性能;在热处理工艺上,采用奥氏体化后保温冷却的方法使小批量钢的冷却速度接近工业大型核反应堆压力容器钢的冷却速度,最终保证小批量钢与工业用钢冷却速度、组织及性能的一致性。这种技术可以较为简单地实现核反应堆压力容器钢小批量的研制与生产,大大有利于压力容器的技术研发及生产改进。附图说明图1为工业港显微图;图2为实施例1显微图;图3为实施例2显微图;图4为实施例3显微图;图5为实施例4显微图;图6为对比例1显微图;图7为对比例2显微图;图8为对比例4显微图;图9为对比例6显微图;图10为对比例7显微图;图11为对比例8显微图;图12为实施例及对比例的拉伸曲线图。具体实施方式一种数十公斤级核反应堆压力容器钢的小批量制造方法,其特征在于:包括以下步骤:S100-根据工业核反应堆压力容器钢的成分进行成分配料,然后进行真空感应熔炼,通过真空电弧熔炼得到铸锭。S101-配料:按照国标要求成分进行配料。制定成分:国标中对核反应堆压力容器钢的化学成分按质量百分比规定为:C:0.16~0.19%,Mn:1.20~1.40%,Si:0.20~0.30%,Ni:0.70~0.85%,Cr≤0.15%,Mo:0.45~0.50%,Cu≤0.03%,Al≤0.03%,Co≤0.03%,N≤0.02%,P≤0.003%,S≤0.003%,余量为Fe。遵照国标的成分规定,本专利技术中所采用的化学组分和质量百分比为:C:0.87%,Mn:1.34%,Si:0.26%,Ni:0.81%,Cr≤0.12%,Mo:0.48%,Cu≤0.03%,Al≤0.03%,Co≤0.03%,N≤0.02%,P≤0.003%,S≤0.003%,余量为Fe。按照本专利技术中的冶炼与锻造的步骤,熔炼前对碳元素和锰元素分别加入0.02和0.03的烧损。S102-熔炼:熔炼时逐级增加熔炼功率以使炉料逐层融化,这是为了避免未融化及半融化状态的炉料在炉池上方粘接而无法进入熔池。由于核反应堆压力容器钢的熔点约在1500℃左本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数十公斤级核反应堆压力容器钢的小批量制造方法,其特征在于:包括以下步骤,/nS100-根据工业核反应堆压力容器钢的成分进行成分配料,然后进行真空感应熔炼,通过真空电弧熔炼得到铸锭;/nS200-对铸锭进行一次锻造得到锻件,随后对锻件进行镦粗-拔长-二次锻造得到锻坯;/nS300-对锻坯进行预备热处理;/n预备热处理包括以下步骤,/nS301-高温奥氏体化:将锻件热送至炉温为880~900 ℃的炉中进行奥氏体化,保温时间按1~1.5 min/mm取,/nS302-控制冷速冷却:为达到压力容器本体正火时的冷却速度,使加热炉的炉温度以100~150 ℃/h的降温速度冷却后出炉;/nS303-高温回火:随后将锻件送入炉中进行高温回火,回火温度为630~650 ℃,保温时间按2~3 min/mm取,出炉;/nS400-性能热处理;/n性能热处理包括以下步骤,/nS401-高温奥氏体化:将锻件送入炉中进行奥氏体化,奥氏体化保温温度为860℃~900℃,保温时间按1~1.5 min/mm取,使材料充分奥氏体化并均匀化成分和组织;/nS402-保温冷却:奥氏体化后采用保温冷却,冷却气氛为100~200 ℃,冷却后出炉;/nS403-高温回火:锻后热处理的回火保温温度为630 ℃~650 ℃,保温时间按2~3 min/mm取,回火后使锻件出炉。/n...

【技术特征摘要】
1.一种数十公斤级核反应堆压力容器钢的小批量制造方法,其特征在于:包括以下步骤,
S100-根据工业核反应堆压力容器钢的成分进行成分配料,然后进行真空感应熔炼,通过真空电弧熔炼得到铸锭;
S200-对铸锭进行一次锻造得到锻件,随后对锻件进行镦粗-拔长-二次锻造得到锻坯;
S300-对锻坯进行预备热处理;
预备热处理包括以下步骤,
S301-高温奥氏体化:将锻件热送至炉温为880~900℃的炉中进行奥氏体化,保温时间按1~1.5min/mm取,
S302-控制冷速冷却:为达到压力容器本体正火时的冷却速度,使加热炉的炉温度以100~150℃/h的降温速度冷却后出炉;
S303-高温回火:随后将锻件送入炉中进行高温回火,回火温度为630~650℃,保温时间按2~3min/mm取,出炉;
S400-性能热处理;
性能热处理包括以下步骤,
S401-高温奥氏体化:将锻件送入炉中进行奥氏体化,奥氏体化保温温度为860℃~900℃,保温时间按1~1.5min/mm取,使材料充分奥氏体化并均匀化成分和组织;
S402-保温冷却:奥氏体化后采用保温冷却,冷却气氛为100~200℃,冷却后出炉;
S403...

【专利技术属性】
技术研发人员:王雪姣高志强乔珺威张敏郭瑞鹏
申请(专利权)人:太原理工大学
类型:发明
国别省市:山西;14

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