專利名稱：離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝的制作方法

　　技術領域：

　　本發明涉及到一種離心鑄造爐管的冶煉工藝，特別是涉及到一種核電廠用大口徑厚壁核主管道的制作工藝。

　　背景技術：

　　隨著經濟快速發展，人民生活水平不斷提高。用電需求越來越大，但國內煤炭貯存量越來越少。而火力發電對環境污染也很大，這就必須有一種新能源來代替——核能發展。核能發電國家制定長遠發展規劃(2005年～2020年)。目前，壓水堆核電站是目前國內已建或在建的主要核電廠之一，其中壓水堆核電站主管道連接反應堆壓力容器，主蒸發器和主泵，組成一個環路，在主泵的驅動下，冷卻劑在環路中循環流動，將核裂變產生的熱量帶出并傳遞給主蒸發器。主管道是保持冷卻劑壓力邊界完整性的重要組成部分，其安全等級為核安全一級，離心鑄造管直管是主管道的重要組成部分。近年來，熱軋技術取得了很大的進步，國內正在用離心鑄造軋輥的生產方法開發高性能的合金爐管，以滿足核電的需要，離心鑄造軋輥生產方法與連續鑄造復合法(中國專利CN1280042)、電渣重熔法(中國專利CN1157192)等相比較，具有設備投資少，生產成本低，操作方法簡便，產品質量穩定等優點。但是，核電用合金爐管中含有較多的W、Cr、Mo、V等合金元素，而這些元素及其形成的碳化物密度差別很大，在普通的離心鑄造條件下，合金爐管中合金元素偏析嚴重，外層V含量低，而W、Mo含量高，內層正好相反，這樣嚴重影響了爐管的耐磨性；原料成本高；產品的純潔度較低；產品中氧、硫化物夾雜較多。

　　發明內容

　　本發明的目的在于提供一種無偏析、耐磨性好，同時降低原料成本，使產品的純潔度得到提高的離心鑄造合金爐管的制造方法。

　　本發明是這樣實現的離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于包括下列步驟①采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯冶煉工藝，冶煉CF8MModify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，由中頻爐提供半鋼水，用澆包運送半鋼水給AOD爐、然后用三步法進行精煉AOD爐一步脫碳；AOD爐二步還原；AOD爐三步調整成分，AOD爐出鋼溫度1600-1630℃。給離心鑄管及砂型鑄造提供純凈的鋼液，從而保證產品性能達到主管道產品技術條件所規定的要求，出鋼溫度1600℃～1630℃；②將型筒預熱到200-250℃，在其內壁噴涂耐一層高溫涂料，涂料厚度2-3mm。采用高溫涂料，該涂料滿足合適的酸堿度匹配，從而杜絕制品表面產生浸入性氣孔等缺陷。具有足夠高的耐火度，高溫強度，懸浮性、發氣性和涂布性，確保涂層的均勻性。

　　③采用分段式澆注方法保證鋼液在型筒中平穩充型，避免鋼液在型筒中的徑向擾動，使鋼液在相對靜止狀態下確保鋼液中的上浮(氣、雜上浮)，下沉(鋼液下沉)充分進行，提高鋼液的純潔度并最大限度降低偏析及保證制品的致密性。澆注溫度1500℃-1570℃，間梯式設置型筒轉速在400-500r/min；在澆注產品的內壁噴涂一層發熱保溫劑，以控制軸向傳熱，保證鋼液在結晶器中，以同心圓平面型堆進的結晶的方式從型壁至中心的順序凝固，以確保從開始結晶至接近完全凝固時均有足夠的補縮鋼水，從而確保離心鑄管的致密性，同時改善主管內壁的表面粗糙度。

　　④在300-400℃下脫模；⑤產品經過1050-1150℃溫度固溶熱處理。固溶處理是大口徑厚壁奧氏體不銹鋼離心鑄管制造過程中的重要工序之一。試驗研究表明，在1200℃時，碳在奧氏體中的溶解度為0.14％，在600℃時僅為0.08％。固溶熱處理的目的是將制品加熱到1050℃～1150℃溫度并恒溫，讓碳充分溶解在奧氏體中，然后急速冷卻，以避免碳化物析出，防止類似晶間腐蝕這樣的選擇性腐蝕。固溶處理溫度是按任務書的規定進行的，四只熱電偶在爐膛內均布，其溫度偏差＜±10℃，淬火池水溫低于34℃。

　　另外，在加工過程中，采用計算機模擬仿真技術，確保結晶器在鋼液凝固過程中控制軸向傳熱，徑向的定向快速冷卻。

　　采用本發明所述工藝鑄造的主直管道產品性能指標①安全等級核安全一級；②質量等級QA1級；③抗震類別I類；④運行壓力P＝15.2Mpa；⑤運行溫度T＝315℃；⑥設計溫度T＝350℃；⑦設計壓力P＝17.15Mpa；⑧水壓試驗壓力P＝21.5Mpa；⑨設計壽命Y＝40年⑩選用材料ASME SA-451 CPF8M Modf

　　主直管道產品的性能試驗結果1.主直管道產品試制件規格Φ840×72.5×2000(mm)的化學成分分析按技術條件的規定，管段的化學成分分析，包括從澆包中取樣的化學成分分析及按任務書要求取任成品0°、90°、180°、270°方位1/4厚度成品樣的化學分析，分析結果符合技術條件(見表1)。

　　表1 澆包及成品化學成分分析結果

　　2.主直管道產品的δ鐵素體的測定按技術條件規定，用澆包化學成分和成品化學成分分析結果，分別計算出鉻當量Creq和鎳當量Nieq，求得δ鐵素體含量值，所得結果均在16～18％范圍內，符合技術條件中要求鐵素體含量應為15～20％的。

　　鎳和鉻當量公式分別為Nieq＝％Ni+30×％C+0.5×％Mn；Creq＝％Cr+％Mo+1.5×％Si+0.5×％Nb。

　　試樣分析結果均含有0.02％ Nb

　　①澆包分析 Nieq＝10.41+30×0.03+0.5×0.82＝11.7Creq＝20.18+2.12+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.6得鐵素體含量為17％②從制品0°位置1/4厚度取樣的1#成品試樣分析結果Nieq＝10.52+30×0.03+0.5×0.82＝11.8Creq＝20.04+2.10+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.4得鐵素體含量為17％③從制品90°位置1/4厚度取樣的2#成品試樣分析結果得Nieq＝10.41+30×0.03+0.5×0.80＝11.7Creq＝20.18+2.12+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.6得鐵素體含量為17％④從制品180°位置1/4厚度取樣的3#成品試樣分析結果得Nieq＝10.40+30×0.03+0.5×0.80＝11.7Creq＝19.96+2.05+1.5×0.82+0.5×0.02＝23.3得鐵素體含量為16％⑤從制品270°位置1/4厚度取樣的4#成品試樣分析結果得Nieq＝10.55+30×0.03+0.5×0.83＝11.9Creq＝20.02+2.09+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.4得鐵素體含量為16％經分析，上述結果均符合技術條件的規定3.主直管道產品截取試樣的力學性能力學性能試樣按技術條件要求在固溶熱處理的制品上按取樣圖截取，按ASTM E8和ASTM E21標準，采用Φ10mm截面的試樣進行試驗，其試驗結果符合技術條件的規定值(見表2)。

　　表2 常溫及高溫(350℃)拉伸試驗結果

　　4.主直管道產品截取試樣的夏比沖擊韌性夏比沖擊韌性試驗所用試樣按技術條件從固溶熱處理后的直管段截取，按ASTM A370進行試驗，試驗結果符合技術條件的規定三個試驗的平均值AKV≥80J單個最低值AKV≥60J(見表3)

　　表3 夏比沖擊試驗結果

　　5.主直管道產品試樣的晶間腐蝕敏感性試驗按技術條件截取的試樣經725℃保溫30分鐘的恒溫后在茂福爐中緩慢冷卻，經研磨處理，丙酮去油后有純凈水沖洗、吹干，按ASTMA262 E法在帶回流冷凝器的三角燒中煮沸24小時，經過晶間腐蝕試驗的試樣，在試驗機上冷彎180°，未發現開裂現象。

　　6.主直管道產品段橫截面環狀試樣的宏觀浸蝕試驗按技術條件要求從經過固溶處理的直管段一端取一橫截面的環狀試樣，按ASTM E340進行了宏觀浸蝕，橫截面組織均勻、致密未發現任何縮孔、氣泡乃至裂紋等缺陷，符合技術條件的要求。

　　權利要求

　　1.離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于①采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯冶煉工藝，冶煉CF8MModify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，出鋼溫度1600℃～1630℃；②將型筒預熱到200-250℃；③采用分段式澆注方法保證鋼液在型筒中平穩充型，避免鋼液在型筒中的徑向擾動，澆注溫度1500℃-1570℃，型筒轉速在400-500r/min；④在300-400℃下脫模；⑤產品經固熔熱處理。

　　2.根據權利要求1所述的離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于當型筒預熱到200-250℃時在其內壁噴涂耐一層高溫涂料，涂料厚度2-3mm。

　　3.根據權利要求1所述的離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于在澆注產品的內壁涂一層發熱保溫劑，保溫劑成型厚度1.5-2mm。

　　4.根據權利要求1所述的離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于間梯式設置型筒轉速。

　　5.根據權利要求1所述的離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的冶煉工藝，其特征在于采用計算機模擬仿真技術，確保結晶器在鋼液凝固過程中控制軸向傳熱，徑向的定向快速冷卻。

　　全文摘要

　　本發明公開了一種核電廠用離心鑄造奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核主管道直管的制作工藝。采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯冶煉工藝，冶煉CF8M Modify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，出鋼溫度1600℃～1630℃。采用分段式澆注方法保證鋼液在型筒中平穩充型，避免鋼液在型筒中的徑向擾動，提高鋼液的純潔度并最大限度降低偏析及保證制品的致密性。同時采用內壁發熱保溫劑，以控制軸向傳熱，保證鋼液在結晶器中，以同心圓平面型堆進的結晶的方式從型壁至中心的順序凝固，以確保從開始結晶至接近完全凝固時均有足夠的補縮鋼水，從而確保離心鑄管的致密性，同時改善主管內壁的表面粗糙度。

　　文檔編號C22C1/02GK1824431SQ20061003911

　　公開日2006年8月30日 申請日期2006年3月28日 優先權日2006年3月28日

　　發明者張宗良, 顧朝冰, 何紀海, 和仲祥, 倪洪濤 申請人:江蘇標新集團有限公司

　　專利名稱：樹脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管工藝的制作方法

　　技術領域：

　　本發明涉及到一種爐管的冶煉工藝，特別是涉及到一種核電廠用大口徑厚壁彎管道的制作工藝。

　　背景技術：

　　隨著經濟快速發展，人民生活水平不斷提高。用電需求越來越大，但國內煤炭貯存量越來越少。而火力發電對環境污染也很大，這就必須有一種新能源來代替——核能發展。核能發電國家制定長遠發展規劃(2005年～2020年)。目前，壓水堆核電站是目前國內已建或在建的主要核電廠之一，其中壓水堆核電站主管道連接反應堆壓力容器，主蒸發器和主泵，組成一個環路，在主泵的驅動下，冷卻劑在環路中循環流動，將核裂變產生的熱量帶出并傳遞給主蒸發器。主管道是保持冷卻劑壓力邊界完整性的重要組成部分，其安全等級為核安全一級，彎管則是主管道的重要組成部分。近年來，熱軋技術取得了很大的進步，奧氏體不銹鋼鑄造過程中，從鋼液開始結晶到凝固完成，液、固并存的溫度區間較大，因此結晶過程中不合理的凝固，極易造成制品內部的縮孔和縮松、氣孔、夾渣等缺陷。奧氏體不銹鋼導熱率小，膨脹系數又大，往往產生大的收縮應力，而奧氏晶界的結合力相對較底，因而在結晶過程中常常出現熱裂紋，如有S、P等有害元素的低熔點共晶體在晶界上析出，將增加熱裂紋的敏感性。

　　發明內容

　　本發明的目的在于提供一種無偏析、耐磨性好，同時減少制品內部的縮孔和縮松、氣孔、夾渣等缺陷，并使產品的純潔度得到提高的奧氏體不銹鋼彎管工藝。

　　本發明是這樣實現的一種堿性苯酚樹脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產方法，其特征在于包括下列步驟①采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯冶煉工藝，冶煉CF8MModify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，由中頻爐提供半鋼水，用澆包運送半鋼水給AOD爐、然后用三步法進行精煉AOD爐一步脫碳；AOD爐二步還原；AOD爐三步調整成分，AOD爐出鋼溫度1600-1630℃。給離心鑄管及砂型鑄造提供純凈的鋼液，從而保證產品性能達到主管道產品技術條件所規定的要求，出鋼溫度1600℃～1630℃；②將型砂和泥芯烘干，在其內壁和泥芯外表面噴涂耐一層油溶性涂料，點火燒干，再噴涂耐二層油溶性涂料，每噴一次點火燒干一次，使涂料厚度達到2-3mm。該油溶性涂料滿足合適的酸堿度匹配，從而杜絕制品表面產生浸入性氣孔等缺陷。具有足夠高的耐火度，高溫強度，懸浮性、發氣性和涂布性，確保涂層的均勻性。

　　選用的造型材料為堿性苯酚樹脂砂，具有高的耐熱度、高溫強度、導熱系數、蓄熱性和透氣性。

　?、鄄捎玫鬃⒎?、開放式、大流量、低流速的澆注系統使鋼水平穩充型；澆注系統和澆注工藝能有效調節各部位的溫度分布、澆注系統的溫度梯度以確保鑄件的順序凝固；使鋼液在相對靜止狀態下確保金屬液面在型腔內有合適的上升速度，從而得到輪廓完整、清晰的彎頭部件；提高鋼液的純潔度并最大限度降低偏析及保證制品的致密性。澆注溫度1500℃-1570℃。

　　澆注系統的結構和選用的材料具有足夠的高溫強度和低抗鋼液的沖刷能力，同時具備有良好的除渣功能，能阻擋夾渣進入鑄型腔。

　　澆注系統結構應簡單、緊湊、流暢，保證液態金屬以最短距離，最合理的時間充滿鑄型型腔。

　　選用的造型材料堿性苯酚樹脂砂具有高的耐熱度、高溫強度、導熱系數、蓄熱性和透氣性。

　　另外在澆注系統結構中設置了若干個冒口，其位置、形狀，尺寸和數量及間隔設置設計時已考慮到冒口的設置已充分考慮到有效的補縮區域范圍，有暢通的補縮道以確保鋼液能定向流動應補縮的區域；有足夠的補縮壓力，在彎管凝固過程中，冒口中的鋼液一直處于正壓力狀態，即使彎管凝固終了時，冒口內仍有一定的殘余液態的壓頭；冒口材料有足夠的絕熱性能，以達到上述目標并保證彎管鑄件的順序凝固。

　?、茉?00-400℃下脫模；⑤產品經過1050-1150℃溫度固溶熱處理。固溶處理是大口徑厚壁奧氏體不銹鋼彎管制造過程中的重要工序之一。試驗研究表明，在1200℃時，碳在奧氏體中的溶解度為0.14％，在600℃時僅為0.08％。固溶熱處理的目的是將制品加熱到1050℃～1150℃溫度并恒溫，讓碳充分溶解在奧氏體中，保溫時間以每25mm厚度一小時計算，然后急速冷卻，以避免碳化物析出，防止類似晶間腐蝕這樣的選擇性腐蝕。固溶處理溫度是按任務書的規定進行的，四只熱電偶在爐膛內均布，其溫度偏差＜±10℃，淬火池水溫低于34℃。

　　采用本發明所述工藝鑄造的彎管道產品性能指標(1)安全等級核安全一級(2)質量等級QAI級(3)抗震類別I類(4)運行壓力P＝15.2Mpa，(5)運行溫度T＝316℃(6)設計壓力P＝17.15Mpa(7)設計溫度T＝350℃

　　(8)水壓試驗壓力Pt＝21.5Mpa(9)設計壽命Y＝40年(10)彎頭外徑＝893mm(11)彎頭內徑＝695mm(12)內圓偏心(外側)δ＝11mm(13)彎頭曲率半徑R＝1300mm(14)彎頭材料選用ASME SA-351CF8M Modf奧氏體不銹鋼彎管道產品的性能試驗結果1.彎管道產品試制規格Φ840×72.5×2000(mm)的化學成分分析按技術條件的規定，管段的化學成分分析，包括從澆包中取樣的化學成分分析及按任務書要求取任成品0°、90°、180°、270°方位1/4厚度成品樣的化學分析，分析結果符合技術條件(見表1)。

　　表1澆包及成品化學成分分析結果

　　2.大壁厚90°彎管的δ鐵素體含量測定用澆包及成品的化學分析結果按Schaeffer圖測定δ鐵素體含量，其δ鐵素體含量在15％～18％。

　　Schaeffer圖中縱、橫坐標的Cr和Ni含量分別為；Nieq＝％Ni+30％C+0.5％MnCreq＝％Cr+％Mo+1.5％×％Si+0.5×％Nb(1)澆包分析結果，計算的鉻和鎳當量為Nieq＝10.45+30×0.02+0.5×0.93＝11.5Creq＝19.40+2.23+1.5×0.85＝22.9查Schaeffer圖，得δ鐵素體量為15％(2)成品01Nieq＝10.20+30×0.02+0.5×0.76＝11.2Creq＝19.78+2.07+1.5×0.84＝23.1查Schaeffer圖，得δ鐵素體量為18％(3)成品02Nieq＝10.42+30×0.03+0.5×0.79＝11.7Creq＝19.77+2.04+1.5×0.83＝23.1查Schaeffer圖，得δ鐵素體量為16％(4)成品03Nieq＝10.22+30×0.03+0.5×0.77＝11.5Creq＝19.80+2.09+1.5×0.83＝23.1查Schaeffer圖，得δ鐵素體量為17％(5)成品04Nieq＝10.38+30×0.025+0.5×0.84＝11.6Creq＝20.10+2.08+1.5×0.81＝23.4查Schaeffer圖，得δ鐵素體量為18％3.從大壁厚90°彎管截取試樣的常溫和高溫拉伸試驗從大壁厚90°彎管截取試樣進行了常溫和高溫拉伸試驗，其結果見表2

　　表2，常溫和高溫拉伸試驗結果

　　4.從大壁厚90°彎管截取試樣的夏比沖擊韌性試驗從彎頭截取試樣進行了夏比沖擊試驗，試驗結果見表3表3夏比沖擊韌性試驗結果

　　5.從大壁厚90°彎管截取試樣的晶間腐蝕試驗從90°彎管制品截取的試樣經725±10℃得敏化處理后，按ASMEA-262方法進行了.晶間腐蝕試驗，未發現晶間腐蝕痕跡。

　　6.從彎管截取橫截面環狀試樣的宏觀浸蝕試驗從彎頭的一端，截取了橫截面環狀試樣，按ASTME340規定進行了宏觀浸蝕試驗。

　　大家知道，腐蝕是一個微觀過程，在宏觀范圍內，被浸蝕制品的鑄造組織，制品內部存在的夾渣物、縮松、微裂紋、氣孔等缺陷，均可以通過侵蝕后的圖象顯示出來。從彎頭端部截取的橫截面環狀試樣宏觀侵蝕照片，可以看出整個平面宏觀組織均勻、致密、目視檢查無缺陷顯示，由此可見，大壁厚90°彎管的鑄造是成功的。7.90°彎頭的內外表面目視及滲透檢查按標準要求，對大壁厚90°彎管內、外表面進行目視及100％滲透探傷檢查，①工件表面粗糙度Ra≤6.3μm②采用試劑清洗劑 型號HG-Z9952；滲透劑 型號HG-Z9952；顯像劑 型號HG-Z9952。

　?、垤`敏度試塊檢驗靈敏度≤5μm。

　　檢驗結果①未發現長度大于4.7mm線性缺陷跡顯；②未發現尺寸大于4.7mm的圓形缺陷跡顯；③任意面積為3870mm2的區域內，未發現有10個以上的缺陷。

　　④在鑄件表面未發現裂紋跡顯。

　　大壁厚90°彎管的內外表面目視及滲透檢查結果，符合標準規定。

　　權利要求

　　1.一種堿性苯酚樹脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產方法，其特征在于包括下列步驟①采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯冶煉工藝，冶煉CF8MModify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，出鋼溫度1600℃～1630℃；②將型砂和泥芯烘干，在所述的型砂內壁和泥芯外表面至少噴涂一層油溶性涂料，并點火燒干；③采用底注法、開放式、大流量、低流速的澆注系統使鋼水平穩充型，澆注溫度1500℃-1570℃；④在300-400℃下脫模；⑤產品經固熔熱處理。

　　2.一種堿性苯酚樹脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產方法，其特征在于在所述的型砂內壁和泥芯外表面噴涂三層油溶性涂料，涂一次并點火燒干一次，使涂料厚度達到2-3mm。

　　3.一種堿性苯酚樹脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產方法，其特征在于澆注系統的溫度梯度以確保鑄件的順序凝固。

　　4.一種堿性苯酚樹脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產方法，其特征在于在所述的型砂上設置有補縮作用的冒口，在澆注凝固前能補給部分金屬液體。

　　5.一種堿性苯酚樹脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產方法，其特征在于選用的造型材料為堿性苯酚樹脂砂。

　　全文摘要

　　本發明公開了一種核電廠用奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核彎管道的制作工藝。采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯冶煉工藝，冶煉CF8MModify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，出鋼溫度1600℃～1630℃。采用底注法、開放式、大流量、低流速的澆注系統使鋼水平穩充型；澆注系統和澆注工藝能有效調節各部位的溫度分布、澆注系統的溫度梯度以確保鑄件的順序凝固，并提高鋼液的純潔度并最大限度降低偏析及保證制品的致密性。最后將產品進行固溶熱處理，其目的是讓碳充分溶解在奧氏體中，然后急速冷卻，以避免碳化物析出，防止類似晶間腐蝕這樣的選擇性腐蝕。

　　文檔編號B22D11/16GK1827818SQ20061003911

　　公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月28日 優先權日2006年3月28日

　　發明者王子龍, 顧朝冰, 何紀海, 和仲祥, 張彬 申請人:江蘇標新集團有限公司