钠冷快堆用不锈钢无缝管以及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钠冷快堆用不锈钢无缝管，基于316H不锈钢基材进行微合金化成分细调，成分组成以质量％计含有：C:0.04

【技术实现步骤摘要】
钠冷快堆用不锈钢无缝管以及制备方法


[0001]本专利技术涉及不锈钢无缝管领域，特别是涉及一种钠冷快堆用不锈钢无缝管以及制备方法。

技术介绍

[0002]随着世界各国经济发展和环境恶化压力，建造核电、利用和发展核能已成为未来能源发展的重点之一。我国在核电开发、建设方面已取得了重大进展，三代核电技术达到世界先进水平，四代核电技术达到国际领先水平。四代核电中钠冷快中子反应堆，由于高安全和可靠性，增殖能力强，可使铀资源利用率提高到60%以上，从而使核废料产生量得到最大程度的降低，实现放射性废物最小化等方面而受世界各国的重视。是世界上第四代先进核能系统的首选堆型之一，代表了第四代先进核电建设的发展方向。也是我国四代核电在钠冷快堆方面从实验堆向示范堆技术突破走出的关键一步。
[0003]作为四代核电的钠冷示范快堆，对其安全性提出了极为严格的要求，核安全级高温钠管道采用的是304、316和321等不锈钢无缝管，其中316不锈钢无缝管是核安全钠冷管道的主要钢种。需要长期在高温下长期服役。因此，与常规316奥氏体不锈钢无缝管有着极大的区别，对铁素体含量、金属成分、非金属夹杂物、室温力学性能、短时高温拉伸性能、晶粒度及级差、晶间腐蚀等要求方面，几乎近于苛刻。
[0004]钠冷快堆为钠
‑‑
钠
‑‑
水三回路传热系统，核安全级二、三级高温钠管道用316H不锈钢无缝管，因反应堆冷却剂出口温度为530～550℃，较三代核电站温度高，压力相对小。需要材料有较高的耐高温性能，而316H不锈钢无缝管因成分中有Mo、Cr、Si等铁素体形成元素，不可避免地存在一定的铁素体含量，当316H不锈钢无缝管中含铁素体会发生475℃脆化现象，增加材料脆性断裂倾向。因此，为保证核电在服役期内安全运行，钠冷管道用316H不锈钢无缝管铁素体含量小于1％，可有效地延长核电站使用寿命，提高安全性。同时，钢中过高铁素体会影响到奥氏体不锈钢无缝管热加工性能，这是由体心立方晶体结构的铁素体延展性差的特性所决定的。
[0005]钠冷快堆316H不锈钢无缝管长期处于高温、腐蚀、辐射等环境中运行，还被要求较高的室温拉伸性能和短时高温拉伸性能，同时还要兼顾强韧性、晶间腐蚀性、持久性能。具体而言，高温钠冷管道要长期在在高温环境中运行，要有抗高温蠕变性能，要有足够持久强度，管材本身还要有极好塑性硬度又要较低，而316H含碳量较高，能提高高温力学性能，要兼顾强韧性、抗晶间腐蚀性能，需要通过添加微合金元素和微观组织控制，满足工程设计对材料的性能指标要求。
[0006]参照钠冷快堆技术条件，需要澄清不锈钢管坯中铁素体的形成机制并提出消除对策，实现铁素体含量小于1%的制备。为保证纳冷管道用不锈钢无缝管组织性能，优化冷轧加工及固溶工艺，实现不锈钢无缝管晶粒度为5级并更细，全厚度方向晶粒度级差不超过2级的控制，需要从冷轧加工的晶粒尺寸加以控制。耐晶间腐蚀性能，需要从提高抗液态金属腐蚀性能，通过细小碳化物的弥散分布控制，来保证细晶结构的稳定性和提高高温力学性能
和耐腐蚀性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术主要解决的技术问题是提供一种钠冷快堆用不锈钢无缝管以及制备方法，能够满足核安全高温纳管道使用标准，具有强韧性、耐腐蚀性、持久性。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种钠冷快堆用不锈钢无缝管，，基于316H不锈钢基材进行微合金化成分细调，成分组成以质量％计含有：C:0.04
‑
0.05%，Si:≤0.6%，Mn:1.00
‑
2.00%，P:≤ 0.030%，S:≤ 0.003%，Cr: 17.0
‑
18.0%，Ni:11.5
‑
12.5%，Mo: 2.50
‑
2.70%，Cu:≤0.10%，N:0.05
‑
0.07%，B:≤0.0015%，O:≤30ppm，H≤5.0ppm，其余为Fe和杂质，调控微合金元素,控制铁素体含量≤1％。
[0009]在本专利技术一个较佳实施例中，基于316H不锈钢基材进行微合金化成分细调，增加了奥氏体形成元素Ni、Mn、C、N、Cu、B、N、Mo、V、Co，通过控制铬当量和镍当量的比值来控制铁素体含量,即Creq/Nieq当量控制在1.10～1.25，使不锈钢结晶先形成奥氏体模式,钢中铁素含量显著下降,通过工艺调控，使铁素体含量控制在1％以下。
[0010]在本专利技术一个较佳实施例中，所述杂质成分组成以质量％计含有Al:≤0.03%，Sb:≤0.002%，Pb:≤0.001%，Se: ≤0.015%，Sn:≤0.005%，V:≤0.05%，Zn: ≤0.01%，As:≤0.01%，Co: ≤0.06%，低熔点的有害元素As+Sb+Bi+Sn+Pb≤0.15%。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术采用的另一个技术方案是：提供一种钠冷快堆用不锈钢无缝管的制备方法，包括以下步骤：a．高纯度冶炼工艺：首先通过电炉熔炼初炼，出钢温度为≥1670℃,钢液成分均匀，制造出合格的不锈钢熔液；然后，通过AOD炉精炼，通过AOD炉和渣面加铝粉的脱氧工艺，使Al≤0.03%，氧含量≤30ppm以下；接着，LF炉精炼，通入较弱氩气搅拌，气泡去除小尺寸夹杂物；b．微合金化成分细调：增加奥氏体形成元素Ni、Mn、C、N、Cu、B、N、Mo、V,控制铬当量和镍当量的比值在1.10～1.2, 通过调整铬镍当量比来调整最终奥氏体不锈钢无缝管的铁素体含量≤1％，获得铸造用的不锈钢溶液；c．不锈钢铸造工艺：使用步骤b得到的不锈钢熔液制造铸造材，采用连续铸造法制造或采用铸锭法制造圆管坯；d．热穿孔处理工艺：对所制造的圆管坯进行热穿孔加工，圆管坯经对斜底炉各温度段的升温曲率、保温时间、翻缸次数工艺参数的调控，加热温度为1160℃～1250℃，加热时间控制在150～900分钟，保温时间15～150分钟，对大碾角斜轧穿孔所对应的应力应变场和温度场和顶头穿孔过程温度场变分析和调控形成热穿孔成形与组织性能协同控制，生产出合格的的荒管；e．中间品冷加工工艺：采用大变形量轧制，冷轧管变形延伸系数1.3～1.9，控制在减径率达31％～48％，减壁率达到30％～52％，中间扩、拔、轧管道次单道次一般延伸系数控制在1.05～1.7，控制在减径率达10％～40％，减壁率达到5％～46％，之后进行过程固溶热处理，过程固溶热处理温度控制在1070～1100℃；f．成品冷加工：成品轧管前对管子晶粒度进行检测，通过前道变形轧制以及冷扩拔积累变形量，成品管轧制时，冷轧管变形延伸系数1.2～1.6，控制在减径率达11％～30％，减壁率达到12％～32％，最后进行成品固溶热处理，温度控制在在1070～1090℃，最后获得成品钠冷快堆用不锈钢无缝管。
[0012]在本专利技术一个较佳实施例中，所述步骤a中电炉熔炼，出钢温度为≥1670℃,出钢前的钢水全部溶清，Si含量控制在0.5～0.6％，钢液成分均匀，制造出合格的不锈钢熔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠冷快堆用不锈钢无缝管，其特征在于，基于316H不锈钢基材进行微合金化成分细调，成分组成以质量％计含有：C:0.04
‑
0.05%，Si:≤0.6%，Mn:1.00
‑
2.00%，P:≤ 0.030%，S:≤ 0.003%，Cr: 17.0
‑
18.0%，Ni:11.5
‑
12.5%，Mo: 2.50
‑
2.70%，Cu:≤0.10%，N:0.05
‑
0.07%，B:≤0.0015%，O:≤30ppm，H≤5.0ppm，其余为Fe和杂质，调控微合金元素,控制铁素体含量≤1％。2.根据权利要求1所述的钠冷快堆用不锈钢无缝管，其特征在于，基于316H不锈钢基材进行微合金化成分细调，增加了奥氏体形成元素Ni、Mn、C、N、Cu、B、N、Mo、V、Co，通过控制铬当量和镍当量的比值来控制铁素体含量,即Creq/Nieq当量控制在1.10～1.25，使不锈钢结晶先形成奥氏体模式,钢中铁素含量显著下降,通过工艺调控，使铁素体含量控制在1％以下。3.根据权利要求1所述的钠冷快堆用不锈钢无缝管，其特征在于，所述杂质成分组成以质量％计含有Al:≤0.03%，Sb:≤0.002%，Pb:≤0.001%，Se: ≤0.015%，Sn:≤0.005%，V:≤0.05%，Zn: ≤0.01%，As:≤0.01%，Co: ≤0.06%，低熔点的有害元素As+Sb+Bi+Sn+Pb≤0.15%。4.一种如权利要求1所述的钠冷快堆用不锈钢无缝管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a．高纯度冶炼工艺：首先通过电炉熔炼初炼，出钢温度为≥1670℃,钢液成分均匀，制造出合格的不锈钢熔液；然后，通过AOD炉精炼，通过AOD炉和渣面加铝粉的脱氧工艺，使Al≤0.03%，氧含量≤30ppm以下；接着，LF炉精炼，通入较弱氩气搅拌，气泡去除小尺寸夹杂物；b．微合金化成分细调：增加奥氏体形成元素Ni、Mn、C、N、Cu、B、N、Mo、V,控制铬当量和镍当量的比值在1.10～1.2, 通过调整铬镍当量比来调整最终奥氏体不锈钢无缝管的铁素体含量≤1％，获得铸造用的不锈钢溶液；c．不锈钢铸造工艺：使用步骤b得到的不锈钢熔液制造铸造材，采用连续铸造法制造或采用铸锭法制造圆管坯；d．热穿孔处理工艺：对所制造的圆管坯进行热穿孔加工，圆管坯经对斜底炉各温度段的升温曲率、保温时间、翻缸次数工艺参数的调控，加热温度为1160℃～1250℃，加热时间控制在150～900分钟，保温时间15～150分钟，对大碾角斜轧穿孔所对应的应力应变场和温度场和顶头穿孔过程温度场变分析和调控形成热穿孔成形与组织性能协同控制，生产出合格的的荒管；e．中间品冷加工工艺：采用大变形量轧制，冷轧管变形延伸系数1.3～1.9，控制在减径率达31％～48％，减壁率达到30％～52％，中间扩、拔、轧管道次单道次一般延伸系数控制在1.05～1.7，控制在减径率达10％～40％，减壁率达到5％～46％，之后进行过程固溶热处理，过程固溶热处理温度控制在1070～1100℃；f．成品冷加工：成品轧管前对管子晶粒度进行检测，通过前道变形轧制以及冷扩拔积累变形量，成品管轧制时，冷轧管变形延伸系数1.2～1.6，控制在减径率达11％～30％，减壁率达到12％～32％，最后进行成品固溶热处理，温度控制在在1070～1090℃，最后获得成品钠冷快堆用不锈钢无缝管。5.根据权利要求4所述的钠冷快堆用不锈钢无缝管的制备方法，其特征在于，所述步骤
a中电炉熔炼，出钢温度为≥1670℃,出钢前的钢水全部溶清，Si含量控制在0.5～0.6％，钢液成分均匀，制造出合格的不锈钢熔液; 通过AOD炉和渣面加铝粉的脱氧工艺，使Al≤0.03%，氧含量≤30ppm以下,同时为降低S含量，通过在二元碱度CaO/SiO2渣系中，加入Al2O3能够有效降低炉渣溶点，促进炉渣吸附钢液中Al2O3夹杂,在Al脱氧后，钢液中易存在大量熔点高、硬度高、形状不规则的Al2O3夹杂，成簇的Al2O3在轧制时会沿轧制方向连续分布，严重会影响管坯的表面质量和力学性能，通过Ca处理工艺，将硬质不变形的Al2O3夹杂转变为低熔点的塑性钙铝酸盐夹杂，在精炼时12CaO.7Al2O3呈液态，易于长大上浮，从而改变残余夹杂物的形态，使充分脱硫脱氧，降低非金属夹杂物效果，进一步提高钢的纯净度;LF炉外精炼主要通过较弱氩气搅拌，促使夹杂物的上浮,由于炉内溶池深，强搅拌下，钢液循环带入钢包底部的夹杂物和卷入钢液的渣需要一定的时间上浮，这时弱氩气搅拌，吹入的氩气泡可为10
µ
m或更小的的不易排出的夹杂颗粒提供粘附的基体，使之粘附在气泡表面排入渣中，从而加快夹杂物物的上浮时间，吹氩压力控制在2.0～2.5kg/cm3，流量控制在40～60L/min，时间控制在15～25min，通过气泡去除小尺寸夹杂物，小尺寸夹杂物相互聚集、碰撞更快形成大颗粒的夹杂物，使夹杂物迅速上浮排除。6.根据权利要求4所述的钠冷快堆用不锈钢无缝管的制备方法，其特征在于，所述步骤b中微合金化成分细调提高C含量在高温时形成M
23
C6相；复合添加Cu
‑
B元素，Cu在高温时效后形成大量细小弥散富铜相，与B共同作用来加强析出沉淀强化；N元素在高温长效时有较强结合力，同时固溶于γ基体中能降低Cr和C的扩散率，抑制M
23
C6粗化，起到固溶强化作用；微量添加了Mo，V，Co元素，添加微量Mo作为强碳化物形成元素，可提高热强性和抗点蚀性能，减少钢中C在γ中溶解度，加速生成M
23
C6相；少量Co作为奥氏体元素起到固溶强化作用外，还提高热强性和抗氧化能力；V的添加在变形过程中钉扎位错、阻碍位...

【专利技术属性】
技术研发人员：高虹，翟丽丽，陈泽民，沈卫强，高江君，常春，陆训卫，
申请(专利权)人：江苏武进不锈股份有限公司，
类型：发明
国别省市：