一种１Ｃｒ１３厚壁管材的热处理工艺制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种１Ｃｒ１３厚壁管材的热处理工艺，其特征在于：将核电站核反应堆控制棒驱动机构驱动杆用１Ｃｒ１３厚壁管材成品置于管式保护气氛热处理炉中进行热处理，工艺参数为：在１０００～１０５０℃下保温１～２小时，气冷冷却至室温，控制冷却速度＜５００℃／ｈ；在６５０～７００℃下保温３～５小时，气冷冷却至室温，控制冷却速度＜５００℃／ｈ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及管材加工工艺，特别提供一种1Cr13厚壁管材的热处理工艺。
技术介绍
随着能源危机的日益加剧，世界上许多国家正在大力发展核电产业。中国核电发电比例在总发电比例中还很小，因此中国也已推出大力发展核电的宏伟蓝图。据报道，中国计划在2020年前动工建造的核电站达30多座，同时还有许多座核电站正在选址或论证阶段。 无论在设备、构件还是技术上，目前已建成和在建的核电机组的国产化比例还非常低，国家有关部门已经强调后续核电机组的建设要在设备和技术上逐步提高国产化的比例，尤其在关键部件上要摆脱对国外的长期依赖。其中，控制棒驱动机构就是急需实现国产化的堆内构件的关键部分。而控制杆(驱动杆)是控制棒驱动机构中最大的关键部件，是由1Cr13马氏体不锈钢厚壁管材制作的，目前该管材全部依赖进口。核电站反应堆控制棒驱动机构控制杆的主要功能是调节核反应堆的功率，它的主要动作是在需要时能够及时、迅速、可靠地上下运动以控制燃料控制棒的进出。更重要的是在发生紧急情况时，能够快速地把控制棒插入反应堆以实现停堆。因此，要求控制杆既具有高强度，又具有高韧性，同时还需把硬度控制在规定范围内。 可以预见，随着国家对在建和即将建设核电站的国产化指标的逐渐提高，核电站反应堆驱动机构控制杆也必须依靠国产化，目前控制杆的机械加工已经能够在国内多个企业完成，制约国产化的主要问题是管材尚需要国外进口，因此，驱动机构国产化的关键就是1Cr13管材。核电站反应堆驱动机构控制杆用1Cr13管材国产化研制成功，将提升我国核电国产化率，也将摆脱关键制品长期依赖国外进口的困境。 与普通1Cr13管材相比，核电用1Cr13厚壁管材无论在成分、冷热加工和成品热处理工艺上都有着很大不同，对设备和工艺都有严格的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种1Cr13厚壁管材的热处理工艺，特别是一种针对核电站核反应堆控制棒驱动机构驱动杆用1Cr13厚壁管材的热处理工艺。 核电站核反应堆控制棒驱动机构驱动杆用1Cr13厚壁管材是由核电用1Cr13不锈钢制备而成，该不锈钢与普通1Cr13不锈钢相比，其化学成分除了对普通1Cr13已有的C、Si、Mn、Cr、S、P要求进行严格限制外，还增加了对Ni、B、Co、N、O的成分范围要求，同时要求Pb、Sn、Sb、Bi、As、Al、Ce、La、Mo等元素含量尽可能低(每种含量≤0.005％)，提供实测数据(其化学成分要求见表1)。通过对化学成分进行严格控制，才能保证加工成的管材中的铁素体含量小于10％，强度、硬度提高的同时，冲击韧性不降低。 表1核电用1Cr13不锈钢化学成分要求(％) 因此，该核电用1Cr13不锈钢需采用感应炉冶炼+电渣重熔的方法冶炼获得，其中 感应炉冶炼工艺 熔化期采用感应冶炼炉冶炼，炉料为85.25～86.85％装炉容量，纯度≥98％的纯铁，12～13％装炉容量的金属Cr以及0.4～0.50％装炉容量的电解镍；使用满功率的1/4～1/2送电加热30～60分钟，当出现初熔钢水后，炉料全红时，使用满功率的2/3～1熔化直至全部炉料熔化清； 精炼期升温至1550℃±10℃，保温15±5分钟； 合金化期当精炼期结束后，停电使钢液温度降至表面结膜；然后送电将结膜熔化，再按照加料顺序将0.50～0.75％装炉容量的金属Mn，0.25～0.5％装炉容量的金属Si加入钢液中；合金化过程中应尽量缓慢地加入各元素，防止飞溅，确保合金成分准确。 电渣重熔工艺 冶炼前准备 电极采用浇注电极棒或锻造而成电渣重熔电极棒，电极尺寸为3支*100mm钢锭，水冷铜结晶器结晶器直径为500mm； 渣系三元渣CaF2∶Al2O3∶MgO2＝30％∶65％∶5％，使用前600℃烘烤4小时； 底板铜板或铁板；底垫1Cr13片；引弧剂固体导电引弧，引弧剂成分CaF2∶TiO2＝50％∶50％； 电渣重熔工艺参数 渣量AA＝1/4πD2·h·γ，D为结晶器直径，渣池深度h为结晶器直径的1/3～1/2，渣的密度在2400～2500Kg/m3； 工作电流II＝S·J，S为自耗电极的横断面积，单位mm2，J为电流密度，单位A/mm2，J＝56/d电极-0.05，d电极为电极直径，单位cm； 冶炼电压UU＝0.5d电极+B，B为27～37V。 采用上述工艺冶炼所得的1Cr13钢经锻造后，得到1Cr13不锈钢棒材，然后采用特殊热穿孔工艺制得管坯，该热穿孔工艺为 (1)棒坯加工经感应冶炼+电渣重熔获得的1Cr13不锈钢铸锭，经锻造(锻造工艺为室温入炉，随炉升温，缓慢加热到1150℃，保温2～3小时；始锻温度1150℃，终锻温度850℃，锻造前后棒材截面积之比即锻造比大于3)后得到 的棒材。经砂轮锯按1800mm定尺切割后，采用扒皮机或车床进行扒皮，扒皮后的棒坯外径尺寸为105mm，不直度小于1.0mm/m，表面粗糙度≤Ra6.4； (2)加热设备煤气辊底加热炉； (3)加热工艺为 将所得棒坯冷装入炉，在低温段温度650～850℃下均热90～120分钟，然后以大于2℃/分钟的速度加热至1100～1180℃，保温15～30分钟。加热和保温时棒料需经常翻动，以保证加热均匀。 (4)热穿孔设备76加强型或90型无缝穿孔机； (5)穿孔顶头钼基合金顶头；润滑剂玻璃粉。 (6)冷却穿孔后冷却，控制其冷却速度小于100℃/小时冷却至室温。 冷却方法最好采用厚度30mm的硅酸铝石棉毡包覆冷却。 采用上述工艺制备的管坯，表面质量良好，且不易开裂。下面对其进行进一步处理冷加工成形。 为了保证管材的顺利轧制，防止损坏设备和轧后管材的开裂，同时保证成品管材的尺寸公差和表面质量达到要求(成品管材公差 管材内表面粗糙度要求≤Ra1.6μm)，需对管坯冷加工的道次变形率和轧制工艺参数进行限制控制道次累积变形量为25～40％，冷轧管机送进量为2～5mm/次，机头摆动次数为30～60次/分。 采用上述工艺加工而成的管材，其尺寸公差和表面质量均能达到核电用的要求，而且生产效率高，成本低，适合大批量生产(几十吨及上百吨的生产量)。经过成品热处理，可以制成核反应堆控制棒驱动机构控制杆用1Cr13厚壁管材。 与普通1Cr13材料性能相比较，核电站核反应堆控制棒驱动机构驱动杆用1Cr13厚壁管材的性能要求(表2)不仅提高了强度、硬度要求，还提高了冲击韧性要求。国外一般采用的是真空热处理+油冷，而核电用1Cr13管材成品长度在8米以上，目前国内还没有如此长度的合适的热处理设备。如何在国内现有热处理设备条件下采取合适的热处理工艺并保证成品管材的性能就是成品热处理的技术关键。 表2核电站核反应堆控制棒驱动机构驱动杆用1Cr13厚壁管材的力学性能要求 本专利技术提供了一种1Cr13厚壁管材的热处理工艺，其特征在于将核电站核反应堆控制棒驱动机构驱动杆用1Cr13厚壁管材成品置于管式保护气氛热处理炉中进行热处理，工艺参数为在1000～1050℃下保温1～2小时，气冷冷却至室温，控制冷却速度＜500℃/h；在650～700℃下保温3～5小时，气冷冷却至室温，控制冷却速度＜500℃/h。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种１Ｃｒ１３厚壁管材的热处理工艺，其特征在于：将核电站核反应堆控制棒驱动机构驱动杆用１Ｃｒ１３厚壁管材成品置于管式保护气氛热处理炉中进行热处理，工艺参数为：在１０００～１０５０℃下保温１～２小时，气冷冷却至室温，控制冷却速度＜５００℃／ｈ；在６５０～７００℃下保温３～５小时，气冷冷却至室温，控制冷却速度＜５００℃／ｈ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：都祥元，苏国跃，李惠娟，孔凡亚，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]