專利名稱：一種制備超高純凈度核電焊材母材的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于焊接材料研究領域，涉及一種制備超高純凈度核電焊材母材的方法。
背景技術：
能源問題已成為制約世界經(jīng)濟和環(huán)境持續(xù)快速平衡發(fā)展的瓶頸，核電作為一種清 潔、高效、安全、經(jīng)濟的新型能源成為目前最適合發(fā)展的可再生能源之一。2007年國務院 也批準了發(fā)改委的《國家核電中長期發(fā)展規(guī)劃》，初步規(guī)劃目標2020年建成裝機容量4000 萬千瓦，并真正做到核電領域自主設計、自主建造、自主制造、自主運營。擁有具有自主知識產(chǎn)權的大型先進核電技術，一直是我國能源和核電界的夢想。 只有擁有具有自主知識產(chǎn)權的大型先進核電技術，我國才能由“核電大國”轉(zhuǎn)變成為“核電 強國”。其中核電設備自主化生產(chǎn)是非常重要的一環(huán)，我國從上世紀70年代開始就致力于 核電設備制造的科研攻關，尤其是與核電密切相關的材料和加工技術進行重點突破，目前 核電設備用高品質(zhì)鋼材大部分都實現(xiàn)了國產(chǎn)化制造，這對于加速我國核電技術完全國產(chǎn)化 具有非常重要的促進作用。但是值得注意的是，相關鋼材之間焊接所使用的高檔焊材的發(fā) 展卻嚴重滯后于鋼材的發(fā)展，大部分還一直依賴進口，國內(nèi)尚不具備完全國產(chǎn)化能力，主要 原因是國產(chǎn)化焊材，尤其是絲材，組織不夠均勻，純凈度相比國外較低，導致很難拉拔成直 徑為3mm以下的絲材，并且成材率也較低，性能不穩(wěn)定，焊接后熔覆金屬的性能也不能夠滿 足使用要求。分析對比市場上國內(nèi)外的焊材，可以發(fā)現(xiàn)焊材的主要元素成分基本沒有差別，差 別主要是國內(nèi)焊材的組織均勻性以及綜合雜質(zhì)含量(包括非金屬夾雜以及氣體等)與國外 差別較大，導致焊接后熔覆金屬強度和韌性較差，不能滿足要求。焊材(包括焊條和焊絲 等)主要是通過對鋼錠經(jīng)過多道次的軋制和拉拔得到，其組織均勻性和純凈度直接取決于 母材鋼錠的組織均勻性和純凈度，鋼錠的高潔凈度是變形后焊材高潔凈度的有力保證。目 前母材鋼錠主要采用真空感應熔煉成鑄錠再進行電渣重熔工藝來制備，而真空感應熔煉工 藝直接決定了鋼錠的組織均勻性和雜質(zhì)含量。目前國內(nèi)采用真空感應熔煉工藝冶煉鑄錠 時，在真空室內(nèi)待高溫冶煉均勻后均采用直接從鋼錠模上方將鋼液傾入鋼錠模，也就是上 注的方法進行鋼錠澆注，這樣就容易導致夾雜和氣體等來不及上浮，隨著鋼液凝固殘留在 鋼錠中，導致純凈度降低，不能滿足核電對焊材苛刻的質(zhì)量要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種制備超高純凈度核電焊材母材的方法，克服真空上注工藝 中夾雜和氣體沒有充足上浮時間而殘留在鑄錠中的弊端，并且凝固鑄錠縮孔較小，提高了 成材率。一種制備高純凈度核電焊材母材的方法，其特征在于采用常規(guī)的真空感應熔煉 爐，通過澆注模的中注管從底部注入鋼錠模的工藝得到鑄錠，然后再進行電渣，鍛造和軋 制，拉拔，最終得到焊材；澆注模設在真空室內(nèi)，由三部分構成，包括中注管1、底部澆道2以及鋼錠模3，鋼液在坩堝中熔煉均勻后，澆注時鋼液先注入中注管，然后經(jīng)過底部澆道從底 部注入鋼錠模中，鋼錠模的個數(shù)和位置根據(jù)實際需要進行確定和布置。
鋼液澆注時真空度應控制在0. 03Mpa至0. 08Mpa范圍內(nèi)，真空度過高或過低都會 影響鋼錠的質(zhì)量；澆注速度應控制在0. 5m/s-0. 8m/s范圍內(nèi)。中注管的內(nèi)徑、底部澆道的內(nèi)徑以及鋼錠模進口端內(nèi)徑三者大小相同，圖1中d2 =d6 = d5中注管的壁厚與底部澆道的壁厚也應相同，中注管的內(nèi)徑應控制3-5cm范圍內(nèi)， 鋼錠模與中注管的內(nèi)徑比d4 d2應控制在3 1到5 1范圍內(nèi)，澆道長度L3范圍 dl+d2/2+d4/2+d3+(2 3)cm。中注管及澆道采用鎂質(zhì)耐火材料，圖1中壁厚與內(nèi)徑之比dl d2應控制在
0.5 1到1 1范圍內(nèi)；鋼錠模采用鑄鐵材料，圖1中壁厚與內(nèi)徑比d3 d4控制在1 4 到1 5范圍內(nèi)。圖1中中注管與鋼錠模高度比Ll L2應控制在(1. 3-1. 8) 1范圍內(nèi)。本發(fā)明通過合理設計澆注模具以及控制爐內(nèi)的真空度，實現(xiàn)鋼液通過底注進入鋼 模，由于金屬液流動方向一定，并且金屬液中夾雜和氣體與金屬液流動方向一致，保證了其 足夠的上浮時間，有利于鑄型中氣體的排除，抑制真空上注工藝中紊流及卷氣的產(chǎn)生，克服 了真空上注工藝中夾雜和氣體沒有充足上浮時間而殘留在鑄錠中的弊端，并且凝固鑄錠縮 孔較小，提高了成材率。采用本發(fā)明設計的真空下注工藝所生產(chǎn)的核電用316L焊材的綜合 雜質(zhì)含量由真空上注工藝的360ppm降低到80ppm，成材率提高12%。本發(fā)明優(yōu)點在于采用真空下注工藝可以實現(xiàn)金屬液通過中注管和澆道從底部持 續(xù)穩(wěn)定注入鋼錠模過程中，金屬液流動方向一定，可以保證金屬液中夾雜和氣體與金屬液 流動方向一致，保證了其足夠的上浮時間，有利于鑄型中氣體的排除，抑制真空上注工藝中 紊流及卷氣的產(chǎn)生，克服了真空上注工藝中夾雜和氣體沒有充足上浮時間而殘留在鑄錠中 的弊端，并且凝固鑄錠縮孔較小，提高了鋼錠的純凈度和成材率。盡管底注工藝在重力鑄造 以及其他非真空冶煉中廣泛采用，但是在采用真實冶煉時，底注工藝尚未有報道。


圖1為本發(fā)明的澆注模具結構示意圖。附圖標記為中注管1、底部澆道2、鋼錠模具體實施例方式實施例1 采用真空下注工藝制備316L核級焊材母材，澆注模的具體尺寸dl = 5cm, d2 = 5cm, d3 = 3cm, d4 = 15cm, d5 = d6 = 5cm, Ll = 40cm, L2 = 25cm, L3 = 25cm, 澆注速度0. 65m/s，真空度0. 05Mpa，澆注溫度1600°C，中注管和底部澆道采用鎂質(zhì)耐火磚 砌成，鋼錠模采用鑄鐵材質(zhì)。最終的鑄錠無縮孔，表面光滑，綜合雜質(zhì)含量(包氧化物、硫化 物、其他非金屬夾雜以及氣體等)約87ppm。實施例2 采用真空下注工藝制備308核級焊材母材，澆注模的具體尺寸dl =
1.5cm, d2 = 3cm, d3 = 3cm, d4 = 15cm, d5 = d6 = 3cm, Ll = 50cm, L2 = 30cm, L3 = 16cm, 澆注速度0. 7m/s，真空度0. 08Mpa，澆注溫度1620°C，中注管和底部澆道采用鎂質(zhì)耐火磚砌 成，鋼錠模采用鑄鐵材質(zhì)。最終的鑄錠無縮孔，表面光滑，綜合雜質(zhì)含量(包氧化物、硫化物、 其他非金屬夾雜以及氣體等)約90ppm。
權利要求
一種制備高純凈度核電焊材母材的方法，其特征在于采用常規(guī)的真空感應熔煉爐，通過澆注模的中注管從底部注入鋼錠模的工藝得到鑄錠，然后再進行電渣，鍛造和軋制，拉拔，最終得到焊材；澆注模設在真空室內(nèi)，由三部分構成，包括中注管(1)、底部澆道(2)以及鋼錠模(3)，鋼液在坩堝中熔煉均勻后，澆注時鋼液先注入中注管，然后經(jīng)過底部澆道從底部注入鋼錠模中，鋼錠模的個數(shù)和位置根據(jù)實際需要進行確定和布置。
2.按照權利要求1所述的一種制備高純凈度核電焊材母材方法，其特征在于鋼液澆 注時真空度應控制在0. 03Mpa至0. OSMpa范圍內(nèi)，真空度過高或過低都會影響鋼錠的質(zhì)量； 澆注速度應控制在0. 5m/s-0. 8m/s范圍內(nèi)。
3.按照權利要求1所述的一種制備高純凈度核電焊材母材方法，其特征在于中注管 的內(nèi)徑、底部澆道的內(nèi)徑以及鋼錠模進口端內(nèi)徑三者大小相同，d2 = d6 = d5，中注管的壁 厚與澆道的壁厚也應相同，中注管的內(nèi)徑應控制3-5cm范圍內(nèi)，鋼錠模與中注管的內(nèi)徑比 d4 d2應控制在3 1到5 1范圍內(nèi)；底部澆道長度L3范圍dl+d2/2+d4/2+d3+(2 3) cm。
4.按照權利要求1所述的一種制備高純凈度核電焊材母材方法，其特征在于中注管 及澆道采用鎂質(zhì)耐火材料，壁厚與內(nèi)徑之比dl d2應控制在0.5 1到1 1范圍內(nèi)；鋼 錠模采用鑄鐵材料，壁厚與內(nèi)徑比d3 d4控制在1 4到1 5范圍內(nèi)。
5.按照權利要求1所述的一種制備高純凈度核電焊材母材方法，其特征在于中注管 與鋼錠模高度比Ll L2應控制在(1. 3-1. 8) 1范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明屬于焊接材料研究領域，涉及一種制備超高純凈度核電焊材母材的方法。其特征是采用常規(guī)的真空感應熔煉爐，通過澆注模的中注管從底部注入鋼錠模的工藝得到鑄錠，然后再進行電渣，鍛造和軋制，拉拔，最終得到焊材；澆注模由三部分構成，包括中注管、底部澆道以及鋼錠模，鋼液在坩堝中熔煉均勻后，澆注時鋼液先注入中注管，然后經(jīng)過澆道從底部注入鋼錠模中。用真空底注鋼液的新工藝代替原來真空上注工藝來制備焊材母材，然后再進行電渣、鍛造、熱軋及拉拔，可使焊材的綜合雜質(zhì)含量(包氧化物、硫化物、非金屬夾雜以及氣體等)由原來的200-300ppm降低至100ppm以下，大大提高了鑄錠的純度和組織均勻性，同時提高了成材率，也降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號B22D7/06GK101804535SQ201010131840
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權日2010年3月25日
發(fā)明者任淑彬, 周勇, 寇磊, 楊瑞武, 祁進坤, 趙鋼 申請人:河北五維航電科技有限公司