核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿的制備方法，其包括以下步驟：1)選取原料并電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉，獲得鋼水；2)將鋼水澆注成電極；3)將電極電渣重熔獲得鋼錠，其中，以重量百分比計，鋼錠含有≤0.150%C、≤1.00%Mn、≤1.00%Si、≤0.030%S、≤0.030%P、≤0.50%Ni、11.50-13.50%Cr、≤0.06%Co、≤0.001%B和余量Fe；4)將鋼錠鍛造成管坯，對管坯進行熱軋、熱穿孔，獲得荒管；以及5)將荒管加工成核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿。根據(jù)本發(fā)明方法制備的CRDM驅(qū)動桿在CRDM中運行時，與鉤爪嚙合時耐磨性非常理想，不撓曲、不變形且有一定的剛度，在負載條件下可安全運行，壽命滿足CRDM的設計規(guī)范和國家標準要求，質(zhì)量也達到了國外同類產(chǎn)品的先進水平，實現(xiàn)了CRDM驅(qū)動桿的國產(chǎn)化。
【專利說明】核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核電【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，本發(fā)明涉及一種核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核電站核安全級設備一控制棒驅(qū)動機構(gòu)(CRDM)是核電站反應堆系統(tǒng)中重要的機械設備，作為反應堆控制和保護系統(tǒng)的一部份，CRDM是極其重要的執(zhí)行機構(gòu)，其主要功能是驅(qū)動控制棒在堆芯中上、下運動實現(xiàn)反應堆啟動、提升功率、保持功率、負荷跟蹤、正常停堆和事故停堆。
[0003]壓水堆核電站CRDM是根據(jù)反應堆控制和保護系統(tǒng)信號，通過驅(qū)動桿部件的運動，帶動控制棒組件在堆芯內(nèi)上、下運動的。驅(qū)動桿位于驅(qū)動機構(gòu)中心位置，驅(qū)動桿管坯總長7160mm,外徑44.5mm,內(nèi)徑22mm,直線度要求全長小于等于4mm,外園開環(huán)形槽與鉤爪卩齒合，以完成提升和下降動作。因此，要求材料有一定的強度和剛度、很好的耐磨性，在制造過程中要防止變形。
[0004]但是，核電站CRDM驅(qū)動桿長期被國外少數(shù)幾個國家壟斷，他們長期控制著全球核電項目的CRDM驅(qū)動桿供貨市場。完全依賴于國外少數(shù)CRDM設備生產(chǎn)廠家供貨，我國不僅需要多付出昂貴的采購成本，而且供貨周期不確定，風險大，曾經(jīng)不同程度影響到我國在建核電新項目的工期進度。
[0005]有鑒于此，確有必要提供一種核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:提供一種核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿及其制備方法。
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿的制備方法，其包括以下步驟:
[0008]I)選取原料并電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉，獲得鋼水；
[0009]2)將鋼水澆注成電極；
[0010]3)將電極電渣重熔獲得鋼錠，其中，以重量百分比計，鋼錠含有≤0.150%C、≤1.00%Μη、≤ 1.00%S1、≤ 0.030%S、≤0.030%P、≤ 0.50%N1、ll.50-13.50%Cr、≤ 0.06%Co、≤0.001%B 和余量 Fe ；
[0011]4)將鋼錠鍛造成管坯，對管坯進行熱軋、熱穿孔，獲得荒管；以及
[0012]5)將荒管加工成核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿。
[0013]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟I)中，采用高碳鉻鐵、中碳鉻鐵、低P原料、金屬猛、娃鐵作為原料。
[0014]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟2)中的澆注電極在氬氣保護氣氛中進行。
[0015]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟4)中，所述鋼錠在加熱保溫后采用快鍛開坯和徑鍛制成管坯。[0016]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟4)中，鋼錠加熱保溫的工藝為:先自(700°C緩慢加熱至950± 10°C，保溫2~2.25小時后再緩慢加熱至1180± 10°C，保溫3~4小時后，緩慢冷卻后出爐鍛造。
[0017]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟4)中，鍛造時鋼錠鐓粗二次，鐓粗保溫后鋼坯出爐進行拔長鍛造，經(jīng)多次鍛造后鋼坯鍛到所需中間坯尺寸，開坯后切除鋼錠頭、尾。
[0018]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟4)中，所述鋼坯在徑鍛加熱爐中加熱，加熱溫度> 1100°C，加熱4~6小時，鋼坯出爐后在徑鍛機上鍛造到毛坯尺寸。
[0019]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟5)中，將荒管加工成核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿包括:荒管酸洗、冷軋、酸洗、矯直、潤滑、冷軋、成品加工和調(diào)質(zhì)熱處理。
[0020]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟5)中，矯直后的彎曲度≤2mm/2.5m。
[0021]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟5)中，調(diào)質(zhì)熱處理包括淬火處理和回火處理，淬火處理為將鋼管在≤650°C保溫0.5~0.75小時之后，緩慢加熱至960~1000± 10°C并保溫1.0~1.2小時，然后進行油淬；回火處理為將淬火后的鋼管在≤550°C保溫0.5~
0.75小時，然后，加熱至660~680°C，保溫3~3.5小時之后，進行空冷。
[0022]作為本發(fā)明制備方法的一種改進，步驟I)中，AOD精煉+LF爐精煉時通過添加合金料來獲得鋼錠的成份。
[0023]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿，以重量百分比計，所述核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿含有≤0.150%C、≤1.00%Mn、(1.00%S1、≤ 0.030%S、( 0.030%P、( 0.50%N1、11.50-13.50%Cr、( 0.06%Co、( 0.001%B
和余量Fe。
[0024]作為本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿的一種改進，所述核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿通過前述制備方法獲得。
[0025]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿及其制備方法具有以下優(yōu)點。
[0026]1.通過化學成份的優(yōu)化組合，確定鋼管的冷軋工藝和熱處理規(guī)范，CRDM驅(qū)動桿達到力學性能和功能性的要求，在負載條件下可安全運行，且壽命滿足CRDM的設計規(guī)范和國家標準要求，質(zhì)量也達到國外同類產(chǎn)品的先進水平，實現(xiàn)了 CRDM驅(qū)動桿的國產(chǎn)化。
[0027]2.可利用國內(nèi)現(xiàn)有的工藝設備加工制造，利于批量生產(chǎn)，加速國產(chǎn)化進程。
[0028]3.經(jīng)實際檢驗，根據(jù)本發(fā)明方法制備的CRDM驅(qū)動桿安裝在設備CRDM中運行時，各項指標性能優(yōu)良，與鉤爪嚙合時耐磨性非常理想，不撓曲、不變形，且具有一定的剛度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿及其制備方法進行詳細說明，附圖中:
[0030]圖1為本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿的制備方法中，電渣重熔獲得的鋼錠脫模后的退火工藝曲線圖。
[0031]圖2為本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿的制備方法中，快鍛開坯鋼錠的加熱工藝曲線圖。
[0032]圖3為根據(jù)本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿的制備方法中，管坯徑鍛時的退火工藝曲線圖。
[0033]圖4和圖5為本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿的制備方法中，鋼管熱處理的淬火和回火工藝曲線圖。
實施例
[0034]為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的實施例僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。
[0035]本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿的制備方法的主要工藝包括:電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉一燒注電極一電禮:重熔一鍛造開還一熱軋管還一管還定切、剝皮一熱穿孔一荒管酸洗一精整修磨一潤滑一冷軋一去油一中間坯熱處理一酸洗一矯直一潤滑一
冷軋一......(循環(huán)加工)一成品加工一調(diào)質(zhì)熱處理(淬火、回火)一取樣一性能檢測一
矯直一精磨一尺寸、外觀檢查一入庫。
[0036]1.電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉:
[0037]原料采用高碳鉻鐵、中碳鉻鐵、低P原料、金屬錳和硅鐵，原料在電爐中熔化獲得鋼水；然后，將鋼水倒入AOD精煉爐中吹氧脫碳，加入合金料，調(diào)整化學成分；達到煉鋼工藝規(guī)范規(guī)定的成分和鋼水溫度后出鋼，鋼水倒入鋼包。
[0038]隨后，鋼包移入 LF精煉爐進行第二次精煉，根據(jù)爐前分析結(jié)果加入合金料，調(diào)整化學成分、同時調(diào)整鋼水溫度，待鋼水達到滿足煉鋼工藝規(guī)范要求的化學成分及出鋼溫度后出鋼。
[0039]2.澆鑄電極:將鋼水澆注成電極，為了保護鋼水在澆鑄過程中不氧化或少氧化，采用氬氣保護澆鑄。
[0040]3.電渣重熔:為了提高鋼的冶金質(zhì)量，將澆注的電極進行電渣重熔二次冶煉，以提高鋼的純凈度，減少鋼中的夾雜物，減小夾雜物的尺寸和改變夾雜物的分布。
[0041]在電渣重熔前，對電極表面進行清理，以清除表面氧化皮。此外，為了去除渣料中的水分，使用前，可采用電阻爐烘烤渣料。
[0042]電渣重熔時采用CaF2 = Al2O3 二元渣系，采用不銹鋼通用的電渣重熔工藝，通過控制電壓和電流，保證電渣重熔過程平穩(wěn)進行。
[0043]為了保證鋼的性能滿足技術(shù)要求，對鋼的主要元素進行控制，各主要元素及其含量見表1。
[0044]表1鋼的主要元素及含量(重量百分比)
【權(quán)利要求】
1.一種核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)選取原料并電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉，獲得鋼水； 2)將鋼水澆注成電極； 3)將電極電渣重熔獲得鋼錠，其中，以重量百分比計，鋼錠含有≤0.150%C、≤1.00%Μη、≤ 1.00%S1、≤ 0.030%S、≤ 0.030%P、≤ 0.50%N1、ll.50-13.50%Cr、≤0.06%Co、≤0.001%B 和余量 Fe ； 4)將鋼錠鍛造成管還，對管還進行熱軋、熱穿孔，獲得荒管；以及 5)將荒管加工成核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟I)中，采用高碳鉻鐵、中碳鉻鐵、低P原料、金屬猛、娃鐵作為原料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中的澆注電極在氬氣保護氣氛中進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，所述鋼錠在加熱保溫后采用快鍛開坯和徑鍛制成管坯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，鋼錠加熱保溫的工藝為:先自≤700°C緩慢加熱至950± 10°C，保溫2~2.25小時后再緩慢加熱至1180± 10°C，保溫3~4小時后，緩慢冷卻后出爐鍛造。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，鍛造時鋼錠鐓粗二次，鐓粗保溫后鋼坯出爐進行拔長鍛造，經(jīng)多次鍛造后鋼坯鍛到所需中間坯尺寸，開坯后切除鋼徒頭、尾。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，所述鋼坯在徑鍛加熱爐中加熱，加熱溫度> 1100°c，加熱4~6小時，鋼坯出爐后在徑鍛機上鍛造到毛坯尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟5)中，將荒管加工成核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿包括:荒管酸洗、冷軋、酸洗、矯直、潤滑、冷軋、成品加工和調(diào)質(zhì)熱處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟5)中，矯直后的彎曲度≤2mm/2.5m。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟5)中，調(diào)質(zhì)熱處理包括淬火處理和回火處理，淬火處理為將鋼管在< 650°C保溫0.5~0.75小時之后，緩慢加熱至960~1000±10°C并保溫1.0~1.2小時，然后進行油淬；回火處理為將淬火后的鋼管在≤5500C保溫0.5~0.75小時，然后，加熱至660~680°C，保溫3~3.5小時之后，進行空冷。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，AOD精煉+LF爐精煉時通過添加合金料來獲得鋼錠的成份。
12.一種核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿，其特征在于，以重量百分比計，所述核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿含有≤0.150%C、≤1.00%Μη、≤1.00%S1、≤0.030%S、≤0.030%P、≤0.50%N1、ll.50-13.50%K 0.06%Co、≤ 0.001%B 和余量 Fe。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿，其特征在于，所述核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動桿是通過權(quán)利要求1-11中任一項所述的制備方法獲得。
【文檔編號】C22C38/32GK103789684SQ201410038763
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】楊春樂, 楊孟嘉, 陳志強, 冉小兵, 鄧小云, 戴長年, 劉寶亭, 米大為, 唐茂, 吳昊 申請人:中廣核工程有限公司, 中國廣核集團有限公司