核電站反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)12Cr13管坯的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于金屬材料制造領(lǐng)域，具體涉及一種核電站反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動 桿12Cr 13管坯的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國內(nèi)外均采用12Crl3長管材用于核電站控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動桿，是核電站 反應(yīng)堆的關(guān)鍵部件之一，主要作用是在需要時能夠及時、迅速、可靠地上下運動以控制燃料 控制棒的插入或抽出；核電驅(qū)動桿用12Crl3長管材的使用要求高，不僅要求7m余長管坯棒 材的質(zhì)量高，具有足夠的強度、塑韌性和適當(dāng)?shù)挠捕龋抑本€度要求嚴(yán)格，使其制造較有 難度。目前，國內(nèi)外核電驅(qū)動桿用12013長管坯棒材的制造方法主要有：1)感應(yīng)爐冶煉+電 渣重熔冶煉;2)電弧爐冶煉+A0D+LF+電渣重熔冶煉。第一種冶煉方法成本較高，第二種冶煉 方法夾雜物水平差些，夾雜物水平差會直接影響成品棒材的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明公開一種核電站反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)12Crl3管坯的制造方法，目的是解 決生產(chǎn)成本高，棒材夾雜物水平低、力學(xué)性能難以滿足核電驅(qū)動桿標(biāo)準(zhǔn)要求的問題。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案是利用現(xiàn)有技術(shù)，采用電弧爐+LF+V0D/VHD-電渣爐重熔冶煉4 乳制成材-調(diào)質(zhì)熱處理工藝，其中化學(xué)成分滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且各元素配比合理;冶煉過程脫 氧效果要好，以降低夾雜物級別;控制加工過程乳制比保證晶粒度;經(jīng)過合理的淬火+回火 熱處理獲得較高的強度、良好的塑韌性和適宜的硬度，達(dá)到本發(fā)明的目的。
[0005] -、具體生產(chǎn)工藝步驟如下： ㈠ 采用電弧爐+LF+V0D/VHD爐方式冶煉自耗電極棒 1. 電弧爐：爐料由廢鋼、生鐵、本鋼返回等組成，氧化法冶煉，出鋼溫度(T)不小于1630 °C，磷不大于0.020%，鋼水經(jīng)脫磷后倒入鋼包內(nèi)； 2. LF爐:鋼包轉(zhuǎn)入LF爐，LF到位后加入碳粉、鋁粉脫氧，給電燒渣不小于lOmin;加入合 金料，調(diào)整成分，出鋼溫度(T)不小于1650°C，硫不大于0.020%; 3. V0D/VHD爐:鋼水扒凈初煉渣后入V0D罐，隨渣料（白灰、螢石)加入脫氧劑A1粉，鈣-硅 塊，真空脫氣壓不大于lOOPa，保持時間不小于lOmin，微調(diào)整成分至控制范圍，保持白渣，出 V0D罐取成分分析試樣，出鋼溫度(T)1570°C~1590°C ;自耗電極棒的熔煉化學(xué)成分分析結(jié) 果應(yīng)符合表1規(guī)定。
[0006] 表1自耗電極棒的熔煉化學(xué)成分
4.自耗電極澆注:下注法澆鑄自耗電極錠，電極鑄錠尺寸規(guī)格為Φ 470mm，澆注過程采 用氬氣保護(hù)。
[0007] (二)自耗電極錠電渣重熔冶煉成電渣錠 1.電渣重熔準(zhǔn)備:采用雙支臂電渣重熔爐，水冷結(jié)晶器，結(jié)晶器規(guī)格為Φ 610mm; 2 ·配制渣料:渣系CaF2:AI2O3:Mg0=65:30:5，渣量36kg; 3. 造渣化渣:將本鋼種底墊放入結(jié)晶器底部，用石墨電極在結(jié)晶器內(nèi)通電起弧，將配 好的渣料加入結(jié)晶器內(nèi)； 4. 重熔:待渣料全部熔化后吊出石墨電極，調(diào)整電力參數(shù):控制電流11000A~13000A、 電壓56V~67V; 5. 電渣錠脫錠：電渣重熔結(jié)束20min~40min后脫電渣鑄錠，罩冷不小于96h，不退火； 取樣分析化學(xué)成分，電渣錠的化學(xué)成分應(yīng)符合表2規(guī)定。
[0008] 表2電渣錠的化學(xué)成分
㈢電渣錠乳制生產(chǎn)棒材 1. 加熱:化學(xué)成分合格的電渣錠在均熱爐中加熱，加熱溫度按1190°c~1200°C; 2. 乳制開坯:采用850乳機(jī)乳制電渣錠開坯； 3. 棒坯退火:坯料乳后送退火，退火溫度860°C~880°C; 4. 修磨棒坯:退火出爐的棒坯表面進(jìn)行修磨處理； 5. 棒坯加熱:修磨合格的棒坯在加熱爐中加熱，加熱溫度 1100。。~1140。。； 6. 棒還成材:還料采用連乳機(jī)乳制長管還棒材尺寸：Φ50mmX7.6m; 7. 成品棒材退火:成品棒材采用連續(xù)式退火爐退火，退火溫度820°C~860°C。
[0009] (四)采用連續(xù)式加熱爐對成品棒材進(jìn)行淬火+回火熱處理 1. 棒材淬火:采用連續(xù)式淬火爐進(jìn)行淬火處理，淬火溫度950°C~1000°C; 2. 淬火冷卻:成品棒材出淬火爐后采用水-空交替方式冷卻； 3. 棒材回火:采用連續(xù)式回火爐進(jìn)行回火生產(chǎn)，回火溫度595°C~760°C; 4. 回火冷卻:棒材出回火爐后采用空冷； 5. 矯直:淬火+回火完成后對棒材進(jìn)行矯直，保證棒材的直線度； 6. 棒材去應(yīng)力回火:采用連續(xù)式回火爐進(jìn)行去應(yīng)力回火熱處理，去應(yīng)力回火溫度580 °C~733°C，棒材出回火爐后采用空冷； 7. 棒材削皮:棒材熱處理完成后進(jìn)行削皮，削皮后棒材的尺寸應(yīng)滿足合同要求。
[0010] 二、核電站反應(yīng)堆反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動桿長管坯棒材性能標(biāo)準(zhǔn)要求 (-)力學(xué)性能 淬火+回火熱處理后試樣檢驗力學(xué)性能，應(yīng)滿足使用標(biāo)準(zhǔn)要求見表3; 表3試樣力學(xué)性能 ........................:..............................、..........................τ..............................c................................................................................... my.......................^ ?磁?生酡
12Crl3長管坯棒材試樣在磁場強度H=7958A/m時，磁導(dǎo)率可接受范圍μ=170Χ10-6H/m ~210X10-6H/m〇
[0011] 三、本技術(shù)方案的發(fā)明點 ㈠ 控制煉鋼工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 鋼液的純凈度是影響管坯力學(xué)性能的重要因素之一，煉鋼期間應(yīng)減少形成夾雜物成分 含量，而化學(xué)成分是影響管坯磁性能的一個主要因素，所以，在煉鋼期間嚴(yán)格控制好以下工 藝環(huán)節(jié)： ① 電弧爐:氧化法冶煉，出鋼溫度(T)不小于1630°C，磷不大于0.020%，鋼水經(jīng)脫磷； ② LF爐：LF到位后加入碳粉、鋁粉脫氧，給電燒渣不小于lOmin，氧化物充分上浮，加 入合金料準(zhǔn)確調(diào)整成分，出鋼溫度(T)不小于1650°C，硫不大于0.020%; ③ V0D/VHD爐：鋼水扒凈初煉渣后入V0D罐，隨渣料（白灰、螢石）加入脫氧劑A1粉，鈣_ 硅塊，真空脫氣壓不大于lOOPa，保持時間不小于lOmin，微調(diào)整成分至控制范圍，保持白渣， 出鋼溫度(T)1570°C~1590°C;低溫澆注去夾雜。
[0012] ㈡控制電渣重熔工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 再次提高鋼液純凈度，防止鋼錠偏析，需控制好以下電渣重熔冶煉工藝環(huán)節(jié)： ① 結(jié)晶器規(guī)格為Φ 610mm; ② 采用三元渣系 CaF2: AI2O3: Mg0=65:30:5，渣量 36kg。
[0013] ③重熔控制電流10000A~13000A、電壓58V~63V; ④ 電渣重熔結(jié)束20min~40min后脫電渣鑄錠，罩冷不小于96h，不退火。
[0014] ㈢控制乳制工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 合理的加熱溫度和乳制比是管坯晶粒度的保證，需控制好以下乳制工藝環(huán)節(jié)： ① 電渣錠加熱溫度按1190°C~1200°C; ② 采用850乳機(jī)乳制電渣錠開190mm方坯； ③ 坯料乳后送退火，退火溫度860°C_880°C，保溫時間不小于12h; ④ 退火出爐的棒坯進(jìn)行表面修磨處理； ⑤ 修磨后的棒坯加熱溫度1140°C~1150°C; ⑥ 成品棒材采用連續(xù)式退火爐，退火溫度830°C~850°C，保溫3h~6h。
[0015] (四)控制調(diào)質(zhì)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 合理的淬火溫度、回火溫度和保溫時間能夠得到很好的強度和塑韌性匹配，需控制以 下調(diào)質(zhì)環(huán)節(jié)： ① 棒坯采用連續(xù)式淬火爐進(jìn)行淬火處理，淬火溫度950°C~1000°C，保溫至少1.5h; ② 成品棒材出淬火爐后采用水-空交替方式冷卻。淬水前水溫不大于50°C; ③ 采用連續(xù)式回火爐進(jìn)行回火生產(chǎn)，回火溫度595°C~760°C，保溫至少2h，棒材出回火 爐后采用空冷； ④ 棒材采用連續(xù)式回火爐進(jìn)行去應(yīng)力回火處理，去應(yīng)力回火溫度 580°C~733°C，保溫至少2h，出回火爐后空冷。
[0016] 本發(fā)明有益效果是:采用電弧爐+LF+V0D/VHD-電渣爐重熔冶煉4乳制成材-調(diào) 質(zhì)熱處理制造低成本、高質(zhì)量的12Crl3長管坯棒材，使其性能滿足核電站反應(yīng)堆控制棒驅(qū) 動機(jī)構(gòu)驅(qū)動桿標(biāo)準(zhǔn)要求。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0018]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019] 實施例1~實施例4 實施例1~實施例4采用同一工藝流程：電弧爐+LF+V0D/VHD+模鑄（自耗電極棒Φ 470mm)-電渣爐重熔冶煉（電渣錠Φ610πιπι)4乳制成材-調(diào)質(zhì)熱處理。在該工藝流程中，實 施例1~實施例4采用的相同工藝步驟如下： 1. 采用電弧爐+LF+V0D/VHD+模鑄生產(chǎn)自耗電極鑄錠； ① 爐料組成：由廢鋼、生鐵等組成，氧化法冶煉； ② 自耗電極澆注:下注法澆鑄成自耗電極鋼錠，電極鋼錠尺寸規(guī)格為Φ 470 mm; 2. 電極棒經(jīng)化學(xué)成分檢驗和表面清理后進(jìn)行電渣重熔，每1支電極搭配冶煉1支Φ 610mm電渣錠； ① 電渣重熔準(zhǔn)備:采用單支臂電渣重熔爐，水冷結(jié)晶器，結(jié)晶器規(guī)格為Φ 610/600mm， 即上底直徑為Φ 610mm，下底直徑為Φ 600mm; ② 配制渣料:采用三元渣系CaF2: Al2〇3: Mg0=65:30:5，渣量36kg; ③ 造渣化渣:將本鋼種底墊放入結(jié)晶器底部，用石墨電極在結(jié)晶器內(nèi)通電起弧，將配 比好的渣料均勻地加入結(jié)晶器內(nèi)，直至渣料全部熔化； ④ 電渣錠脫錠:調(diào)整電力參數(shù)轉(zhuǎn)入充填補縮操作，充填時間25 min~30min;電渣重恪 結(jié)束20min~30min后脫電渣鑄錠，罩冷96h，不退火。
[0020] 3.化學(xué)成分合格的電渣錠采用乳制工藝生產(chǎn)管坯棒材； ① 電渣錠加熱:化學(xué)成分合格的電渣錠在均熱爐中加熱； ② 電渣錠乳制開坯:采用850乳機(jī)乳制電渣錠，電渣錠開坯尺寸190_方； ③ 棒坯退火:棒坯乳后送退火，退火溫度870°C，保溫15h; ④ 修磨棒坯:退火出爐的棒坯表面若不好，需進(jìn)行表面修磨處理。然后乳制成材。
[0021] 4.采用連續(xù)式加熱爐對成品棒材進(jìn)行淬火+回火熱處理； ① 棒材淬火:棒材裝淬火爐前進(jìn)行矯直，平整擺放，采用連續(xù)式淬火爐進(jìn)行淬火生產(chǎn)； ② 淬火冷卻:棒材出淬火爐后立即采用水-空交替方式冷卻； ③ 棒材回火:裝回火爐的棒材平整擺放，采用連續(xù)式回火爐進(jìn)行回火生產(chǎn)； ④ 回火冷卻:棒材出回火爐后采用空冷，冷卻至室溫； ⑤ 矯直:棒材經(jīng)過淬火+回火完成后進(jìn)行矯直，保證管棒材的直線度； ⑥ 棒材去應(yīng)力回火:采用連續(xù)式回火爐進(jìn)行去應(yīng)力回火，出回火爐后采用空冷； ⑦棒材削皮:熱處理完的棒材表面氧化鐵皮較多，需要進(jìn)行削皮，削皮后管坯的尺寸 應(yīng)滿足合同要求。
[0022] 實施例1 1. 煉鋼工藝 ① 電爐工藝 出鋼溫度(T) 1677°C，磷含量為0.007%，鋼水經(jīng)脫磷后倒入鋼包內(nèi)； ② LF爐:鋼包轉(zhuǎn)入LF爐，LF到位后加入碳粉脫氧，給電燒渣20min，加入合金料，調(diào)整成 分，出鋼溫度(T ) 1678°C，硫含量為0.010%; ③ V0D/VHD爐:鋼水扒凈初煉渣后入V0D罐，隨渣料（白灰、螢石)加入脫氧劑鋁粉50kg， 真空脫氣壓強l〇〇Pa，保持時間15min;微調(diào)整成分至控制范圍，出鋼溫度(T)1580°C;取樣分 析恪煉化學(xué)成分，電極棒化學(xué)成分見表4; 2. 電渣重熔工藝 ① 調(diào)整電力參數(shù)：電流12060