專利名稱：：一種1Cr13厚壁管材的冷加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及管材加工工藝，特別提供一種lCrl3厚壁管材的冷加工工藝。
背景技術(shù)：
：隨著能源危機(jī)的日益加劇，世界上許多國(guó)家正在大力發(fā)展核電產(chǎn)業(yè)。中國(guó)核電發(fā)電比例在總發(fā)電比例中還很小，因此中國(guó)也已推出大力發(fā)展核電的宏偉藍(lán)圖。據(jù)報(bào)道，中國(guó)計(jì)劃在2020年前動(dòng)工建造的核電站達(dá)30多座，同時(shí)還有許多座核電站正在選址或論證階段。無(wú)論在設(shè)備、構(gòu)件還是技術(shù)上，目前已建成和在建的核電機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化比例還非常低，國(guó)家有關(guān)部門已經(jīng)強(qiáng)調(diào)后續(xù)核電機(jī)組的建設(shè)要在設(shè)備和技術(shù)上逐步提高國(guó)產(chǎn)化的比例，尤其在關(guān)鍵部件上要擺脫對(duì)國(guó)外的長(zhǎng)期依賴。其中，控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就是急需實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的堆內(nèi)構(gòu)件的關(guān)鍵部分。而控制桿(驅(qū)動(dòng)桿)是控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中最大的關(guān)鍵部件，是由lCrl3馬氏體不銹鋼厚壁管材制作的，目前該管材全部依賴進(jìn)口。核電站反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制桿的主要功能是調(diào)節(jié)核反應(yīng)堆的功率，它的主要?jiǎng)幼魇窃谛枰獣r(shí)能夠及時(shí)、迅速、可靠地上下運(yùn)動(dòng)以控制燃料控制棒的進(jìn)出。更重要的是在發(fā)生緊急情況時(shí)，能夠快速地把控制棒插入反應(yīng)堆以實(shí)現(xiàn)停堆。因此，要求控制桿既具有高強(qiáng)度，又具有高韌性，同時(shí)還需把硬度控制在規(guī)定范圍內(nèi)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著國(guó)家對(duì)在建和即將建設(shè)核電站的國(guó)產(chǎn)化指標(biāo)的逐漸提高，核電站反應(yīng)堆驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制桿也必須依靠國(guó)產(chǎn)化，目前控制桿的機(jī)械加工已經(jīng)能夠在國(guó)內(nèi)多個(gè)企業(yè)完成，制約國(guó)產(chǎn)化的主要問(wèn)題是管材尚需要國(guó)外進(jìn)口，因此，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵就是lCrl3管材。核電站反應(yīng)堆驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制桿用lCrl3管材國(guó)產(chǎn)化研制成功，將提升我國(guó)核電國(guó)產(chǎn)化率，也將擺脫關(guān)鍵制品長(zhǎng)期依賴國(guó)外進(jìn)口的困境。與普通lCrl3管材相比，核電用lCrl3厚壁管材無(wú)論在成分、冷熱加工和成品熱處理工藝上都有著很大不同，對(duì)設(shè)備和工藝都有嚴(yán)格的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種lCrl3厚壁管材的冷加工工藝，特別是一種針對(duì)核電站核反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿用lCrl3厚壁管材的冷加工工藝。核電站核反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿用lCrl3厚壁管材是由核電用lCrl3不銹鋼制備而成，該不銹鋼與普通lCrl3不銹鋼相比，其化學(xué)成分除了對(duì)普通lCrl3已有的C、Si、Mn、Cr、S、P要求進(jìn)行嚴(yán)格限制外，還增加了對(duì)Ni、B、Co、N、0的成分范圍要求，同時(shí)要求Pb、Sn、Sb、Bi、As、Al、Ce、La、Mo等元素含量盡可能低(每種含量彡0.005%)，提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(其化學(xué)成分要求見(jiàn)表1)。通過(guò)對(duì)化學(xué)成分進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能保證加工成的管材中的鐵素體含量小于10%，強(qiáng)度、硬度提高的同時(shí)，沖擊韌性不降低。表1核電用ICr13不銹鋼化學(xué)成分要求(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>因此，該核電用lCrl3不銹鋼需采用感應(yīng)爐冶煉+電渣重熔的方法冶煉獲得，其中感應(yīng)爐冶煉工藝熔化期采用感應(yīng)冶煉爐冶煉，爐料為85.2586.85%裝爐容量，純度>98%的純鐵，1213%裝爐容量的金屬Cr以及0.40.50%裝爐容量的電解鎳；使用滿功率的1/41/2送電加熱3060分鐘，當(dāng)出現(xiàn)初熔鋼水后，爐料全紅時(shí)，使用滿功率的2/31熔化直至全部爐料熔化清；精煉期升溫至1550°C士10°C，保溫15士5分鐘；合金化期當(dāng)精煉期結(jié)束后，停電使鋼液溫度降至表面結(jié)膜；然后送電將結(jié)膜熔化，再按照加料順序?qū)?.500.75%裝爐容量的金屬M(fèi)n，0.250.5%裝爐容量的金屬Si加入鋼液中；合金化過(guò)程中應(yīng)盡量緩慢地加入各元素，防止飛濺，確保合金成分準(zhǔn)確。電渣重熔工藝冶煉前準(zhǔn)備電極采用澆注電極棒或鍛造而成電渣重熔電極棒，電極尺寸為3支*100mm鋼錠，水冷銅結(jié)晶器結(jié)晶器直徑為500mm；渣系三元渣CaF2A1203Mg02=30%65%5%，使用前600°C烘烤4小時(shí)；底板銅板或鐵板；底墊lCrl3片；引弧劑固體導(dǎo)電引弧，引弧劑成分CaF2Ti02=50%50%；電渣重熔工藝參數(shù)渣量A:A=1/4JiD2hY，D為結(jié)晶器直徑，渣池深度h為結(jié)晶器直徑的1/31/2，渣的密度在24002500Kg/m3；工作電流I:I=S*J，S為自耗電極的橫斷面積，單位mm2，J為電流密度，單位A/mm2,J=56/d電極-0.05，d電極為電極直徑，單位cm；冶煉電壓U:U=0.5d電極+B，B為2737V。采用上述工藝冶煉所得的lCrl3鋼經(jīng)鍛造后，得到lCrl3不銹鋼棒材，然后采用特殊熱穿孔工藝制得管坯，該熱穿孔工藝為(1)棒坯加工經(jīng)感應(yīng)冶煉+電渣重熔獲得的lCrl3不銹鋼鑄錠，經(jīng)鍛造(鍛造工藝為室溫入爐，隨爐升溫，緩慢加熱到1150°c，保溫23小時(shí)；始鍛溫度1150°C，終鍛溫度850°c，鍛造前后棒材截面積之比即鍛造比大于3)后得到φ115120mm的棒材。經(jīng)砂輪鋸按1800mm定尺切割后，采用扒皮機(jī)或車床進(jìn)行扒皮，扒皮后的棒坯外徑尺寸為105mm，不直度小于1.Omm/m，表面粗糙度彡Ra6.4；(2)加熱設(shè)備煤氣輥底加熱爐；(3)加熱工藝為\將所得棒坯冷裝入爐，在低溫段溫度650850°C下均熱90120分鐘，然后以大于2V/分鐘的速度加熱至11001180°C，保溫1530分鐘。加熱和保溫時(shí)棒料需經(jīng)常翻動(dòng)，以保證加熱均勻。(4)熱穿孔設(shè)備76加強(qiáng)型或90型無(wú)縫穿孔機(jī)；(5)穿孔頂頭鉬基合金頂頭；潤(rùn)滑劑玻璃粉。(6)冷卻穿孔后冷卻，控制其冷卻速度小于100°C/小時(shí)冷卻至室溫。冷卻方法最好采用厚度30mm的硅酸鋁石棉氈包覆冷卻。采用上述工藝制備的管坯，表面質(zhì)量良好，且不易開(kāi)裂。下面對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步處理冷加工成形。核電站核反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿用lCrl3厚壁管材的壁厚外徑比大于0.2，冷軋時(shí)內(nèi)外表面變形率相差大，易導(dǎo)致邊軋邊裂，最后使整支管材開(kāi)裂從而完全報(bào)廢。同時(shí)，由于lCrl3為半馬氏體不銹鋼，加工硬化率大，不但冷軋時(shí)困難而且對(duì)設(shè)備沖擊大易導(dǎo)致工具損壞，軋制精度和表面質(zhì)量也難以控制，即難以控制達(dá)到成品管材公差<p47mm±0.25xl2.5±0.15mm，表面粗糙度管材內(nèi)表面粗糙度要求彡Ral.6μm。解決上述難題的關(guān)鍵就是如何確定合適的道次變形率和軋制工藝參數(shù)。本發(fā)明提供了一種lCrl3厚壁管材的冷加工工藝，其特征在于為了保證管材的順利軋制，防止損壞設(shè)備和軋后管材的開(kāi)裂，同時(shí)保證成品管材的尺寸公差和表面質(zhì)量達(dá)到要求(成品管材公差cp47mm±0.25xl2.5±0.15mm，管材內(nèi)表面粗糙度要求(Ral.6μm)，控制道次累積變形量為2540%，冷軋管機(jī)送進(jìn)量為25mm/次，機(jī)頭擺動(dòng)次數(shù)為3060次/分。本發(fā)明還提供了該lCrl3厚壁管材的冷加工工藝的最佳工藝，其特征在于控制道次累積變形量為30%，冷軋管機(jī)送進(jìn)量為2.5mm/次，機(jī)頭擺動(dòng)次數(shù)為45次/分。如果累計(jì)道次變形量超過(guò)40%，冷軋管機(jī)最大送進(jìn)量超過(guò)5mm/次，機(jī)頭最大擺動(dòng)次數(shù)超過(guò)60次/分，則易導(dǎo)致軋后管材端頭開(kāi)裂。采用本發(fā)明所述工藝加工而成的管材，其尺寸公差和表面質(zhì)量均能達(dá)到核電用的要求，而且生產(chǎn)效率高，成本低，適合大批量生產(chǎn)(幾十噸及上百噸的生產(chǎn)量)。經(jīng)過(guò)成品熱處理，可以制成核反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制桿用lCrl3厚壁管材，其熱處理工藝如下將核電站核反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿用lCrl3厚壁管材成品置于管式保護(hù)氣氛熱處理爐中進(jìn)行熱處理，工藝參數(shù)為在10001050°C下保溫12小時(shí)，氣冷冷卻至室溫，控制冷卻速度<500°C/h；在650700°C下保溫35小時(shí)，氣冷冷卻至室溫，控制冷卻速度<500°C/h。采用本發(fā)明上述制備方法，能夠制備出高強(qiáng)度、高韌性且完全符合核反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制桿用力學(xué)性能要求的lCrl3厚壁管材，其成品管材性能全部達(dá)到或超過(guò)了進(jìn)口實(shí)物管材的性能數(shù)據(jù)。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，成本低，并能夠徹底擺脫該管材長(zhǎng)期、全部依賴進(jìn)口的困境。圖1管材表面質(zhì)量圖；圖2管材表面質(zhì)量圖；圖3管材表面質(zhì)量圖；圖4管材表面質(zhì)量圖；圖5管材表面質(zhì)量圖；圖6管材端頭開(kāi)裂圖；圖7管材端頭開(kāi)裂圖；圖8管材端頭開(kāi)裂圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例15每道次冷軋?jiān)O(shè)備和工藝參數(shù)控制如表26所示，所得成品管材尺寸公差和表面粗糙度見(jiàn)表7、8，表面質(zhì)量分別見(jiàn)圖15。表2實(shí)施例1軋制工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表3實(shí)施例2軋制工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表6實(shí)施例5軋制工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表7成品管材尺寸公差<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表8成品管材表面粗糙度(μm)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>比較例13每道次冷軋?jiān)O(shè)備和工藝參數(shù)控制如表911所示，由于累計(jì)道次變形量超過(guò)40%，冷軋管機(jī)最大送進(jìn)量超過(guò)5mm/次，機(jī)頭最大擺動(dòng)次數(shù)超過(guò)60次/分，最后導(dǎo)致軋后管材端頭開(kāi)裂，所得成品管材管材端頭開(kāi)裂情況見(jiàn)圖68。表9比較例1軋制工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表11比較例3軋制工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求一種1Cr13厚壁管材的冷加工工藝，其特征在于控制道次累積變形量為25～40％，冷軋管機(jī)送進(jìn)量為2～5mm/次，機(jī)頭擺動(dòng)次數(shù)為30～60次/分。2.按照權(quán)利要求1所述lCrl3厚壁管材的冷加工工藝，其特征在于控制道次累積變形量為30%，冷軋管機(jī)送進(jìn)量為2.5mm/次，機(jī)頭擺動(dòng)次數(shù)為45次/分。全文摘要本發(fā)明的目的是提供一種1Cr13厚壁管材的冷加工工藝，其特征在于控制道次累積變形量為25～40％，冷軋管機(jī)送進(jìn)量為2～5mm/次，機(jī)頭擺動(dòng)次數(shù)為30～60次/分。采用本發(fā)明所述工藝制備的管材，表面質(zhì)量良好，且不易開(kāi)裂。文檔編號(hào)B21B37/78GK101823080SQ201010151818公開(kāi)日2010年9月8日申請(qǐng)日期2010年4月21日優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日發(fā)明者孔凡亞,李惠娟,蘇國(guó)躍,都祥元申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所