核電堆用大尺寸高強細晶鎳基高溫合金鍛件熱處理方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于高溫合金熱處理技術領域，特別是涉及一種核電堆用大尺寸高強細晶 鎳基高溫合金鍛件熱處理方法。
【背景技術】
[0002] GH690合金是一種鎳基變形高溫合金，因高的鉻含量（Cr彡28wt% )使其在堿性 或中性水等核工況環(huán)境中具有高的應力腐蝕抗力，目前已替代Inc〇nel600和800合金廣泛 應用于國內(nèi)外多種型號新型工程反應堆中的蒸汽發(fā)生器傳熱管等構件。新一代工程反應堆 因具有小體積、高熱效率和高可靠性，即將成為我國未來軍工和能源動力的主力堆型。由于 其特殊的結構設計要求還需大量使用大尺寸高強細晶GH690鎳基高溫合金鍛件法蘭。該構 件需承受室溫~350°C飽和蒸汽的疲勞循環(huán)應力，使用工況復雜惡劣。因此要求該合金鍛件 在原水等環(huán)境中除應具有高的應力腐蝕抗力外，還應具有細于5級的均勻晶粒組織以使合 金具有更高的強韌性能。此外，新一代工程反應堆的另一個重要構件一一堆內(nèi)分流板也需 大量使用大尺寸GH690合金鍛件。
[0003] GH690作為新型高效蒸汽發(fā)生器端蓋的應用在國內(nèi)外尚屬首次。國際上，僅俄羅斯 有相同結構和要求，但俄采用的是內(nèi)壁堆焊了不銹鋼耐蝕層的508-III鋼，材料和工藝與我 國技術均不相同。國外發(fā)達國家已能夠生產(chǎn)厚度達60mm及以上的鎳基合金厚鍛板，且厚板 的設計已納入RCCM規(guī)范（壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則）。
[0004] 由于技術保密和應用敏感等原因，國內(nèi)無法獲知大尺寸GH690鍛件生產(chǎn)的相關參 數(shù)，尤其熱處理工藝。該合金在高溫下基本無第二相析出，因此高溫熱處理工藝對合金的顯 微組織影響非常敏感，現(xiàn)有的熱處理工藝滿足不了如表1所示的核電堆內(nèi)構件用鎳基合金 鍛件力學性能技術指標要求。此前，我單位已在大尺寸GH690鎳基高溫合金棒坯的細晶鍛 造取得了一定進展，但有關該合金大尺寸鍛件熱處理方法國內(nèi)至今尚未突破。因此，對于該 類鍛件，必須開發(fā)新的熱處理工藝，以進一步改善和穩(wěn)定GH690合金的性能，從而滿足新型 核電高效蒸汽發(fā)生器的應用要求。
[0005] 表1核電堆內(nèi)構件用鎳基合金鍛件力學性能技術指標要求
[0006]
【主權項】
1. 一種核電堆用大尺寸高強細晶鎳基高溫合金鍛件熱處理方法，用于對材料為GH690 鎳基高溫合金，直徑D為0320~480mm，高度h為150~200mm的實心鍛件進行熱處理； 其特征在于，包括以下步驟： (1) 以熱處理爐的最大功率將鍛件加熱至450~500°C范圍內(nèi)保溫，保溫時間為每1毫 米鍛件有效厚度保溫〇. 5~1. 0分鐘； (2) 繼續(xù)加熱鍛件，以50~60°C /h的升溫速率將鍛件加熱至1000~1150°C范圍內(nèi)保 溫，保溫時間為每1毫米鍛件有效厚度保溫1~1. 5分鐘； (3) 鍛件出爐并水冷至室溫； (4) 將水冷至室溫的鍛件繼續(xù)加熱，以熱處理爐的最大功率將鍛件加熱至450~500°C 范圍內(nèi)保溫，保溫時間為每1毫米鍛件有效厚度保溫0. 5~1. 0分鐘； (5) 繼續(xù)加熱鍛件，以50~60°C /h的升溫速率將鍛件加熱至700~730°C范圍內(nèi)保 溫，保溫時間為每1毫米鍛件有效厚度保溫6. 0~9. 0分鐘； (6) 鍛件出爐并空冷。
2. 根據(jù)權利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，所述熱處理采用電加熱環(huán)形爐；電 加熱環(huán)形爐的溫度控制精度為±l〇°C。
3. 根據(jù)權利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，所述大尺寸高強細晶鎳基高溫合 金鍛件以質(zhì)量百分比計包括下述組分： Fe :8. 0 ~10. 0 %、Cr :29. 0 ~30. 0 %、A1 :0? 25 ~0? 35 %、Ti :0? 4 ~0? 5 %、Cu : 0? 01 ~0? 02%、C〇 彡 0? 05%、0. 015 彡 C 彡 0? 03、Si 彡 0? l%、Mn 彡 0? 3%、B 彡 0? 001%、 S彡0. 0005%、P彡0. 005%、余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，熱處理后的大尺寸鎳基高溫合金 鍛件的力學性能如下： 室溫抗拉強度為650~700MPa ;室溫屈服強度為280~320MPa ;350°C抗拉強度為 550 ~600MPa ;350°C屈服強度為 225 ~260MPa。
5. 根據(jù)權利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，熱處理后的大尺寸鎳基高溫合金 鍛件的均晶粒度細于5. 5級。
【專利摘要】一種核電堆用大尺寸高強細晶鎳基高溫合金鍛件熱處理方法，屬于高溫合金熱處理技術領域。步驟包括：將鍛件以熱處理爐的最大功率加熱至450～500℃保溫，保溫時間為每1毫米鍛件有效厚度保溫0.5～1.0分鐘；繼續(xù)加熱鍛件，以不大于60℃/h的升溫速率將鍛件加熱至1000～1150℃范圍內(nèi)保溫，保溫時間為每1毫米鍛件有效厚度保溫1～1.5分鐘；鍛件出爐并水冷至室溫；將水冷至室溫的鍛件繼續(xù)加熱，以熱處理爐的最大功率將鍛件加熱至450～500℃保溫，保溫時間為每1毫米鍛件有效厚度保溫0.5～1.0分鐘；繼續(xù)加熱鍛件，以不大于60℃/h的升溫速率將鍛件加熱至700～730℃保溫，保溫時間為每1毫米鍛件有效厚度保溫6.0～9.0分鐘；鍛件出爐并空冷。能夠滿足核電堆內(nèi)構件的設計要求。
【IPC分類】C22C19-05, C22F1-10
【公開號】CN104674144
【申請?zhí)枴緾N201510091629
【發(fā)明人】石照夏, 顏曉峰, 段春華, 趙明漢, 陳霞
【申請人】鋼鐵研究總院
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月28日