專利名稱：核電站蒸汽發(fā)生器用拉桿材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新材料技術(shù)領(lǐng)域的核電站蒸汽發(fā)生器用拉桿材料及其制備方法，主要用于壓水堆核島蒸汽發(fā)生器用拉桿材料。
背景技術(shù)：
能源產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，是制約國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活水平和環(huán)保的要求越來越高，因此，大力發(fā)展核電事業(yè)已成為當(dāng)今能源開發(fā)的主導(dǎo)方向。核電與火力發(fā)電及其它新能源相比其優(yōu)勢是顯而易見的。蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電站一回路和二回路的樞紐，是分割一回路和二回路的介質(zhì)的屏障，是核電站關(guān)鍵設(shè)備之一。蒸汽發(fā)生器的主要作用是將一回路中水的熱量傳給二回路的水，使其汽化。由于一回路水流經(jīng)堆芯而帶有放射性，因而蒸汽發(fā)生器與壓力容器和一回路管道共同構(gòu)成防止放射性外溢的第二道屏障。在壓水堆核電廠正常運行時，二回路應(yīng)不受到一回路水的污染，是不具有放射性的。壓水堆核電廠蒸汽發(fā)生器是按自然循環(huán)原理運行的，在這類蒸汽發(fā)生器中，保證流體的原動力是冷水柱和熱水柱之間的密度差，產(chǎn)生的蒸汽是飽和蒸汽。每一臺飽和式蒸汽發(fā)生器按照滿負荷運壓水堆核電廠的蒸汽發(fā)生器由帶有內(nèi)置式汽水分離設(shè)備的立式筒體和倒置式U形管束組成。一回路的每一個環(huán)路有一臺蒸汽發(fā)生器，它是垂直布置的、自然循環(huán)的管式汽化裝置。整個裝置可分為給水蒸發(fā)段蒸汽發(fā)生器蒸發(fā)段的下部是由倒置的4640根倒U形管束構(gòu)成。一回路水在管內(nèi)流動，二回路水在管外汽化。這些管子焊接在585mm厚的錳-鑰-鎳(Mn-Mo-Ni )管板上，管板和管束承受一回路壓力。一回路水側(cè)封頭是由鑄鋼半球形封頭構(gòu)成的，在其內(nèi)表面覆蓋了不銹鋼層，并通過焊在管板上的因科鎳隔板分成兩個入口水室、出口水室。每個水室都有一個連到一回路的接管和人孔。自然循環(huán)原理整個汽化裝置安置在圓筒狀的金屬筒體內(nèi)，筒體下部與管板銜接，其上部通過一個中間過渡錐體而與一個包含干燥裝置的更大的金屬筒體相連。給水的入口位于該筒體的上部。給水分配由一個環(huán)形孔管完成。給水與干燥設(shè)備排出的水相混合，然后在由下部筒體與包圍管束的圓柱形薄鋼板包殼所形成的環(huán)形空間內(nèi)向下流動。在包殼下部與管板上表面之間有一個空間，在這里水加熱到接近飽和溫度，然后進入到管束中間，向上流動。借助于蒸汽發(fā)生器U形管束的隔板來保持管束的間距，而在隔板之間又通過拉桿固定。在8個抗震隔板上開有一些孔以讓管子及水一蒸汽混合物通過。此外，隔板通過一些防止管束整體振動的楔子固定在管束圍板上。同樣，在管束的弧形段也設(shè)置了防振定位桿。一臺核電站需設(shè)置幾臺蒸汽發(fā)生器，內(nèi)含數(shù)以萬計的傳熱管，高溫度壓水在管束中流動，供給水沿著管子以垂直的方向流動，同時被加熱，然后被汽化，蒸汽進入蒸汽輪機發(fā)電，與這些管子接觸的流體會引起震動，需要用抗震隔板隔開防止管子損壞破裂，直致蒸汽發(fā)生器損壞。為有效防止隔離管板的震動，設(shè)置管板之間的連接拉桿材料對核電站安全可靠運行起著關(guān)鍵作用。
蒸汽發(fā)生器連接桿是在高溫、高壓、強腐蝕環(huán)境下使用，對制造連接拉桿材料的耐高溫強度、耐腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性及可加工性提出了嚴格要求。目前我國用于制造蒸汽發(fā)生器連接拉桿材料仍依賴進口，因此研發(fā)制造具有優(yōu)良的耐腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性及可加工性的連接拉桿材料，以替代進口，對有效提高核電站的經(jīng)濟性和安全可靠性具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料及其制備方法，克服現(xiàn)有蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料技術(shù)中的不足，該材料價格低、 成分設(shè)計合理、制造工藝簡單，具有優(yōu)良的耐腐蝕性、抗疲
勞、抗蠕變性及可加工性能。本發(fā)明的一種核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料，其抗拉強度760_960MPa，屈服強度大于590 MPa，伸長率大于15%，斷面收縮率大于50%，布氏硬度228-285HB，0°CKV沖擊值大于40J。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料，按重量百分比計算，所含成分如下
C 0. 080-0. 015% ； Si 0. 10-1. 0% ； Mn: O. 4-1. 0% ； P O. 030% ； S O. 030% ；Cr: 11. 5-13. 5% ；Ni 0. 01-0. 50% ； Re 0. 02-0. 80%;余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)；
其中所述Si、Mn、Cr、Ni、Fe的純度均大于99%，粒度均為20_50um;所述稀土 Re為混合稀土金屬，其純度大于99%，塊狀60*100mm。一種核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料的制備方法，包括如下步驟
A、按核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料所含成分的重量百分比計算進行原料配制
C 0. 080-0. 015% ； Si 0. 10-1. 0% ； Mn: O. 4-1. 0% ； P O. 030% ； S O. 030% ；Cr: 11. 5-13. 5% ；Ni :0. 01-0. 50% ； Re :0. 02-0. 80%;余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì);
B、將按前述配制的原料按冶煉順序加入感應(yīng)爐中冶煉，熔清后溫度1500°C 1580°C；其中脫氧造渣時的精煉溫度1550°C 1600°C，精煉時間大于40分鐘，造白渣保持15分鐘；其中所述混合稀土金屬Re在感應(yīng)爐冶煉出鋼前2 3分鐘內(nèi)加入鋼液中立即出鋼，出鋼時采用氬氣保護方法進行澆鑄；
C、電渣重熔，電渣重熔溫度1520°C 1580°C、熔煉電壓55/60V;熔煉電流5000/6000A ；
D、鍛造，開鍛溫度1150°C，終鍛溫度彡950°C；
E、熱軋，熱軋溫度1150°C，終軋溫度彡9500C；
F、淬火，正火溫度980°C 1050°C，淬水冷卻；
G、回火，回火溫度600°C 650°C，水冷卻或空冷卻；
表面機架剝除鋼棒表面氧化層得到蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料成品。本發(fā)明制備方法的主要技術(shù)特點是采用感應(yīng)爐加電渣重熔的雙聯(lián)熔煉方法，使得脫氣充分，再經(jīng)電渣重熔精煉，使鋼液潔凈，混合稀土金屬Re在出鋼前加入進一步提高蒸汽發(fā)生器用連接拉桿的質(zhì)量和力學(xué)性能，通過控制鍛造比大于4，經(jīng)熱軋后淬火加回火等工序的控制，最終得到蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料的抗拉強度可達780-815MPa，屈服強度可達598 MPa，伸長率18%，收縮率52_75%，布氏硬度228-285HB，(TC沖擊值大于42-80J的蒸汽發(fā)生器連接拉桿材料。本發(fā)明一種核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料設(shè)計成分的原理如下
C :非常有效的硬化和固溶強化組元，穩(wěn)定馬氏體結(jié)構(gòu)，保證強度，但常常作為裂紋源出現(xiàn)，如含量過高容易形成脆硬組織而引發(fā)延遲裂紋，其成分重量％限制在O. 080-0. 0150% ；Mn :脫氧和脫硫作用，確?？寡趸缘闹匾兀蛔鉕. 01%不能得到充分脫氧，超過I%強度降低，其成分重量％限制在O. 4-1. 0% ；
Si :脫氧、提高屈服強度、耐高溫腐蝕性，不足O. 01%，不能得到充分抗氧化性，超過O. 90%韌性降低，其成分重量%限制在O. 1-1. 0% ；
Ni :提高材料韌性，對強度的提高也有貢獻，其成分重量％限制在O. 10-0. 50% ； Cr :確?？寡趸浴⒛透邷馗g性、提高高溫強度不可缺少的元素，含量過低，不能顯現(xiàn)效果，含量過高，強度和韌性顯著降低，其成分重量％限制在11. 5-13. 5% ；
S、P:是材料中不可避免的有害雜質(zhì)元素，其含量越低越好，其成分重量％，P(O. 030%, S :彡 O. 030% ；
Re :材料中加入混合稀土金屬，與Cr、Si的復(fù)合作用下具有良好的抗氧化性，稀土是強還原性元素，稀土與硫有很大的親和力，在溶池中不僅具有脫氧作用，還具有明顯脫硫改善硫化物夾雜的尺寸、形態(tài)和分布作用，減少材料中的夾雜物含量，可以改變夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，抑制這些夾雜物在晶界中的偏析，從而改善了材料的各種性能，如韌性、焊接性，本發(fā)明中成分重量％限制在O. 02-0. 80%。采用本發(fā)明所設(shè)計的核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點
I.成分設(shè)計合理、成本低、使用安全可靠；
2.本蒸汽發(fā)生器用連接拉桿條材料其抗拉強度780-815MPa，屈服強度可達598 MPa,伸長率18%，硬度230-260，收縮率52-75%，布氏硬度228-285HB，(TC沖擊值大于42-80J。在1000°C高溫下長期工作具有較高強度與耐腐蝕能力，其高溫應(yīng)力強度穩(wěn)定；
3.因為加入了微量的稀土元素和采用了雙聯(lián)熔煉的特殊的制備工藝，確保材料具有優(yōu)良的耐腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性及可加工性能；
4.本核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料可替代進口，確保蒸汽發(fā)生器用連接拉桿運行的安全可靠性，有效延長核電站蒸汽發(fā)生器的使用壽命，降低成本，顯著提高經(jīng)濟效益。為推進核電裝備國產(chǎn)化有著十分重要意義。
具體實施例方式為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。一種核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料，按重量百分比計算，所含成分如下
C 0. 080-0. 015% ； Si 0. 10-1. 0% ； Mn: 0.4-1.0%; P O. 030% ； S O. 030% ；Cr: 11. 5-13. 5% ；Ni :0. 01-0. 50% ； Re :0. 02-0. 80%;余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)；其中所述Si、Mn、Cr、Ni、Ti、Fe的純度均大于99%，粒度均為20_50um;所述稀土 Re為混合稀土金屬，其純度大于99%，塊狀60*100mm.一種核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料的制備方法，包括如下步驟:A、按核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料所含成分的重量百分比計算進行原料配制C :0. 080-0. 015% ；Si :0.10-1.0% ； Mn: 0.4-1.0%; P ^ O. 030% ； S ^ O. 030% ； Cr: 11. 5-13. 5% ；Ni
O.01-0. 50% ； Re :0. 02-0. 80%;余量為Fe及不可避免的雜質(zhì);
B、將按前述配制的原料按冶煉順序加入感應(yīng)爐中冶煉，熔清后溫度；其中脫氧造渣時的精煉溫度1550°C 1600°C，精煉時間大于40分鐘，造白渣保持15分鐘；其中所述混合稀土金屬Re在感應(yīng)爐冶煉出鋼前2 3分鐘內(nèi)加入鋼液中立即出鋼，出鋼時采用氬氣保護方法進行澆鑄；
C、電渣重熔，電渣重熔溫度1520°C 1580°C、熔煉電壓55/60V;熔煉電流5000/6000A ；、
D、鍛造，開鍛溫度1150°C，終鍛溫度彡950°C；
E、熱軋，熱軋溫度1150°C，終軋溫度彡9500C；
F、淬火，正火溫度980°C 1050°C，淬水冷卻；
G、回火，回火溫度600°C 650°C，水冷卻或空冷卻；
表面機架剝除鋼棒表面氧化層得到蒸汽發(fā)生器連接拉桿材料成品。本發(fā)明核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料制備了 8爐實施例，其中所述實施例1-8爐拉桿材料所含成分及含量按重量％計算，如下
第一爐C 0. 10%, Si 0. 50%, Mn :0. 85%, P :0. 018%, S :0. 004%, Cr :12. 15%, Ni :0. 11%,Re :0. 03% ；
第二爐C 0. 11%, Si 0. 40%, Mn :0. 80%, P :0. 012%, S :0. 005%, Cr :12. 35%, Ni :0. 13%,Re 0. 04% ；
第三爐C 0. 12%, Si 0. 60%, Mn :0. 82%, P :0. 014%, S :0. 005%, Cr :12. 45%, Ni :0. 15%,Re 0. 03% ；
第四爐C 0. 13%, Si 0. 55%, Mn :0. 83%, P :0. 010%, S :0. 005%, Cr :12. 50%, Ni :0. 18%,Re 0. 04% ；
第五爐C 0. 125%, Si 0. 65%, Mn :0. 81%, P :0. 013%, S :0. 006%, Cr :12. 42%, Ni :0. 19%,Re 0. 035% ；
第六爐 C 0. 12%, Si 0. 70%, Mn 0. 82%, P 0. 014%, S 0. 008%, Cr 12. 44%, Ni 0. 18%,Re 0. 04% ；
第七爐 C 0. 12%, Si 0. 350%, Mn 0. 75%, P 0. 013%, S 0. 006%, Cr 12. 56%, Ni 0. 17%,Re 0. 04% ；
第八爐C 0. 12%, Si 0. 40%, Mn :0. 76%, P :0. 012%, S :0. 005%, Cr :12. 51%, Ni :0. 175%,Re 0. 05% ；
上述八爐實施例其制備方法均為選用超低碳的純鐵，按照本發(fā)明八爐實施例設(shè)計成分配料，采用雙聯(lián)冶煉方法工藝，其中感應(yīng)爐冶煉脫氧造渣時的精煉溫度1575°C，精煉時間為60分鐘，白渣保持15分鐘一電渣重熔，精煉溫度1575°C、熔煉電壓55/60V ;熔煉電流5000/6000A—鍛造，開鍛溫度1150°C，終鍛溫度100(TC—熱軋，熱軋溫度1150°C、終軋溫度1000°C —淬火，正火溫度1025°C，淬水冷卻一回火，回火溫度625°C，水冷卻或空氣冷卻。
以上1-8爐的實施例所設(shè)計制備的核電站蒸汽發(fā)生器用拉桿條材料已經(jīng)批量供給使用并得到認可，經(jīng)有關(guān)部門對其成分、綜合力學(xué)性能進行了檢測、試驗，檢測報告如下
一.東方電氣(廣州)重型機器有限公司質(zhì)量理化計量室 材料類別蒸汽發(fā)生器用拉桿材料。樣品名稱本發(fā)明
實施例1-8爐，每爐I支，退火，規(guī)格Φ 10mm，
檢驗依據(jù)NPC-44300-JT116 Rev:C ；
技術(shù)條件NPC-44300-JT116 Rev:C ；
試驗溫度室溫，
I.力學(xué)性能試驗
權(quán)利要求
1.ー種核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料，其特征在干按重量百分比計算，所含成分如下C 0. 080-0. 015% ； Si :0.10-1.0% ； Mn: 0.4-1.0%; P O. 030% ； S O. 030% ；Cr: 11. 5-13. 5% ；Ni 0. 01-0. 50% ； Re 0. 02-0. 80%; 余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料，其特征在干其中所述Si、Mn、Cr、Ni、Fe的純度均大于99%，粒度均為20_50um;所述稀土 Re為混合稀土金屬，其純度大于99%，塊狀60*100mm. ー種核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟 A、按核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料所含成分的重量百分比計算進行原料配制 C 0. 080-0. 015% ； Si :0.10-1.0% ； Mn: 0.4-1.0%; P O. 030% ； S O. 030% ；Cr: 11. 5-13. 5% ；Ni :0. 01-0. 50% ； Re :0. 02-0. 80%;余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì); B、將按前述配制的原料按冶煉順，加料順序為C-Fe-Ni-Cr-Si-Mn-Re加入感應(yīng)爐中冶煉，熔清后溫度控制在1520°C 1580°C ;精煉溫度1550°C 1600°C，精煉時間大于40分鐘，造白渣保持15分鐘；其中所述混合稀土金屬Re在感應(yīng)爐冶煉出鋼前2 3分鐘內(nèi)加入鋼液中熔清后出鋼，出鋼時采用氬氣保護方法進行澆鑄； C、電渣重熔，電渣重熔溫度1520°C 1580°C、熔煉電壓55/60V;熔煉電流5000/6000A ； D、鍛造，開鍛溫度1150°C，終鍛溫度彡9500C； E、熱軋，熱軋溫度1150°C，終軋溫度彡9500C； F、淬火，正火溫度980°C 1050°C，淬水冷卻； G、回火，回火溫度600°C 650°C，水冷卻或空冷卻； 表面機架剝除最終形成的鋼棒表面氧化層得到蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料成品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種核電站蒸汽發(fā)生器用連接拉桿材料,按重量百分比計算，所含成分如下C0.080-0.015%；Si0.10-1.0%；Mn0.4-1.0%；P≤0.030%；S≤0.030%；Cr:11.5-13.5%；Ni0.01-0.50%；Re0.02-0.80%;余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。其制備方法是A:所含成分的重量百分比計算進行原料配制;B、將按前述配制的原料按冶煉順序加入感應(yīng)爐中冶煉，其中所述混合稀土金屬Re在感應(yīng)爐冶煉出鋼前2～3分鐘內(nèi)加入鋼液中立即出鋼，出鋼時采用氬氣保護方法進行澆鑄;C、電渣重熔；D、鍛造；E、熱軋；F、淬火；G、回火；最終得到連接拉桿材料成品。本發(fā)明成分設(shè)計合理、成本低、有效延長核電站蒸汽發(fā)生器的使用壽命。
文檔編號F22B37/04GK102732801SQ201210199380
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者華大鳳, 華鵬, 王樹平, 邵興明 申請人:江蘇新華合金電器有限公司