專利名稱：離心鑄造高合金爐管雙聯冶煉工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種離心鑄造爐管，特別是涉及到一種核電廠用離心鑄造高合金爐管的制作工藝。
背景技術：
隨著經濟快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高。用電需求越來越大，但國內煤炭貯存量越來越少。而火力發(fā)電對環(huán)境污染也很大，這就必須有一種新能源來代替——核能發(fā)展。核能發(fā)電國家制定長遠發(fā)展規(guī)劃(2005年～2020年)。目前，壓水堆核電站是目前國內已建或在建的主要核電廠之一，而壓水堆冷卻劑主管道是壓水堆核電站的關鍵設備之一。近年來，熱軋技術取得了很大的進步，國內正在用離心鑄造軋輥的生產方法開發(fā)高性能的合金爐管，以滿足核電的需要，離心鑄造軋輥生產方法與連續(xù)鑄造復合法(中國專利CN1280042)、電渣重熔法(中國專利CN1157192)等相比較，具有設備投資少，生產成本低，操作方法簡便，產品質量穩(wěn)定等優(yōu)點。但是，核電用合金爐管中含有較多的W、Cr、Mo、V等合金元素，而這些元素及其形成的碳化物密度差別很大，在普通的離心鑄造條件下，合金爐管中合金元素偏析嚴重，外層V含量低，而W、Mo含量高，內層正好相反，這樣嚴重影響了爐管的耐磨性；原料成本高；產品的純潔度較低；產品中氧、硫化物夾雜較多。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種無偏析、耐磨性好，同時降低原料成本，使產品的純潔度得到提高的離心鑄造合金爐管的制造方法。
本發(fā)明是這樣實現的采用雙聯離心鑄造冶煉工藝制造離心鑄造合金爐管，由中頻爐提供半鋼水，用澆包運送半鋼水給AOD爐、然后用三步法進行精煉，給離心鑄管及砂型鑄造提供純凈的鋼液，從而保證產品性能達到主管道產品技術條件所規(guī)定的要求。
1.中頻爐用爐料高碳鉻鐵；2號鎳；鉬鐵；硅鐵；錳鐵；廢鋼，出鋼溫度1600～1650℃；2.AOD爐一步脫碳；3.AOD爐二步還原；4.AOD爐三步調整成分，AOD爐出鋼溫度1600-1630℃。
雙聯冶煉工藝的目標材料ASME SA-451 CPF8M Modf，其化學成分為C≤0.04％；Mn≤1.50％；Si≤1.00％；S≤0.020％；P≤0.030％；Cr 18.00～20.00％；Ni 9.00～12.00％；Mo 2.00～3.00％；Cu≤0.10％；Co≤0.08％；其余為Fe。
本發(fā)明與現有技術相比具有如下優(yōu)點1.雙聯冶煉工藝可使用更經濟原料不使用微碳鉻鐵乃至金屬鉻，而可以使用中碳或高碳鉻鐵；不使用1號金屬鎳(99.99％鎳)而可以用2、3號鎳或鎳鐵；不使用微碳純鐵生產超低碳不銹鋼。
2.雙聯冶煉工藝可冶煉超低碳不銹鋼，同時能降低鉻的損耗；3.雙聯冶煉工藝可提高不銹鋼的純潔度a.雙聯冶煉工藝可生產低(S＜0.030％)的不銹鋼，從而為厚壁管焊接時避免熱裂的發(fā)生；b.雙聯冶煉工藝可降低氧、硫化物夾雜。c.雙聯冶煉工藝可降低鋼中的氧含量為40～70ppm。
d.雙聯冶煉工藝可降低鋼中的氫含量在2～4ppm之間，有效地避免離心鑄管、鑄件制品出現針孔缺陷。
e.雙聯冶煉工藝可控不銹鋼的氮含量當需要生產可控氮不銹鋼時，其氮含量控制在0.01～0.025％；當要求生產含氮不銹鋼時，可生產幾乎是過飽和氮含量的不銹鋼產品。
采用雙聯工藝鑄造的主管道直管產品性能指標①安全等級核安全一級；②質量等級QA1級；③抗震類別I類；④運行壓力P＝15.2Mpa；⑤運行溫度T＝315℃；⑥設計溫度T＝350℃；⑦設計壓力P＝17.15Mpa；⑧水壓試驗壓力P＝21.5Mpa；⑨設計壽命Y＝40年⑩選用材料ASME SA-451 CPF8M Modf雙聯工藝鑄造的主管道直管段的性能試驗結果1.主管道直管段試制件規(guī)格Φ840×72.5×2000(mm)的化學成分分析
按技術條件的規(guī)定，管段的化學成分分析，包括從澆包中取樣的化學成分分析及按任務書要求取任成品0°、90°、180°、270°方位1/4厚度成品樣的化學分析，分析結果符合技術條件(見表1)。
表1 澆包及成品化學成分分析結果

2.主管道直管段的δ鐵素體的測定按技術條件規(guī)定，用澆包化學成分和成品化學成分分析結果，分別計算出鉻當量Creq和鎳當量Nieq，求得δ鐵素體含量值，所得結果均在16～18％范圍內，符合技術條件中要求鐵素體含量應為15～20％的。
鎳和鉻當量公式分別為Nieq＝％Ni+30×％C+0.5×％Mn；Creq＝％Cr+％Mo+1.5×％Si+0.5×％Nb。
試樣分析結果均含有0.02％Nb
①澆包分析 Nieq＝10.41+30×0.03+0.5×0.82＝11.7Creq＝20.18+2.12+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.6得鐵素體含量為17％②從制品0°位置1/4厚度取樣的1#成品試樣分析結果Nieq＝10.52+30×0.03+0.5×0.82＝11.8Creq＝20.04+2.10+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.4得鐵素體含量為17％③從制品90°位置1/4厚度取樣的2#成品試樣分析結果得Nieq＝10.41+30×0.03+0.5×0.80＝11.7Creq＝20.18+2.12+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.6得鐵素體含量為17％④從制品180°位置1/4厚度取樣的3#成品試樣分析結果得Nieq＝10.40+30×0.03+0.5×0.80＝11.7Creq＝19.96+2.05+1.5×0.82+0.5×0.02＝23.3得鐵素體含量為16％⑤從制品270°位置1/4厚度取樣的4#成品試樣分析結果得Nieq＝10.55+30×0.03+0.5×0.83＝11.9Creq＝20.02+2.09+1.5×0.84+0.5×0.02＝23.4得鐵素體含量為16％經分析，上述結果均符合技術條件的規(guī)定3.主管道直管段截取試樣的力學性能力學性能試樣按技術條件要求在固溶熱處理的制品上按取樣圖截取，按ASTM E8和ASTM E21標準，采用Φ10mm截面的試樣進行試驗，其試驗結果符合技術條件的規(guī)定值(見表2)。
表2 常溫及高溫(350℃)拉伸試驗結果

4.主管道直管段截取試樣的夏比沖擊韌性夏比沖擊韌性試驗所用試樣按技術條件從固溶熱處理后的直管段截取，按ASTM A370進行試驗，試驗結果符合技術條件的規(guī)定三個試驗的平均值AKV≥80J 單個最低值AKV≥60J (見表3)表3 夏比沖擊試驗結果

5.主管道直管段試樣的晶間腐蝕敏感性試驗按技術條件截取的試樣經725℃保溫30分鐘的恒溫后在茂福爐中緩慢冷卻，經研磨處理，丙酮去油后有純凈水沖洗、吹干，按ASTM A262 E法在帶回流冷凝器的三角燒中煮沸24小時，經過晶間腐蝕試驗的試樣，在試驗機上冷彎180°，未發(fā)現開裂現象。
6.主管道直管段橫截面環(huán)狀試樣的宏觀浸蝕試驗按技術條件要求從經過固溶處理的直管段一端取一橫截面的環(huán)狀試樣，按ASTM E340進行了宏觀浸蝕，橫截面組織均勻、致密未發(fā)現任何縮孔、氣泡乃至裂紋等缺陷，符合技術條件的要求。雙聯工藝鑄造的主管道90°彎頭的性能試驗結果1.90°彎頭技術參數①安全等級核安全一級
②質量等級QAI級③抗震類別I類④運行壓力P＝15.2Mpa⑤運行溫度T＝316℃⑥設計壓力P＝17.15Mpa⑦設計溫度T＝350℃⑧水壓試驗壓力Pt＝21.5Mpa⑨設計壽命Y＝40年⑩彎頭外徑＝893mm，彎頭內徑＝695mm，內圓偏心(外側)δ＝11mm，彎頭曲率半徑R＝1300mm2.彎頭材料選用ASME SA-351 CF8M Modf，彎頭的化學成分分析按技術條件的規(guī)定進行了澆包及成品的化學分析，分析結果符合技術條件的規(guī)定，結果見表4。
表4 彎頭的化學成分分析結果

成品01-04為90°彎頭0°、90°、180°、270°取樣位置T×T/4的試樣。
3.90°彎頭的δ鐵素體含量測定按技術條件的規(guī)定，用澆包及成品的化學分析測定δ鐵素體含量，其δ鐵素體含量在15％～18％。結果符合技術條件的規(guī)定。
Cr和Ni含量分別為；Nieq＝％Ni+30％C+0.5％MnCreq＝％Cr+％Mo+1.5％×％Si+0.5×％Nb(1)澆包分析結果，計算的鉻和鎳當量為Nieq＝10.45+30×0.02+0.5×0.93＝11.5Creq＝19.40+2.23+1.5×0.85＝22.9得δ鐵素體量為15％(2)成品01Nieq＝10.20+30×0.02+0.5×0.76＝11.2Creq＝19.78+2.07+1.5×0.84＝23.1得δ鐵素體量為18％(3)成品02Nieq＝10.42+30×0.03+0.5×0.79＝11.7Creq＝19.77+2.04+1.5×0.83＝23.1得δ鐵素體量為16％(4)成品03Nieq＝10.22+30×0.03+0.5×0.77＝11.5Creq＝19.80+2.09+1.5×0.83＝23.1
得δ鐵素體量為17％(5)成品04Nieq＝10.38+30×0.025+0.5×0.84＝11.6Creq＝20.10+2.08+1.5×0.81＝23.4得δ鐵素體量為18％4.從90°彎頭截取試樣的常溫和高溫拉伸試驗按技術條件的規(guī)定，進行了常溫和高溫拉伸試驗，其結果符合技術條件的要求(見表5)5.從90°彎頭截取試樣的夏比沖擊韌性試驗按技術條件的規(guī)定，從彎頭截取試樣進行了夏比沖擊試驗，試驗結果符合技術條件的規(guī)定(見表6)6.從彎頭截取橫截面環(huán)狀試樣的宏觀浸蝕試驗按技術條件的規(guī)定在彎頭的一端，截取了橫截面環(huán)狀試樣，按ASTME340規(guī)定進行了宏觀浸蝕試驗。
腐蝕是一個微觀過程，在宏觀范圍內，被浸蝕制品的鑄造組織，制品內部存在的夾渣物、縮松、微裂紋、氣孔等缺陷，均可以通過侵蝕后的圖象顯示出來。組織的不均勻性和各項異性，以及補焊后的痕跡亦可以通過侵蝕得以顯現。從彎頭端部截取的橫截面環(huán)狀試樣宏觀侵蝕可以看出整個平面宏觀組織均勻、致密、目視檢查無任何缺陷。
7.從彎頭截取試樣的晶間腐蝕試驗按技術條件規(guī)定，從制品截取的試樣經725±10℃得敏化處理后，按ASMEA-262 E法進行了。晶間腐蝕試驗，結果末發(fā)現晶間腐蝕，符合技術條件的規(guī)定。
表5 常溫和高溫拉伸試驗結果

表6 夏比沖擊韌性試驗結果

權利要求
1.一種離心鑄造高合金爐管雙聯冶煉工藝，其特征在于原料以高碳鉻鐵；2號鎳；鉬鐵；硅鐵；錳鐵和廢鋼由中頻爐進行加溫提供半鋼水，出鋼溫度1600～1650℃；用澆包運送半鋼水給AOD爐、然后用三步法進行精煉，給離心鑄管及砂型鑄造提供純凈的鋼液。
2.根據權利要求1所述的離心鑄造高合金爐管雙聯冶煉工藝制造的高合金爐管，其特征在于其化學成分為C≤0.04％；Mn≤1.50％；Si≤1.00％；S≤0.020％；P≤0.030％；Cr 18.00～20.00％；Ni 9.00～12.00％；Mo 2.00～3.00％；Cu≤0.10％；Co≤0.08％，其余為Fe。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種核電廠用離心鑄造高合金爐管的制作工藝。原料以高碳鉻鐵；2號鎳；鉬鐵；硅鐵；錳鐵和廢鋼由中頻爐進行加溫提供半鋼水，出鋼溫度1600～1650℃；用澆包運送半鋼水給AOD爐、然后用三步法進行精煉，給離心鑄管及砂型鑄造提供純凈的鋼液。采用這種雙聯冶煉工藝一方面可使成本降低，降低鉻的損耗，另一方面可提高不銹鋼的純潔度；再者該工藝可生產低(S＜0.030％＝的不銹鋼)，從而為厚壁管焊接時避免熱裂的發(fā)生，同時可降低產品中的氧、硫化物夾雜。
文檔編號C22C38/44GK1766147SQ20051009577
公開日2006年5月3日 申請日期2005年11月22日 優(yōu)先權日2005年11月22日
發(fā)明者和仲祥, 張宗良, 顧朝冰 申請人:江蘇標新集團有限公司