專利名稱：樹(shù)脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種爐管的冶煉工藝，特別是涉及到一種核電廠用大口徑厚壁彎管道的制作工藝。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高。用電需求越來(lái)越大，但國(guó)內(nèi)煤炭貯存量越來(lái)越少。而火力發(fā)電對(duì)環(huán)境污染也很大，這就必須有一種新能源來(lái)代替——核能發(fā)展。核能發(fā)電國(guó)家制定長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃(2005年～2020年)。目前，壓水堆核電站是目前國(guó)內(nèi)已建或在建的主要核電廠之一，其中壓水堆核電站主管道連接反應(yīng)堆壓力容器，主蒸發(fā)器和主泵，組成一個(gè)環(huán)路，在主泵的驅(qū)動(dòng)下，冷卻劑在環(huán)路中循環(huán)流動(dòng)，將核裂變產(chǎn)生的熱量帶出并傳遞給主蒸發(fā)器。主管道是保持冷卻劑壓力邊界完整性的重要組成部分，其安全等級(jí)為核安全一級(jí)，彎管則是主管道的重要組成部分。近年來(lái)，熱軋技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，奧氏體不銹鋼鑄造過(guò)程中，從鋼液開(kāi)始結(jié)晶到凝固完成，液、固并存的溫度區(qū)間較大，因此結(jié)晶過(guò)程中不合理的凝固，極易造成制品內(nèi)部的縮孔和縮松、氣孔、夾渣等缺陷。奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱率小，膨脹系數(shù)又大，往往產(chǎn)生大的收縮應(yīng)力，而奧氏晶界的結(jié)合力相對(duì)較底，因而在結(jié)晶過(guò)程中常常出現(xiàn)熱裂紋，如有S、P等有害元素的低熔點(diǎn)共晶體在晶界上析出，將增加熱裂紋的敏感性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)偏析、耐磨性好，同時(shí)減少制品內(nèi)部的縮孔和縮松、氣孔、夾渣等缺陷，并使產(chǎn)品的純潔度得到提高的奧氏體不銹鋼彎管工藝。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種堿性苯酚樹(shù)脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產(chǎn)方法，其特征在于包括下列步驟①采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯(lián)冶煉工藝，冶煉CF8MModify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，由中頻爐提供半鋼水，用澆包運(yùn)送半鋼水給AOD爐、然后用三步法進(jìn)行精煉AOD爐一步脫碳；AOD爐二步還原；AOD爐三步調(diào)整成分，AOD爐出鋼溫度1600-1630℃。給離心鑄管及砂型鑄造提供純凈的鋼液，從而保證產(chǎn)品性能達(dá)到主管道產(chǎn)品技術(shù)條件所規(guī)定的要求，出鋼溫度1600℃～1630℃；②將型砂和泥芯烘干，在其內(nèi)壁和泥芯外表面噴涂耐一層油溶性涂料，點(diǎn)火燒干，再噴涂耐二層油溶性涂料，每噴一次點(diǎn)火燒干一次，使涂料厚度達(dá)到2-3mm。該油溶性涂料滿足合適的酸堿度匹配，從而杜絕制品表面產(chǎn)生浸入性氣孔等缺陷。具有足夠高的耐火度，高溫強(qiáng)度，懸浮性、發(fā)氣性和涂布性，確保涂層的均勻性。
選用的造型材料為堿性苯酚樹(shù)脂砂，具有高的耐熱度、高溫強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱性和透氣性。
③采用底注法、開(kāi)放式、大流量、低流速的澆注系統(tǒng)使鋼水平穩(wěn)充型；澆注系統(tǒng)和澆注工藝能有效調(diào)節(jié)各部位的溫度分布、澆注系統(tǒng)的溫度梯度以確保鑄件的順序凝固；使鋼液在相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下確保金屬液面在型腔內(nèi)有合適的上升速度，從而得到輪廓完整、清晰的彎頭部件；提高鋼液的純潔度并最大限度降低偏析及保證制品的致密性。澆注溫度1500℃-1570℃。
澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和選用的材料具有足夠的高溫強(qiáng)度和低抗鋼液的沖刷能力，同時(shí)具備有良好的除渣功能，能阻擋夾渣進(jìn)入鑄型腔。
澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、緊湊、流暢，保證液態(tài)金屬以最短距離，最合理的時(shí)間充滿鑄型型腔。
選用的造型材料堿性苯酚樹(shù)脂砂具有高的耐熱度、高溫強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱性和透氣性。
另外在澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中設(shè)置了若干個(gè)冒口，其位置、形狀，尺寸和數(shù)量及間隔設(shè)置設(shè)計(jì)時(shí)已考慮到冒口的設(shè)置已充分考慮到有效的補(bǔ)縮區(qū)域范圍，有暢通的補(bǔ)縮道以確保鋼液能定向流動(dòng)應(yīng)補(bǔ)縮的區(qū)域；有足夠的補(bǔ)縮壓力，在彎管凝固過(guò)程中，冒口中的鋼液一直處于正壓力狀態(tài)，即使彎管凝固終了時(shí)，冒口內(nèi)仍有一定的殘余液態(tài)的壓頭；冒口材料有足夠的絕熱性能，以達(dá)到上述目標(biāo)并保證彎管鑄件的順序凝固。
④在300-400℃下脫模；⑤產(chǎn)品經(jīng)過(guò)1050-1150℃溫度固溶熱處理。固溶處理是大口徑厚壁奧氏體不銹鋼彎管制造過(guò)程中的重要工序之一。試驗(yàn)研究表明，在1200℃時(shí)，碳在奧氏體中的溶解度為0.14％，在600℃時(shí)僅為0.08％。固溶熱處理的目的是將制品加熱到1050℃～1150℃溫度并恒溫，讓碳充分溶解在奧氏體中，保溫時(shí)間以每25mm厚度一小時(shí)計(jì)算，然后急速冷卻，以避免碳化物析出，防止類似晶間腐蝕這樣的選擇性腐蝕。固溶處理溫度是按任務(wù)書(shū)的規(guī)定進(jìn)行的，四只熱電偶在爐膛內(nèi)均布，其溫度偏差＜±10℃，淬火池水溫低于34℃。
采用本發(fā)明所述工藝鑄造的彎管道產(chǎn)品性能指標(biāo)(1)安全等級(jí)核安全一級(jí)(2)質(zhì)量等級(jí)QAI級(jí)(3)抗震類別I類(4)運(yùn)行壓力P＝15.2Mpa，(5)運(yùn)行溫度T＝316℃(6)設(shè)計(jì)壓力P＝17.15Mpa(7)設(shè)計(jì)溫度T＝350℃
(8)水壓試驗(yàn)壓力Pt＝21.5Mpa(9)設(shè)計(jì)壽命Y＝40年(10)彎頭外徑＝893mm(11)彎頭內(nèi)徑＝695mm(12)內(nèi)圓偏心(外側(cè))δ＝11mm(13)彎頭曲率半徑R＝1300mm(14)彎頭材料選用ASME SA-351CF8M Modf奧氏體不銹鋼彎管道產(chǎn)品的性能試驗(yàn)結(jié)果1.彎管道產(chǎn)品試制規(guī)格Φ840×72.5×2000(mm)的化學(xué)成分分析按技術(shù)條件的規(guī)定，管段的化學(xué)成分分析，包括從澆包中取樣的化學(xué)成分分析及按任務(wù)書(shū)要求取任成品0°、90°、180°、270°方位1/4厚度成品樣的化學(xué)分析，分析結(jié)果符合技術(shù)條件(見(jiàn)表1)。
表1澆包及成品化學(xué)成分分析結(jié)果

2.大壁厚90°彎管的δ鐵素體含量測(cè)定用澆包及成品的化學(xué)分析結(jié)果按Schaeffer圖測(cè)定δ鐵素體含量，其δ鐵素體含量在15％～18％。
Schaeffer圖中縱、橫坐標(biāo)的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(jié)果，計(jì)算的鉻和鎳當(dāng)量為Nieq＝10.45+30×0.02+0.5×0.93＝11.5Creq＝19.40+2.23+1.5×0.85＝22.9查Schaeffer圖，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查Schaeffer圖，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查Schaeffer圖，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查Schaeffer圖，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查Schaeffer圖，得δ鐵素體量為18％3.從大壁厚90°彎管截取試樣的常溫和高溫拉伸試驗(yàn)從大壁厚90°彎管截取試樣進(jìn)行了常溫和高溫拉伸試驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)表2
表2，常溫和高溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果

4.從大壁厚90°彎管截取試樣的夏比沖擊韌性試驗(yàn)從彎頭截取試樣進(jìn)行了夏比沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3表3夏比沖擊韌性試驗(yàn)結(jié)果

5.從大壁厚90°彎管截取試樣的晶間腐蝕試驗(yàn)從90°彎管制品截取的試樣經(jīng)725±10℃得敏化處理后，按ASMEA-262方法進(jìn)行了.晶間腐蝕試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕痕跡。
6.從彎管截取橫截面環(huán)狀試樣的宏觀浸蝕試驗(yàn)從彎頭的一端，截取了橫截面環(huán)狀試樣，按ASTME340規(guī)定進(jìn)行了宏觀浸蝕試驗(yàn)。
大家知道，腐蝕是一個(gè)微觀過(guò)程，在宏觀范圍內(nèi)，被浸蝕制品的鑄造組織，制品內(nèi)部存在的夾渣物、縮松、微裂紋、氣孔等缺陷，均可以通過(guò)侵蝕后的圖象顯示出來(lái)。從彎頭端部截取的橫截面環(huán)狀試樣宏觀侵蝕照片，可以看出整個(gè)平面宏觀組織均勻、致密、目視檢查無(wú)缺陷顯示，由此可見(jiàn)，大壁厚90°彎管的鑄造是成功的。7.90°彎頭的內(nèi)外表面目視及滲透檢查按標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)大壁厚90°彎管內(nèi)、外表面進(jìn)行目視及100％滲透探傷檢查，①工件表面粗糙度Ra≤6.3μm②采用試劑清洗劑 型號(hào)HG-Z9952；滲透劑 型號(hào)HG-Z9952；顯像劑 型號(hào)HG-Z9952。
③靈敏度試塊檢驗(yàn)靈敏度≤5μm。
檢驗(yàn)結(jié)果①未發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度大于4.7mm線性缺陷跡顯；②未發(fā)現(xiàn)尺寸大于4.7mm的圓形缺陷跡顯；③任意面積為3870mm2的區(qū)域內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)有10個(gè)以上的缺陷。
④在鑄件表面未發(fā)現(xiàn)裂紋跡顯。
大壁厚90°彎管的內(nèi)外表面目視及滲透檢查結(jié)果，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種堿性苯酚樹(shù)脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產(chǎn)方法，其特征在于包括下列步驟①采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯(lián)冶煉工藝，冶煉CF8MModify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，出鋼溫度1600℃～1630℃；②將型砂和泥芯烘干，在所述的型砂內(nèi)壁和泥芯外表面至少噴涂一層油溶性涂料，并點(diǎn)火燒干；③采用底注法、開(kāi)放式、大流量、低流速的澆注系統(tǒng)使鋼水平穩(wěn)充型，澆注溫度1500℃-1570℃；④在300-400℃下脫模；⑤產(chǎn)品經(jīng)固熔熱處理。
2.一種堿性苯酚樹(shù)脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產(chǎn)方法，其特征在于在所述的型砂內(nèi)壁和泥芯外表面噴涂三層油溶性涂料，涂一次并點(diǎn)火燒干一次，使涂料厚度達(dá)到2-3mm。
3.一種堿性苯酚樹(shù)脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產(chǎn)方法，其特征在于澆注系統(tǒng)的溫度梯度以確保鑄件的順序凝固。
4.一種堿性苯酚樹(shù)脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產(chǎn)方法，其特征在于在所述的型砂上設(shè)置有補(bǔ)縮作用的冒口，在澆注凝固前能補(bǔ)給部分金屬液體。
5.一種堿性苯酚樹(shù)脂砂鑄造大厚壁超低碳奧氏體不銹鋼彎管生產(chǎn)方法，其特征在于選用的造型材料為堿性苯酚樹(shù)脂砂。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種核電廠用奧氏體不銹鋼大口徑厚壁核彎管道的制作工藝。采用中頻爐+AOD爐精煉的雙聯(lián)冶煉工藝，冶煉CF8MModify超低碳、控氮奧氏體不銹鋼，出鋼溫度1600℃～1630℃。采用底注法、開(kāi)放式、大流量、低流速的澆注系統(tǒng)使鋼水平穩(wěn)充型；澆注系統(tǒng)和澆注工藝能有效調(diào)節(jié)各部位的溫度分布、澆注系統(tǒng)的溫度梯度以確保鑄件的順序凝固，并提高鋼液的純潔度并最大限度降低偏析及保證制品的致密性。最后將產(chǎn)品進(jìn)行固溶熱處理，其目的是讓碳充分溶解在奧氏體中，然后急速冷卻，以避免碳化物析出，防止類似晶間腐蝕這樣的選擇性腐蝕。
文檔編號(hào)B22D11/16GK1827818SQ20061003911
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者王子龍, 顧朝冰, 何紀(jì)海, 和仲祥, 張彬 申請(qǐng)人:江蘇標(biāo)新集團(tuán)有限公司