核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿的制備方法，其包括以下步驟：1)選取原料并電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉，獲得鋼水；2)將鋼水澆注成電極；3)將電極電渣重熔獲得鋼錠，其中，以重量百分比計(jì)，鋼錠含有≤0.150%C、≤1.00%Mn、≤1.00%Si、≤0.030%S、≤0.030%P、≤0.50%Ni、11.50-13.50%Cr、≤0.06%Co、≤0.001%B和余量Fe；4)將鋼錠鍛造成管坯，對(duì)管坯進(jìn)行熱軋、熱穿孔，獲得荒管；以及5)將荒管加工成核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿。根據(jù)本發(fā)明方法制備的CRDM驅(qū)動(dòng)桿在CRDM中運(yùn)行時(shí)，與鉤爪嚙合時(shí)耐磨性非常理想，不撓曲、不變形且有一定的剛度，在負(fù)載條件下可安全運(yùn)行，壽命滿足CRDM的設(shè)計(jì)規(guī)范和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，質(zhì)量也達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)了CRDM驅(qū)動(dòng)桿的國(guó)產(chǎn)化。
【專利說(shuō)明】核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核電【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核電站核安全級(jí)設(shè)備一控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)是核電站反應(yīng)堆系統(tǒng)中重要的機(jī)械設(shè)備，作為反應(yīng)堆控制和保護(hù)系統(tǒng)的一部份，CRDM是極其重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其主要功能是驅(qū)動(dòng)控制棒在堆芯中上、下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆啟動(dòng)、提升功率、保持功率、負(fù)荷跟蹤、正常停堆和事故停堆。
[0003]壓水堆核電站CRDM是根據(jù)反應(yīng)堆控制和保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)桿部件的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)控制棒組件在堆芯內(nèi)上、下運(yùn)動(dòng)的。驅(qū)動(dòng)桿位于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中心位置，驅(qū)動(dòng)桿管坯總長(zhǎng)7160mm,外徑44.5mm,內(nèi)徑22mm,直線度要求全長(zhǎng)小于等于4mm,外園開(kāi)環(huán)形槽與鉤爪卩齒合，以完成提升和下降動(dòng)作。因此，要求材料有一定的強(qiáng)度和剛度、很好的耐磨性，在制造過(guò)程中要防止變形。
[0004]但是，核電站CRDM驅(qū)動(dòng)桿長(zhǎng)期被國(guó)外少數(shù)幾個(gè)國(guó)家壟斷，他們長(zhǎng)期控制著全球核電項(xiàng)目的CRDM驅(qū)動(dòng)桿供貨市場(chǎng)。完全依賴于國(guó)外少數(shù)CRDM設(shè)備生產(chǎn)廠家供貨，我國(guó)不僅需要多付出昂貴的采購(gòu)成本，而且供貨周期不確定，風(fēng)險(xiǎn)大，曾經(jīng)不同程度影響到我國(guó)在建核電新項(xiàng)目的工期進(jìn)度。
[0005]有鑒于此，確有必要提供一種核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:提供一種核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿及其制備方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿的制備方法，其包括以下步驟:
[0008]I)選取原料并電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉，獲得鋼水；
[0009]2)將鋼水澆注成電極；
[0010]3)將電極電渣重熔獲得鋼錠，其中，以重量百分比計(jì)，鋼錠含有≤0.150%C、≤1.00%Μη、≤ 1.00%S1、≤ 0.030%S、≤0.030%P、≤ 0.50%N1、ll.50-13.50%Cr、≤ 0.06%Co、≤0.001%B 和余量 Fe ；
[0011]4)將鋼錠鍛造成管坯，對(duì)管坯進(jìn)行熱軋、熱穿孔，獲得荒管；以及
[0012]5)將荒管加工成核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿。
[0013]作為本發(fā)明制備方法的一種改進(jìn)，步驟I)中，采用高碳鉻鐵、中碳鉻鐵、低P原料、金屬猛、娃鐵作為原料。
[0014]作為本發(fā)明制備方法的一種改進(jìn)，步驟2)中的澆注電極在氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行。
[0015]作為本發(fā)明制備方法的一種改進(jìn)，步驟4)中，所述鋼錠在加熱保溫后采用快鍛開(kāi)坯和徑鍛制成管坯。[0016]作為本發(fā)明制備方法的一種改進(jìn)，步驟4)中，鋼錠加熱保溫的工藝為:先自(700°C緩慢加熱至950± 10°C，保溫2~2.25小時(shí)后再緩慢加熱至1180± 10°C，保溫3~4小時(shí)后，緩慢冷卻后出爐鍛造。
[0017]作為本發(fā)明制備方法的一種改進(jìn)，步驟4)中，鍛造時(shí)鋼錠鐓粗二次，鐓粗保溫后鋼坯出爐進(jìn)行拔長(zhǎng)鍛造，經(jīng)多次鍛造后鋼坯鍛到所需中間坯尺寸，開(kāi)坯后切除鋼錠頭、尾。
[0018]作為本發(fā)明制備方法的一種改進(jìn)，步驟4)中，所述鋼坯在徑鍛加熱爐中加熱，加熱溫度> 1100°C，加熱4~6小時(shí)，鋼坯出爐后在徑鍛機(jī)上鍛造到毛坯尺寸。
[0019]作為本發(fā)明制備方法的一種改進(jìn)，步驟5)中，將荒管加工成核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿包括:荒管酸洗、冷軋、酸洗、矯直、潤(rùn)滑、冷軋、成品加工和調(diào)質(zhì)熱處理。
[0020]作為本發(fā)明制備方法的一種改進(jìn)，步驟5)中，矯直后的彎曲度≤2mm/2.5m。
[0021]作為本發(fā)明制備方法的一種改進(jìn)，步驟5)中，調(diào)質(zhì)熱處理包括淬火處理和回火處理，淬火處理為將鋼管在≤650°C保溫0.5~0.75小時(shí)之后，緩慢加熱至960~1000± 10°C并保溫1.0~1.2小時(shí)，然后進(jìn)行油淬；回火處理為將淬火后的鋼管在≤550°C保溫0.5~
0.75小時(shí)，然后，加熱至660~680°C，保溫3~3.5小時(shí)之后，進(jìn)行空冷。
[0022]作為本發(fā)明制備方法的一種改進(jìn)，步驟I)中，AOD精煉+LF爐精煉時(shí)通過(guò)添加合金料來(lái)獲得鋼錠的成份。
[0023]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿，以重量百分比計(jì)，所述核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿含有≤0.150%C、≤1.00%Mn、(1.00%S1、≤ 0.030%S、( 0.030%P、( 0.50%N1、11.50-13.50%Cr、( 0.06%Co、( 0.001%B
和余量Fe。
[0024]作為本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿的一種改進(jìn)，所述核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)前述制備方法獲得。
[0025]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿及其制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0026]1.通過(guò)化學(xué)成份的優(yōu)化組合，確定鋼管的冷軋工藝和熱處理規(guī)范，CRDM驅(qū)動(dòng)桿達(dá)到力學(xué)性能和功能性的要求，在負(fù)載條件下可安全運(yùn)行，且壽命滿足CRDM的設(shè)計(jì)規(guī)范和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，質(zhì)量也達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)了 CRDM驅(qū)動(dòng)桿的國(guó)產(chǎn)化。
[0027]2.可利用國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的工藝設(shè)備加工制造，利于批量生產(chǎn)，加速國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。
[0028]3.經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)，根據(jù)本發(fā)明方法制備的CRDM驅(qū)動(dòng)桿安裝在設(shè)備CRDM中運(yùn)行時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)性能優(yōu)良，與鉤爪嚙合時(shí)耐磨性非常理想，不撓曲、不變形，且具有一定的剛度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，附圖中:
[0030]圖1為本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿的制備方法中，電渣重熔獲得的鋼錠脫模后的退火工藝曲線圖。
[0031]圖2為本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿的制備方法中，快鍛開(kāi)坯鋼錠的加熱工藝曲線圖。
[0032]圖3為根據(jù)本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿的制備方法中，管坯徑鍛時(shí)的退火工藝曲線圖。
[0033]圖4和圖5為本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿的制備方法中，鋼管熱處理的淬火和回火工藝曲線圖。
實(shí)施例
[0034]為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書(shū)中描述的實(shí)施例僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。
[0035]本發(fā)明核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿的制備方法的主要工藝包括:電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉一燒注電極一電禮:重熔一鍛造開(kāi)還一熱軋管還一管還定切、剝皮一熱穿孔一荒管酸洗一精整修磨一潤(rùn)滑一冷軋一去油一中間坯熱處理一酸洗一矯直一潤(rùn)滑一
冷軋一......(循環(huán)加工)一成品加工一調(diào)質(zhì)熱處理(淬火、回火)一取樣一性能檢測(cè)一
矯直一精磨一尺寸、外觀檢查一入庫(kù)。
[0036]1.電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉:
[0037]原料采用高碳鉻鐵、中碳鉻鐵、低P原料、金屬錳和硅鐵，原料在電爐中熔化獲得鋼水；然后，將鋼水倒入AOD精煉爐中吹氧脫碳，加入合金料，調(diào)整化學(xué)成分；達(dá)到煉鋼工藝規(guī)范規(guī)定的成分和鋼水溫度后出鋼，鋼水倒入鋼包。
[0038]隨后，鋼包移入 LF精煉爐進(jìn)行第二次精煉，根據(jù)爐前分析結(jié)果加入合金料，調(diào)整化學(xué)成分、同時(shí)調(diào)整鋼水溫度，待鋼水達(dá)到滿足煉鋼工藝規(guī)范要求的化學(xué)成分及出鋼溫度后出鋼。
[0039]2.澆鑄電極:將鋼水澆注成電極，為了保護(hù)鋼水在澆鑄過(guò)程中不氧化或少氧化，采用氬氣保護(hù)澆鑄。
[0040]3.電渣重熔:為了提高鋼的冶金質(zhì)量，將澆注的電極進(jìn)行電渣重熔二次冶煉，以提高鋼的純凈度，減少鋼中的夾雜物，減小夾雜物的尺寸和改變夾雜物的分布。
[0041]在電渣重熔前，對(duì)電極表面進(jìn)行清理，以清除表面氧化皮。此外，為了去除渣料中的水分，使用前，可采用電阻爐烘烤渣料。
[0042]電渣重熔時(shí)采用CaF2 = Al2O3 二元渣系，采用不銹鋼通用的電渣重熔工藝，通過(guò)控制電壓和電流，保證電渣重熔過(guò)程平穩(wěn)進(jìn)行。
[0043]為了保證鋼的性能滿足技術(shù)要求，對(duì)鋼的主要元素進(jìn)行控制，各主要元素及其含量見(jiàn)表1。
[0044]表1鋼的主要元素及含量(重量百分比)
【權(quán)利要求】
1.一種核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)選取原料并電爐冶煉+AOD精煉+LF爐精煉，獲得鋼水； 2)將鋼水澆注成電極； 3)將電極電渣重熔獲得鋼錠，其中，以重量百分比計(jì)，鋼錠含有≤0.150%C、≤1.00%Μη、≤ 1.00%S1、≤ 0.030%S、≤ 0.030%P、≤ 0.50%N1、ll.50-13.50%Cr、≤0.06%Co、≤0.001%B 和余量 Fe ； 4)將鋼錠鍛造成管還，對(duì)管還進(jìn)行熱軋、熱穿孔，獲得荒管；以及 5)將荒管加工成核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟I)中，采用高碳鉻鐵、中碳鉻鐵、低P原料、金屬猛、娃鐵作為原料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中的澆注電極在氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，所述鋼錠在加熱保溫后采用快鍛開(kāi)坯和徑鍛制成管坯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，鋼錠加熱保溫的工藝為:先自≤700°C緩慢加熱至950± 10°C，保溫2~2.25小時(shí)后再緩慢加熱至1180± 10°C，保溫3~4小時(shí)后，緩慢冷卻后出爐鍛造。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，鍛造時(shí)鋼錠鐓粗二次，鐓粗保溫后鋼坯出爐進(jìn)行拔長(zhǎng)鍛造，經(jīng)多次鍛造后鋼坯鍛到所需中間坯尺寸，開(kāi)坯后切除鋼徒頭、尾。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，所述鋼坯在徑鍛加熱爐中加熱，加熱溫度> 1100°c，加熱4~6小時(shí)，鋼坯出爐后在徑鍛機(jī)上鍛造到毛坯尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟5)中，將荒管加工成核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿包括:荒管酸洗、冷軋、酸洗、矯直、潤(rùn)滑、冷軋、成品加工和調(diào)質(zhì)熱處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟5)中，矯直后的彎曲度≤2mm/2.5m。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟5)中，調(diào)質(zhì)熱處理包括淬火處理和回火處理，淬火處理為將鋼管在< 650°C保溫0.5~0.75小時(shí)之后，緩慢加熱至960~1000±10°C并保溫1.0~1.2小時(shí)，然后進(jìn)行油淬；回火處理為將淬火后的鋼管在≤5500C保溫0.5~0.75小時(shí)，然后，加熱至660~680°C，保溫3~3.5小時(shí)之后，進(jìn)行空冷。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，AOD精煉+LF爐精煉時(shí)通過(guò)添加合金料來(lái)獲得鋼錠的成份。
12.一種核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿，其特征在于，以重量百分比計(jì)，所述核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿含有≤0.150%C、≤1.00%Μη、≤1.00%S1、≤0.030%S、≤0.030%P、≤0.50%N1、ll.50-13.50%K 0.06%Co、≤ 0.001%B 和余量 Fe。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿，其特征在于，所述核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)桿是通過(guò)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的制備方法獲得。
【文檔編號(hào)】C22C38/32GK103789684SQ201410038763
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】楊春樂(lè), 楊孟嘉, 陳志強(qiáng), 冉小兵, 鄧小云, 戴長(zhǎng)年, 劉寶亭, 米大為, 唐茂, 吳昊 申請(qǐng)人:中廣核工程有限公司, 中國(guó)廣核集團(tuán)有限公司