核電站蒸汽發生器防震條端板材料及其製備方法
2023-05-18 18:42:36 1
專利名稱：核電站蒸汽發生器防震條端板材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種新材料技術領域的防震條端板材料，特別是一種核電站蒸汽發 生器防震條端板材料及其製備方法。具體涉及一種NC15Fe材料，主要用於壓水堆核島 CPR1000蒸汽發生器防震條端板材料，還可以用作防震條連接銷和防震條固定環材料。
背景技術：
能源產業是國民經濟的基礎，是制約國民經濟持續快速發展的重要環節，隨著國 民經濟的發展，人們對生活水平和環保的要求越來越高，因此，大力發展核電事業已成為當 今能源開發的主導方向。核電與火力發電及其它新能源相比其優勢是顯而易見的。蒸汽發 生器是壓水堆核電站一迴路和二迴路的樞紐，是分割一迴路和二迴路的介質的屏障，是核 電站關鍵設備之一，也是核電站裝置中發生故障最多的設備之一，蒸汽發生器的工作性能 及安全可靠性對於整個糸統的安全穩定運行是至關重要的。一臺核電站需設置幾臺蒸汽發 生器，內含數以萬計的傳熱管，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，然後被汽化，蒸汽進入蒸汽輪機發電，與這些管子接觸的流體會弓丨起震動， 因震動會導致管子損壞破裂，直致蒸汽發生器損壞，要更換一臺蒸汽發生器需2億美元左 右費用，需停堆幾個月，造成極大的經濟損失。為有效防止管子震動，設置防震條對核電站 安全可靠運行起著關鍵作用。蒸汽發生器防震條部件包括防震條、防震條端板、防震條連接銷及防震條固定環， 防震條部件是在高溫、高壓、強腐蝕環境下使用，對製造防震條部件材料的耐高溫強度、耐 腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性及可加工性提出了嚴格要求。目前我國用於製造防震條端板材料 仍依賴進口，因此研發製造具有優良的耐腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性及可加工性的防震條端 板材料，以替代進口，減少蒸汽發生器故障的發生，對有效提高核電站的經濟性和安全可靠 性具有十分重要的意義。
發明內容
本發明的目的是克服現有防震條端板材料技術中的不足，提供一種「核電站蒸汽 發生器防震條端板材料及其製備方法」。該防震條端板材料用於製造核電站蒸汽發生器防 震條端板，該材料價格低、組分設計合理、製造工藝簡單，具有優良的耐腐蝕性、抗疲勞、抗 蠕變性及可加工性能。其抗拉強度可達750MPa，屈服強度可達350MPa，伸長率A為45%。為了實現上述目的，本發明是通過以下技術方案來實現的一種核電站蒸汽發生 器防震條端板材料，按重量百分比計算，所含成分如下C 0. 003-0. 08% ； Si 0. 1-0. 4% ； Mn 0. 3-0. 8% ；P ^ 0. 015% ； S ^ 0. 01% ； Cr 14-17% ；N i 72-78% ； Cu 0. 05-0. 5% ； Ti 0. 05-0. 5% ；A 1 0. 05-0. 5% ； Fe 6-10% ； Xt 0. 01-1. 0% ；餘量為不可避免的雜質。
Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Ti、Al、Fe 的純度大於 98%，粒度為 20_50um。所述稀土 Xt為氟化鈰、氟化鑭的混合物，其純度大於98%，粒度為l-10um。本發明核電站蒸汽發生器防震條端板材料的製備方法，包括如下步驟1)按防震條端板材料所含成分的重量百分比計算進行原料配製C 0. 03-0. 08% ； Si 0. 1-0. 4% ； Mn 0. 3-0. 8% ；P ^ 0. 015% ； S ^ 0. 01% ； Cr 14-17% ；N i 72-78% ； Cu 0. 05-0. 5% ； Ti 0. 05-0. 5% ；A1 0. 05-0. 5% ； Fe 6-10% ； Xt 0. 01-1. 0% ；餘量為不可避免的雜質；2)將按前述配製的原料裝入真空精煉爐中冶煉，精煉期溫度控制在1520°C 1580°C，精煉時間40分鐘；3)電渣精煉，精煉期溫度控制在1520°C 1580°C，熔煉電壓45-50V，熔煉電流 2600-2800A ；4)鍛造，鍛造溫度1180°C -950°C，開鍛溫度1180°C ；5)熱軋，熱軋溫度1190°C _900°C，開軋溫度1190°C ；6)正火，正火溫度950°C -1060°C，空冷時間1. 5小時；7)多道次進行拉拔一退火一拉拔，得到防震條端板材料成品。步驟7)中所述的拉拔採用單車進行。步驟7)中所述的退火，其退火溫度為950°C -1050°C，退火保溫1小時。。步驟2)中所述的配製的原料裝入真空精煉爐中冶煉，其裝料順序為碳C-純鐵 Fe-金屬鉻JCr-鎳板Ni-矽Si-錳Mn-銅Cu-鋁AL-鈦Ti，所述稀土 Xt在出爐前5分鐘 內一次加入鋼液中充分攪拌均勻。該發明製備方法主要技術特點是採用真空精煉爐冶煉，使得脫氣充分，再經電渣 精煉，使鋼液潔淨，稀土 Xt在真空冶煉過程中加入進一步提高防震條端板材料質量和力學 性能，拉拔過程的中間退火，拉拔採用單車慢速進行，以減少磨擦時所產生的熱量積聚，最 終得到其抗拉強度可達750MPa，屈服強度可達350MPa，伸長率A為45%的防震條端板材料。本發明核電站蒸汽發生器防震條端板材料所設計成分的原理如下C:非常有效的硬化和固溶強化組元，穩定馬氏體結構，保證強度。但常常作 為裂紋源出現，如含量過高容易形成脆硬組織而引發延遲裂紋，其成分重量％限制在 0. 003-0. 08% ；Mn:脫氧和脫硫作用，確保抗氧化性的重要元素，不足0.01%不能得到充分脫氧， 超過1. 5%強度降低，其成分重量％限制在0. 3-0. 8% ；Si 脫氧、提高屈服強度、耐高溫腐蝕性，不足0.01%，不能得到充分抗氧化性，超 過0. 90%韌性降低，其成分重量％限制在0. 1-0.4% ；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72-78% ；Cr 確保抗氧化性、耐高溫腐蝕性、提高高溫強度不可缺少的元素，含量過低，不能 顯現效果，含量過高，強度和韌性顯著降低，其成分重量％限制在14-17% ；Cu 在材料中提高對非氧化性酸的耐蝕性，其成分重量％限制在0. 05-0. 5% ；AL 作為脫氧劑而被添加，其成分重量％限制在0. 05-0. 5% ；
Ti 在材料中提高抗腐蝕性能，其成分重量％限制在0. 05-0. 5% ；S、P:是材料中不可避免的有害雜質元素，其含量越低越好，其成分重量％，P: 彡 0. 015% ；S 彡 0. 01% ；Xt 材料中加入稀土，與Cr、Si的複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、 分布和性質，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，本發明中成分重量％限制在0. 01-1. 0%。採用本發明所設計的核電站蒸汽發生器防震條端板材料與現有技術相比，具有如 下優點1.成分設計合理、成本低、使用安全可靠；2.本防震條材料其抗拉強度可達750MPa，屈服強度可達350MPa，伸長率A為 45%，在110(TC高溫下長期工作具有較高強度與耐腐蝕能力，其高溫應力強度穩定；3.又因加入了微量的稀土元素和採用了特殊的製備工藝，確保材料具有優良的耐 腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性及可加工性能；4.本防震條端板材料可替代進口，確保防震條使用的安全可靠性，有效延長核電 站蒸汽發生器的使用壽命，降低成本，顯著提高經濟效益。
具體實施例方式下面通過非限制性實施例，進一步闡述本發明，理解本發明。本發明核電站蒸汽發生器防震條端板材料製備了四爐實施例，爐號為105_5570、 5571、5572、5573，實施例1_4爐防震條端板材料所含成分及含量按重量％計算，祥見如下第一爐C0. 03%, Si 0. 3%, Mn 0. 7%, P :0. 01%, S :0. 006 %, Cr 15%, Ni 73%, Cu :0. 07%, Ti :0. 06%, A1 :0. 4% Fe :6. 5%, Xt :0. 07%,第二爐C:0. 05%, Si :0. 2%, Mn :0. 6%, P :0. 009%, S :0. 008%, Cr :16%, Ni 74%, Cu :0. 12%, Ti :0. 12%, A1 :0. 3% Fe :7. 5%, Xt :0. 08%,第三爐C:0. 04%, Si :0. 25%, Mn :0. 5%, P :0. 008%, S :0. 007%, Cr :15. 5%, Ni :76%, Cu :0. 12%, Ti :0. 2%, A1 :0. 2% Fe :8. 0%, Xt :0. 06%,第四爐:C:0. 07%, Si :0. 35%, Mn :0. 4%,P :0. 07%, S :0. 001%, Cr :16. 5%,Ni 75%, Cu :0. 3%, Ti :0. 3%, A1 :0. 1% Fe :7. 0%, Xt :0. 05%,上述四爐實施例其製備方法為1).選用純鐵，按照本發明四爐實施例設計成分配料；2).真空精煉爐冶煉，按其裝料順序進行裝料碳C-純鐵Fe-金屬鉻JCr_鎳板 Ni-矽Si-錳Mn-銅Cu-鋁AL-鈦Ti，所述稀土 Xt在出爐前5分鐘內一次加入鋼液中充分 攪拌均勻，精煉期溫度控制在1520°C 1580°C，精煉時間40分鐘；3).電渣精煉，精煉期溫度控制在1520°C 1580°C，熔煉電壓45-50V，熔煉電流 2600-2800A ；4)鍛造，鍛造溫度1180°C -950°C，開鍛溫度1180°C ；5)熱軋，熱軋溫度1190°C _900°C，開軋溫度1190°C ；
6).正火，正火溫度950°C -1060°C，空冷時間1. 5小時；7)多道次進行(拉拔-退火-拉拔)，中間退火採用退火溫度為950°C-1050°C退 火，退火保溫1小時，拉拔採用單車慢速(速度10米/分鐘)進行，例如根據用戶需求，拉 拔道次為 4 道次，4 16-14. 5*14. 5-13*13. 5-12*12-11*11。以上實施例所設計、製備的核電站蒸汽發生器防震條端板材料已經有關部門對其 成分、綜合力學性能進行了檢測、試驗，檢測報告如下一.機械工業材料質量檢測中心材料類別防震條端板。樣品名稱NC15Fe(本發明)；樣品特徵塊樣檢測依據和/ 判定依據GB/T223. 11-2008GB/T8647. 4-2006 ISO 4938-1988檢測數據/結果C 0. 003% Cr 15. 50% Mn 0. 71%S 0. 001% P < 0. 002% Ni 75. 94%Ti 0. 059% Cu 0. 076% Al 0. 10%二 .江蘇省不鏽鋼製品質量監督檢驗中心材料類別防震條端板；樣品名稱方棒；規格型號11*11mmNC15Fe(本發明)；樣品數量1根*300mm ；樣品狀態符合檢驗要求；檢驗設備CMT5305 (0. 5級)微機控制電子萬能試驗機；檢驗依據GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》。檢驗結果 三.東方電氣(廣州)重型機器有限公司質量理化計量室材料類別防震條端板，樣品名稱:NC15Fe(本發明)；實施例1-4爐，每爐2支，退火，規格4 10mm,檢驗依據DF-SG/PS_011Rev :A ；NPS-DSD-SG022 Rev :A ；技術條件NPS-DSD_SG022；
試驗溫度室溫。1.力學性能試驗 2.金相檢驗 3.蒸汽發生器用防震條端板NC15Fe (本發明)檢驗評定報告1).試件狀態防震條組件裝配之前2).檢驗類型化學分析、力學性能、超聲波探傷、熱處理、目視檢查、尺寸檢查。檢驗結果
1.目視檢查、尺寸檢查、角度和平面度檢查。結果合格。2.熔煉分析1).超聲波探傷(熱軋漂白後)。結果無缺陷。2).熱處理。結果合格。3.機械性能檢測分析(熱處理酸洗後)。結果合格。4.產品分析。結果合格。評定結果根據防震條試製件評定情況分析，上述防震條NC15Fe端板(本發明) 滿足蒸汽發生器用防震條的各項要求，產品的製造工藝穩定。通過以上的實施例及力學性能檢測，本發明所設計的核電站蒸汽發生器防震條端 板材料具有成分設計合理、成本低、製造工藝穩定，具有優良的耐腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性 及可加工性能，滿足蒸汽發生器用防震條的各項使用要求，確保使用安全可靠。對提高生產 效率，有效延長核電站蒸汽發生器的使用壽命，降低生產成本具有十分重要的經濟意義。
權利要求
一種核電站蒸汽發生器防震條端板材料，其特徵在於，按重量百分比計算，所含成分如下C0.003-0.08％；Si0.1-0.4％； Mn0.3-0.8％；P≤0.015％； S≤0.01％； Cr14-17％；Ni72-78％；Cu0.05-0.5％；Ti0.05-0.5％；Al0.05-0.5％； Fe6-10％；Xt0.01-1.0％；餘量為不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的一種核電站蒸汽發生器防震條端板材料，其特徵在於，Si、 Mn、Cr、Ni、Cu、Ti、Al、Fe 的純度大於 98%，粒度為 20_50um。
3.根據權利要求1所述的一種核電站蒸汽發生器防震條端板材料，其特徵在於，所述 稀土 Xt為氟化鈰、氟化鑭的混合物，其純度大於98%，粒度為l-10um。
4.一種如權利要求1所述的一種核電站蒸汽發生器防震條端板材料的製備方法，其特 徵在於包括如下步驟1)按防震條端板材料所含成分的重量百分比計算進行原料配製 C 0. 003-0. 08% ；Si 0. 1-0. 4% ； Mn 0. 3-0. 8% ；P ^ 0. 015% ； S ^ 0. 01% ； Cr 14-17% ； Ni 72-78% ； Cu 0. 05-0. 5% ；Ti 0. 05-0. 5% ； A1 0. 05-0. 5% ； Fe 6-10% ； Xt 0. 01-1. 0% ； 餘量為不可避免的雜質；2)將按前述配製的原料裝入真空精煉爐中冶煉，精煉期溫度控制在1520°C 1580°C， 精煉時間40分鐘；3)電渣精煉，精煉期溫度控制在1520V 1580°C，熔煉電壓45-50V，熔煉電流 2600-2800A ；4)鍛造，鍛造溫度1180°C-950°C，開鍛溫度1180°C ；5)熱軋，熱軋溫度1190°C_900°C，開軋溫度1190°C ；6)正火，正火溫度950°C_1060°C，空冷時間1. 5小時；7)多道次進行拉拔一退火一拉拔，得到防震條端板材料成品。
5.根據權利要求4所述的一種核電站蒸汽發生器防震條端板材料的製備方法，其特徵 在於，步驟7)中所述的拉拔採用單車進行。
6.根據權利要求4所述的一種核電站蒸汽發生器防震條端板材料的製備方法，其特徵 在於，步驟7)中所述的退火，其退火溫度為950°C -1050°C，退火保溫1小時。
7.根據權利要求4所述的一種核電站蒸汽發生器防震條端板材料的製備方法，其特 徵在於，步驟2)中所述的配製的原料裝入真空精煉爐中冶煉，其裝料順序為碳C-純鐵 Fe-金屬鉻Cr-鎳板Ni-矽Si-錳Mn-銅Cu-鋁AL-鈦Ti，所述稀土 Xt在出爐前5分鐘內 一次加入鋼液中充分攪拌均勻。
全文摘要
本發明公開了一種核電站蒸汽發生器防震條端板材料及其製備方法，涉及壓水堆核島CPR1000蒸汽發生器防震條端板材料。按重量百分比計算，所含成分為C0.003-0.08％；Si0.1-0.4％；Mn0.3-0.8％；P≤0.015％；S≤0.01％；Cr14-17％；Ni72-78％；Cu0.05-0.5％；Ti0.05-0.5％；Al0.05-0.5％；Fe6-10％；Xt0.01-1.0％；餘量為不可避免的雜質。該防震條端板材料的製備方法原料配製、真空精煉爐冶煉、電渣精煉、鍛造、熱軋、正火、多道次進行(拉拔→退火→拉拔)，得到防震條端板材料成品。本發明所設計的核電站蒸汽發生器防震條端板材料成分設計合理，具有優良的耐腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性及可加工性能；對提高生產效率，有效延長核電站蒸汽發生器的使用壽命，降低生產成本具有十分重要的經濟意義。
文檔編號C22C1/02GK101851714SQ201010183930
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月27日 優先權日2010年5月27日
發明者華大鳳, 王樹平 申請人:江蘇新華合金電器有限公司