核電站反應堆控制棒驅動機構12Cr13管坯的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于金屬材料制造領域，具體涉及一種核電站反應堆控制棒驅動機構驅動 桿12Cr 13管坯的制造方法。
【背景技術】
[0002] 目前，國內外均采用12Crl3長管材用于核電站控制棒驅動機構驅動桿，是核電站 反應堆的關鍵部件之一，主要作用是在需要時能夠及時、迅速、可靠地上下運動以控制燃料 控制棒的插入或抽出；核電驅動桿用12Crl3長管材的使用要求高，不僅要求7m余長管坯棒 材的質量高，具有足夠的強度、塑韌性和適當的硬度，而且直線度要求嚴格，使其制造較有 難度。目前，國內外核電驅動桿用12013長管坯棒材的制造方法主要有：1)感應爐冶煉+電 渣重熔冶煉;2)電弧爐冶煉+A0D+LF+電渣重熔冶煉。第一種冶煉方法成本較高，第二種冶煉 方法夾雜物水平差些，夾雜物水平差會直接影響成品棒材的力學性能。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明公開一種核電站反應堆控制棒驅動機構12Crl3管坯的制造方法，目的是解 決生產成本高，棒材夾雜物水平低、力學性能難以滿足核電驅動桿標準要求的問題。
[0004] 本發(fā)明技術方案是利用現有技術，采用電弧爐+LF+V0D/VHD-電渣爐重熔冶煉4 乳制成材-調質熱處理工藝，其中化學成分滿足標準要求，且各元素配比合理;冶煉過程脫 氧效果要好，以降低夾雜物級別;控制加工過程乳制比保證晶粒度;經過合理的淬火+回火 熱處理獲得較高的強度、良好的塑韌性和適宜的硬度，達到本發(fā)明的目的。
[0005] -、具體生產工藝步驟如下： ㈠ 采用電弧爐+LF+V0D/VHD爐方式冶煉自耗電極棒 1. 電弧爐：爐料由廢鋼、生鐵、本鋼返回等組成，氧化法冶煉，出鋼溫度(T)不小于1630 °C，磷不大于0.020%，鋼水經脫磷后倒入鋼包內； 2. LF爐:鋼包轉入LF爐，LF到位后加入碳粉、鋁粉脫氧，給電燒渣不小于lOmin;加入合 金料，調整成分，出鋼溫度(T)不小于1650°C，硫不大于0.020%; 3. V0D/VHD爐:鋼水扒凈初煉渣后入V0D罐，隨渣料（白灰、螢石)加入脫氧劑A1粉，鈣-硅 塊，真空脫氣壓不大于lOOPa，保持時間不小于lOmin，微調整成分至控制范圍，保持白渣，出 V0D罐取成分分析試樣，出鋼溫度(T)1570°C~1590°C ;自耗電極棒的熔煉化學成分分析結 果應符合表1規(guī)定。
[0006] 表1自耗電極棒的熔煉化學成分
4.自耗電極澆注:下注法澆鑄自耗電極錠，電極鑄錠尺寸規(guī)格為Φ 470mm，澆注過程采 用氬氣保護。
[0007] (二)自耗電極錠電渣重熔冶煉成電渣錠 1.電渣重熔準備:采用雙支臂電渣重熔爐，水冷結晶器，結晶器規(guī)格為Φ 610mm; 2 ·配制渣料:渣系CaF2:AI2O3:Mg0=65:30:5，渣量36kg; 3. 造渣化渣:將本鋼種底墊放入結晶器底部，用石墨電極在結晶器內通電起弧，將配 好的渣料加入結晶器內； 4. 重熔:待渣料全部熔化后吊出石墨電極，調整電力參數:控制電流11000A~13000A、 電壓56V~67V; 5. 電渣錠脫錠：電渣重熔結束20min~40min后脫電渣鑄錠，罩冷不小于96h，不退火； 取樣分析化學成分，電渣錠的化學成分應符合表2規(guī)定。
[0008] 表2電渣錠的化學成分
㈢電渣錠乳制生產棒材 1. 加熱:化學成分合格的電渣錠在均熱爐中加熱，加熱溫度按1190°c~1200°C; 2. 乳制開坯:采用850乳機乳制電渣錠開坯； 3. 棒坯退火:坯料乳后送退火，退火溫度860°C~880°C; 4. 修磨棒坯:退火出爐的棒坯表面進行修磨處理； 5. 棒坯加熱:修磨合格的棒坯在加熱爐中加熱，加熱溫度 1100。。~1140。。； 6. 棒還成材:還料采用連乳機乳制長管還棒材尺寸：Φ50mmX7.6m; 7. 成品棒材退火:成品棒材采用連續(xù)式退火爐退火，退火溫度820°C~860°C。
[0009] (四)采用連續(xù)式加熱爐對成品棒材進行淬火+回火熱處理 1. 棒材淬火:采用連續(xù)式淬火爐進行淬火處理，淬火溫度950°C~1000°C; 2. 淬火冷卻:成品棒材出淬火爐后采用水-空交替方式冷卻； 3. 棒材回火:采用連續(xù)式回火爐進行回火生產，回火溫度595°C~760°C; 4. 回火冷卻:棒材出回火爐后采用空冷； 5. 矯直:淬火+回火完成后對棒材進行矯直，保證棒材的直線度； 6. 棒材去應力回火:采用連續(xù)式回火爐進行去應力回火熱處理，去應力回火溫度580 °C~733°C，棒材出回火爐后采用空冷； 7. 棒材削皮:棒材熱處理完成后進行削皮，削皮后棒材的尺寸應滿足合同要求。
[0010] 二、核電站反應堆反應堆控制棒驅動機構驅動桿長管坯棒材性能標準要求 (-)力學性能 淬火+回火熱處理后試樣檢驗力學性能，應滿足使用標準要求見表3; 表3試樣力學性能 ........................:..............................、..........................τ..............................c................................................................................... my.......................^ ?磁?生酡
12Crl3長管坯棒材試樣在磁場強度H=7958A/m時，磁導率可接受范圍μ=170Χ10-6H/m ~210X10-6H/m〇
[0011] 三、本技術方案的發(fā)明點 ㈠ 控制煉鋼工藝的關鍵環(huán)節(jié) 鋼液的純凈度是影響管坯力學性能的重要因素之一，煉鋼期間應減少形成夾雜物成分 含量，而化學成分是影響管坯磁性能的一個主要因素，所以，在煉鋼期間嚴格控制好以下工 藝環(huán)節(jié)： ① 電弧爐:氧化法冶煉，出鋼溫度(T)不小于1630°C，磷不大于0.020%，鋼水經脫磷； ② LF爐：LF到位后加入碳粉、鋁粉脫氧，給電燒渣不小于lOmin，氧化物充分上浮，加 入合金料準確調整成分，出鋼溫度(T)不小于1650°C，硫不大于0.020%; ③ V0D/VHD爐：鋼水扒凈初煉渣后入V0D罐，隨渣料（白灰、螢石）加入脫氧劑A1粉，鈣_ 硅塊，真空脫氣壓不大于lOOPa，保持時間不小于lOmin，微調整成分至控制范圍，保持白渣， 出鋼溫度(T)1570°C~1590°C;低溫澆注去夾雜。
[0012] ㈡控制電渣重熔工藝的關鍵環(huán)節(jié) 再次提高鋼液純凈度，防止鋼錠偏析，需控制好以下電渣重熔冶煉工藝環(huán)節(jié)： ① 結晶器規(guī)格為Φ 610mm; ② 采用三元渣系 CaF2: AI2O3: Mg0=65:30:5，渣量 36kg。
[0013] ③重熔控制電流10000A~13000A、電壓58V~63V; ④ 電渣重熔結束20min~40min后脫電渣鑄錠，罩冷不小于96h，不退火。
[0014] ㈢控制乳制工藝的關鍵環(huán)節(jié) 合理的加熱溫度和乳制比是管坯晶粒度的保證，需控制好以下乳制工藝環(huán)節(jié)： ① 電渣錠加熱溫度按1190°C~1200°C; ② 采用850乳機乳制電渣錠開190mm方坯； ③ 坯料乳后送退火，退火溫度860°C_880°C，保溫時間不小于12h; ④ 退火出爐的棒坯進行表面修磨處理； ⑤ 修磨后的棒坯加熱溫度1140°C~1150°C; ⑥ 成品棒材采用連續(xù)式退火爐，退火溫度830°C~850°C，保溫3h~6h。
[0015] (四)控制調質工藝的關鍵環(huán)節(jié) 合理的淬火溫度、回火溫度和保溫時間能夠得到很好的強度和塑韌性匹配，需控制以 下調質環(huán)節(jié)： ① 棒坯采用連續(xù)式淬火爐進行淬火處理，淬火溫度950°C~1000°C，保溫至少1.5h; ② 成品棒材出淬火爐后采用水-空交替方式冷卻。淬水前水溫不大于50°C; ③ 采用連續(xù)式回火爐進行回火生產，回火溫度595°C~760°C，保溫至少2h，棒材出回火 爐后采用空冷； ④ 棒材采用連續(xù)式回火爐進行去應力回火處理，去應力回火溫度 580°C~733°C，保溫至少2h，出回火爐后空冷。
[0016] 本發(fā)明有益效果是:采用電弧爐+LF+V0D/VHD-電渣爐重熔冶煉4乳制成材-調 質熱處理制造低成本、高質量的12Crl3長管坯棒材，使其性能滿足核電站反應堆控制棒驅 動機構驅動桿標準要求。
【具體實施方式】
[0017]下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0018]下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0019] 實施例1~實施例4 實施例1~實施例4采用同一工藝流程：電弧爐+LF+V0D/VHD+模鑄（自耗電極棒Φ 470mm)-電渣爐重熔冶煉（電渣錠Φ610πιπι)4乳制成材-調質熱處理。在該工藝流程中，實 施例1~實施例4采用的相同工藝步驟如下： 1. 采用電弧爐+LF+V0D/VHD+模鑄生產自耗電極鑄錠； ① 爐料組成：由廢鋼、生鐵等組成，氧化法冶煉； ② 自耗電極澆注:下注法澆鑄成自耗電極鋼錠，電極鋼錠尺寸規(guī)格為Φ 470 mm; 2. 電極棒經化學成分檢驗和表面清理后進行電渣重熔，每1支電極搭配冶煉1支Φ 610mm電渣錠； ① 電渣重熔準備:采用單支臂電渣重熔爐，水冷結晶器，結晶器規(guī)格為Φ 610/600mm， 即上底直徑為Φ 610mm，下底直徑為Φ 600mm; ② 配制渣料:采用三元渣系CaF2: Al2〇3: Mg0=65:30:5，渣量36kg; ③ 造渣化渣:將本鋼種底墊放入結晶器底部，用石墨電極在結晶器內通電起弧，將配 比好的渣料均勻地加入結晶器內，直至渣料全部熔化； ④ 電渣錠脫錠:調整電力參數轉入充填補縮操作，充填時間25 min~30min;電渣重恪 結束20min~30min后脫電渣鑄錠，罩冷96h，不退火。
[0020] 3.化學成分合格的電渣錠采用乳制工藝生產管坯棒材； ① 電渣錠加熱:化學成分合格的電渣錠在均熱爐中加熱； ② 電渣錠乳制開坯:采用850乳機乳制電渣錠，電渣錠開坯尺寸190_方； ③ 棒坯退火:棒坯乳后送退火，退火溫度870°C，保溫15h; ④ 修磨棒坯:退火出爐的棒坯表面若不好，需進行表面修磨處理。然后乳制成材。
[0021] 4.采用連續(xù)式加熱爐對成品棒材進行淬火+回火熱處理； ① 棒材淬火:棒材裝淬火爐前進行矯直，平整擺放，采用連續(xù)式淬火爐進行淬火生產； ② 淬火冷卻:棒材出淬火爐后立即采用水-空交替方式冷卻； ③ 棒材回火:裝回火爐的棒材平整擺放，采用連續(xù)式回火爐進行回火生產； ④ 回火冷卻:棒材出回火爐后采用空冷，冷卻至室溫； ⑤ 矯直:棒材經過淬火+回火完成后進行矯直，保證管棒材的直線度； ⑥ 棒材去應力回火:采用連續(xù)式回火爐進行去應力回火，出回火爐后采用空冷； ⑦棒材削皮:熱處理完的棒材表面氧化鐵皮較多，需要進行削皮，削皮后管坯的尺寸 應滿足合同要求。
[0022] 實施例1 1. 煉鋼工藝 ① 電爐工藝 出鋼溫度(T) 1677°C，磷含量為0.007%，鋼水經脫磷后倒入鋼包內； ② LF爐:鋼包轉入LF爐，LF到位后加入碳粉脫氧，給電燒渣20min，加入合金料，調整成 分，出鋼溫度(T ) 1678°C，硫含量為0.010%; ③ V0D/VHD爐:鋼水扒凈初煉渣后入V0D罐，隨渣料（白灰、螢石)加入脫氧劑鋁粉50kg， 真空脫氣壓強l〇〇Pa，保持時間15min;微調整成分至控制范圍，出鋼溫度(T)1580°C;取樣分 析恪煉化學成分，電極棒化學成分見表4; 2. 電渣重熔工藝 ① 調整電力參數：電流12060