专利名称：离心铸造高合金炉管双联冶炼工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种离心铸造炉管，特别是涉及到一种核电厂用离心铸造高合金炉管的制作工艺。
背景技术：
随着经济快速发展，人民生活水平不断提高。用电需求越来越大，但国内煤炭贮存量越来越少。而火力发电对环境污染也很大，这就必须有一种新能源来代替——核能发展。核能发电国家制定长远发展规划(2005年～2020年)。目前，压水堆核电站是目前国内已建或在建的主要核电厂之一，而压水堆冷却剂主管道是压水堆核电站的关键设备之一。近年来，热轧技术取得了很大的进步，国内正在用离心铸造轧辊的生产方法开发高性能的合金炉管，以满足核电的需要，离心铸造轧辊生产方法与连续铸造复合法(中国专利CN1280042)、电渣重熔法(中国专利CN1157192)等相比较，具有设备投资少，生产成本低，操作方法简便，产品质量稳定等优点。但是，核电用合金炉管中含有较多的W、Cr、Mo、V等合金元素，而这些元素及其形成的碳化物密度差别很大，在普通的离心铸造条件下，合金炉管中合金元素偏析严重，外层V含量低，而W、Mo含量高，内层正好相反，这样严重影响了炉管的耐磨性；原料成本高；产品的纯洁度较低；产品中氧、硫化物夹杂较多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无偏析、耐磨性好，同时降低原料成本，使产品的纯洁度得到提高的离心铸造合金炉管的制造方法。
本发明是这样实现的采用双联离心铸造冶炼工艺制造离心铸造合金炉管，由中频炉提供半钢水，用浇包运送半钢水给AOD炉、然后用三步法进行精炼，给离心铸管及砂型铸造提供纯净的钢液，从而保证产品性能达到主管道产品技术条件所规定的要求。
1.中频炉用炉料高碳铬铁；2号镍；钼铁；硅铁；锰铁；废钢，出钢温度1600～1650℃；2.AOD炉一步脱碳；3.AOD炉二步还原；4.AOD炉三步调整成分，AOD炉出钢温度1600-1630℃。
双联冶炼工艺的目标材料ASME SA-451 CPF8M Modf，其化学成分为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％；其余为Fe。
本发明与现有技术相比具有如下优点1.双联冶炼工艺可使用更经济原料不使用微碳铬铁乃至金属铬，而可以使用中碳或高碳铬铁；不使用1号金属镍(99.99％镍)而可以用2、3号镍或镍铁；不使用微碳纯铁生产超低碳不锈钢。
2.双联冶炼工艺可冶炼超低碳不锈钢，同时能降低铬的损耗；3.双联冶炼工艺可提高不锈钢的纯洁度a.双联冶炼工艺可生产低(S＜0.030％)的不锈钢，从而为厚壁管焊接时避免热裂的发生；b.双联冶炼工艺可降低氧、硫化物夹杂。c.双联冶炼工艺可降低钢中的氧含量为40～70ppm。
d.双联冶炼工艺可降低钢中的氢含量在2～4ppm之间，有效地避免离心铸管、铸件制品出现针孔缺陷。
e.双联冶炼工艺可控不锈钢的氮含量当需要生产可控氮不锈钢时，其氮含量控制在0.01～0.025％；当要求生产含氮不锈钢时，可生产几乎是过饱和氮含量的不锈钢产品。
采用双联工艺铸造的主管道直管产品性能指标①安全等级核安全一级；②质量等级QA1级；③抗震类别I类；④运行压力P＝15.2Mpa；⑤运行温度T＝315℃；⑥设计温度T＝350℃；⑦设计压力P＝17.15Mpa；⑧水压试验压力P＝21.5Mpa；⑨设计寿命Y＝40年⑩选用材料ASME SA-451 CPF8M Modf双联工艺铸造的主管道直管段的性能试验结果1.主管道直管段试制件规格Φ840×72.5×2000(mm)的化学成分分析
按技术条件的规定，管段的化学成分分析，包括从浇包中取样的化学成分分析及按任务书要求取任成品0°、90°、180°、270°方位1/4厚度成品样的化学分析，分析结果符合技术条件(见表1)。
表1 浇包及成品化学成分分析结果
2.主管道直管段的δ铁素体的测定按技术条件规定，用浇包化学成分和成品化学成分分析结果，分别计算出铬当量Creq和镍当量Nieq，求得δ铁素体含量值，所得结果均在16～18％范围内，符合技术条件中要求铁素体含量应为15～20％的。
镍和铬当量公式分别为Nieq＝％Ni+30×％C+0.5×％Mn；Creq＝％Cr+％Mo+1.5×％Si+0.5×％Nb。
试样分析结果均含有0.02％Nb
①浇包分析 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得铁素体含量为17％②从制品0°位置1/4厚度取样的1#成品试样分析结果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得铁素体含量为17％③从制品90°位置1/4厚度取样的2#成品试样分析结果得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得铁素体含量为17％④从制品180°位置1/4厚度取样的3#成品试样分析结果得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得铁素体含量为16％⑤从制品270°位置1/4厚度取样的4#成品试样分析结果得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得铁素体含量为16％经分析，上述结果均符合技术条件的规定3.主管道直管段截取试样的力学性能力学性能试样按技术条件要求在固溶热处理的制品上按取样图截取，按ASTM E8和ASTM E21标准，采用Φ10mm截面的试样进行试验，其试验结果符合技术条件的规定值(见表2)。
表2 常温及高温(350℃)拉伸试验结果
4.主管道直管段截取试样的夏比冲击韧性夏比冲击韧性试验所用试样按技术条件从固溶热处理后的直管段截取，按ASTM A370进行试验，试验结果符合技术条件的规定三个试验的平均值AKV≥80J 单个最低值AKV≥60J (见表3)表3 夏比冲击试验结果
5.主管道直管段试样的晶间腐蚀敏感性试验按技术条件截取的试样经725℃保温30分钟的恒温后在茂福炉中缓慢冷却，经研磨处理，丙酮去油后有纯净水冲洗、吹干，按ASTM A262 E法在带回流冷凝器的三角烧中煮沸24小时，经过晶间腐蚀试验的试样，在试验机上冷弯180°，未发现开裂现象。
6.主管道直管段横截面环状试样的宏观浸蚀试验按技术条件要求从经过固溶处理的直管段一端取一横截面的环状试样，按ASTM E340进行了宏观浸蚀，横截面组织均匀、致密未发现任何缩孔、气泡乃至裂纹等缺陷，符合技术条件的要求。双联工艺铸造的主管道90°弯头的性能试验结果1.90°弯头技术参数①安全等级核安全一级
②质量等级QAI级③抗震类别I类④运行压力P＝15.2Mpa⑤运行温度T＝316℃⑥设计压力P＝17.15Mpa⑦设计温度T＝350℃⑧水压试验压力Pt＝21.5Mpa⑨设计寿命Y＝40年⑩弯头外径＝893mm，弯头内径＝695mm，内圆偏心(外侧)δ＝11mm，弯头曲率半径R＝1300mm2.弯头材料选用ASME SA-351 CF8M Modf，弯头的化学成分分析按技术条件的规定进行了浇包及成品的化学分析，分析结果符合技术条件的规定，结果见表4。
表4 弯头的化学成分分析结果
成品01-04为90°弯头0°、90°、180°、270°取样位置T×T/4的试样。
3.90°弯头的δ铁素体含量测定按技术条件的规定，用浇包及成品的化学分析测定δ铁素体含量，其δ铁素体含量在15％～18％。结果符合技术条件的规定。
Cr和Ni含量分别为；Nieq＝％Ni+30％C+0.5％MnCreq＝％Cr+％Mo+1.5％×％Si+0.5×％Nb(1)浇包分析结果，计算的铬和镍当量为Nieq＝10.45+30×0.02+0.5×0.93＝11.5Creq＝19.40+2.23+1.5×0.85＝22.9得δ铁素体量为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铁素体量为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铁素体量为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铁素体量为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铁素体量为18％4.从90°弯头截取试样的常温和高温拉伸试验按技术条件的规定，进行了常温和高温拉伸试验，其结果符合技术条件的要求(见表5)5.从90°弯头截取试样的夏比冲击韧性试验按技术条件的规定，从弯头截取试样进行了夏比冲击试验，试验结果符合技术条件的规定(见表6)6.从弯头截取横截面环状试样的宏观浸蚀试验按技术条件的规定在弯头的一端，截取了横截面环状试样，按ASTME340规定进行了宏观浸蚀试验。
腐蚀是一个微观过程，在宏观范围内，被浸蚀制品的铸造组织，制品内部存在的夹渣物、缩松、微裂纹、气孔等缺陷，均可以通过侵蚀后的图象显示出来。组织的不均匀性和各项异性，以及补焊后的痕迹亦可以通过侵蚀得以显现。从弯头端部截取的横截面环状试样宏观侵蚀可以看出整个平面宏观组织均匀、致密、目视检查无任何缺陷。
7.从弯头截取试样的晶间腐蚀试验按技术条件规定，从制品截取的试样经725±10℃得敏化处理后，按ASMEA-262 E法进行了。晶间腐蚀试验，结果末发现晶间腐蚀，符合技术条件的规定。
表5 常温和高温拉伸试验结果
表6 夏比冲击韧性试验结果
权利要求
1.一种离心铸造高合金炉管双联冶炼工艺，其特征在于原料以高碳铬铁；2号镍；钼铁；硅铁；锰铁和废钢由中频炉进行加温提供半钢水，出钢温度1600～1650℃；用浇包运送半钢水给AOD炉、然后用三步法进行精炼，给离心铸管及砂型铸造提供纯净的钢液。
2.根据权利要求1所述的离心铸造高合金炉管双联冶炼工艺制造的高合金炉管，其特征在于其化学成分为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％，其余为Fe。
全文摘要
本发明公开了一种核电厂用离心铸造高合金炉管的制作工艺。原料以高碳铬铁；2号镍；钼铁；硅铁；锰铁和废钢由中频炉进行加温提供半钢水，出钢温度1600～1650℃；用浇包运送半钢水给AOD炉、然后用三步法进行精炼，给离心铸管及砂型铸造提供纯净的钢液。采用这种双联冶炼工艺一方面可使成本降低，降低铬的损耗，另一方面可提高不锈钢的纯洁度；再者该工艺可生产低(S＜0.030％＝的不锈钢)，从而为厚壁管焊接时避免热裂的发生，同时可降低产品中的氧、硫化物夹杂。
文档编号C22C38/44GK1766147SQ20051009577
公开日2006年5月3日 申请日期2005年11月22日 优先权日2005年11月22日
发明者和仲祥, 张宗良, 顾朝冰 申请人:江苏标新集团有限公司