专利名称：树脂砂铸造大厚壁超低碳奥氏体不锈钢弯管工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种炉管的冶炼工艺，特别是涉及到一种核电厂用大口径厚壁弯管道的制作工艺。
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，其中压水堆核电站主管道连接反应堆压力容器，主蒸发器和主泵，组成一个环路，在主泵的驱动下，冷却剂在环路中循环流动，将核裂变产生的热量带出并传递给主蒸发器。主管道是保持冷却剂压力边界完整性的重要组成部分，其安全等级为核安全一级，弯管则是主管道的重要组成部分。近年来，热轧技术取得了很大的进步，奥氏体不锈钢铸造过程中，从钢液开始结晶到凝固完成，液、固并存的温度区间较大，因此结晶过程中不合理的凝固，极易造成制品内部的缩孔和缩松、气孔、夹渣等缺陷。奥氏体不锈钢导热率小，膨胀系数又大，往往产生大的收缩应力，而奥氏晶界的结合力相对较底，因而在结晶过程中常常出现热裂纹，如有S、P等有害元素的低熔点共晶体在晶界上析出，将增加热裂纹的敏感性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无偏析、耐磨性好，同时减少制品内部的缩孔和缩松、气孔、夹渣等缺陷，并使产品的纯洁度得到提高的奥氏体不锈钢弯管工艺。
本发明是这样实现的一种碱性苯酚树脂砂铸造大厚壁超低碳奥氏体不锈钢弯管生产方法，其特征在于包括下列步骤①采用中频炉+AOD炉精炼的双联冶炼工艺，冶炼CF8MModify超低碳、控氮奥氏体不锈钢，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AOD炉一步脱碳；AOD炉二步还原；AOD炉三步调整成分，AOD炉出钢温度1600-1630℃。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，出钢温度1600℃～1630℃；②将型砂和泥芯烘干，在其内壁和泥芯外表面喷涂耐一层油溶性涂料，点火烧干，再喷涂耐二层油溶性涂料，每喷一次点火烧干一次，使涂料厚度达到2-3mm。该油溶性涂料满足合适的酸碱度匹配，从而杜绝制品表面产生浸入性气孔等缺陷。具有足够高的耐火度，高温强度，悬浮性、发气性和涂布性，确保涂层的均匀性。
选用的造型材料为碱性苯酚树脂砂，具有高的耐热度、高温强度、导热系数、蓄热性和透气性。
③采用底注法、开放式、大流量、低流速的浇注系统使钢水平稳充型；浇注系统和浇注工艺能有效调节各部位的温度分布、浇注系统的温度梯度以确保铸件的顺序凝固；使钢液在相对静止状态下确保金属液面在型腔内有合适的上升速度，从而得到轮廓完整、清晰的弯头部件；提高钢液的纯洁度并最大限度降低偏析及保证制品的致密性。浇注温度1500℃-1570℃。
浇注系统的结构和选用的材料具有足够的高温强度和低抗钢液的冲刷能力，同时具备有良好的除渣功能，能阻挡夹渣进入铸型腔。
浇注系统结构应简单、紧凑、流畅，保证液态金属以最短距离，最合理的时间充满铸型型腔。
选用的造型材料碱性苯酚树脂砂具有高的耐热度、高温强度、导热系数、蓄热性和透气性。
另外在浇注系统结构中设置了若干个冒口，其位置、形状，尺寸和数量及间隔设置设计时已考虑到冒口的设置已充分考虑到有效的补缩区域范围，有畅通的补缩道以确保钢液能定向流动应补缩的区域；有足够的补缩压力，在弯管凝固过程中，冒口中的钢液一直处于正压力状态，即使弯管凝固终了时，冒口内仍有一定的残余液态的压头；冒口材料有足够的绝热性能，以达到上述目标并保证弯管铸件的顺序凝固。
④在300-400℃下脱模；⑤产品经过1050-1150℃温度固溶热处理。固溶处理是大口径厚壁奥氏体不锈钢弯管制造过程中的重要工序之一。试验研究表明，在1200℃时，碳在奥氏体中的溶解度为0.14％，在600℃时仅为0.08％。固溶热处理的目的是将制品加热到1050℃～1150℃温度并恒温，让碳充分溶解在奥氏体中，保温时间以每25mm厚度一小时计算，然后急速冷却，以避免碳化物析出，防止类似晶间腐蚀这样的选择性腐蚀。固溶处理温度是按任务书的规定进行的，四只热电偶在炉膛内均布，其温度偏差＜±10℃，淬火池水温低于34℃。
采用本发明所述工艺铸造的弯管道产品性能指标(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＝15.2Mpa，(5)运行温度T＝316℃(6)设计压力P＝17.15Mpa(7)设计温度T＝350℃
(8)水压试验压力Pt＝21.5Mpa(9)设计寿命Y＝40年(10)弯头外径＝893mm(11)弯头内径＝695mm(12)内圆偏心(外侧)δ＝11mm(13)弯头曲率半径R＝1300mm(14)弯头材料选用ASME SA-351CF8M Modf奥氏体不锈钢弯管道产品的性能试验结果1.弯管道产品试制规格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.大壁厚90°弯管的δ铁素体含量测定用浇包及成品的化学分析结果按Schaeffer图测定δ铁素体含量，其δ铁素体含量在15％～18％。
Schaeffer图中纵、横坐标的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查Schaeffer图，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查Schaeffer图，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查Schaeffer图，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查Schaeffer图，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查Schaeffer图，得δ铁素体量为18％3.从大壁厚90°弯管截取试样的常温和高温拉伸试验从大壁厚90°弯管截取试样进行了常温和高温拉伸试验，其结果见表2
表2，常温和高温拉伸试验结果
4.从大壁厚90°弯管截取试样的夏比冲击韧性试验从弯头截取试样进行了夏比冲击试验，试验结果见表3表3夏比冲击韧性试验结果
5.从大壁厚90°弯管截取试样的晶间腐蚀试验从90°弯管制品截取的试样经725±10℃得敏化处理后，按ASMEA-262方法进行了.晶间腐蚀试验，未发现晶间腐蚀痕迹。
6.从弯管截取横截面环状试样的宏观浸蚀试验从弯头的一端，截取了横截面环状试样，按ASTME340规定进行了宏观浸蚀试验。
大家知道，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。从弯头端部截取的横截面环状试样宏观侵蚀照片，可以看出整个平面宏观组织均匀、致密、目视检查无缺陷显示，由此可见，大壁厚90°弯管的铸造是成功的。7.90°弯头的内外表面目视及渗透检查按标准要求，对大壁厚90°弯管内、外表面进行目视及100％渗透探伤检查，①工件表面粗糙度Ra≤6.3μm②采用试剂清洗剂 型号HG-Z9952；渗透剂 型号HG-Z9952；显像剂 型号HG-Z9952。
③灵敏度试块检验灵敏度≤5μm。
检验结果①未发现长度大于4.7mm线性缺陷迹显；②未发现尺寸大于4.7mm的圆形缺陷迹显；③任意面积为3870mm2的区域内，未发现有10个以上的缺陷。
④在铸件表面未发现裂纹迹显。
大壁厚90°弯管的内外表面目视及渗透检查结果，符合标准规定。
权利要求
1.一种碱性苯酚树脂砂铸造大厚壁超低碳奥氏体不锈钢弯管生产方法，其特征在于包括下列步骤①采用中频炉+AOD炉精炼的双联冶炼工艺，冶炼CF8MModify超低碳、控氮奥氏体不锈钢，出钢温度1600℃～1630℃；②将型砂和泥芯烘干，在所述的型砂内壁和泥芯外表面至少喷涂一层油溶性涂料，并点火烧干；③采用底注法、开放式、大流量、低流速的浇注系统使钢水平稳充型，浇注温度1500℃-1570℃；④在300-400℃下脱模；⑤产品经固熔热处理。
2.一种碱性苯酚树脂砂铸造大厚壁超低碳奥氏体不锈钢弯管生产方法，其特征在于在所述的型砂内壁和泥芯外表面喷涂三层油溶性涂料，涂一次并点火烧干一次，使涂料厚度达到2-3mm。
3.一种碱性苯酚树脂砂铸造大厚壁超低碳奥氏体不锈钢弯管生产方法，其特征在于浇注系统的温度梯度以确保铸件的顺序凝固。
4.一种碱性苯酚树脂砂铸造大厚壁超低碳奥氏体不锈钢弯管生产方法，其特征在于在所述的型砂上设置有补缩作用的冒口，在浇注凝固前能补给部分金属液体。
5.一种碱性苯酚树脂砂铸造大厚壁超低碳奥氏体不锈钢弯管生产方法，其特征在于选用的造型材料为碱性苯酚树脂砂。
全文摘要
本发明公开了一种核电厂用奥氏体不锈钢大口径厚壁核弯管道的制作工艺。采用中频炉+AOD炉精炼的双联冶炼工艺，冶炼CF8MModify超低碳、控氮奥氏体不锈钢，出钢温度1600℃～1630℃。采用底注法、开放式、大流量、低流速的浇注系统使钢水平稳充型；浇注系统和浇注工艺能有效调节各部位的温度分布、浇注系统的温度梯度以确保铸件的顺序凝固，并提高钢液的纯洁度并最大限度降低偏析及保证制品的致密性。最后将产品进行固溶热处理，其目的是让碳充分溶解在奥氏体中，然后急速冷却，以避免碳化物析出，防止类似晶间腐蚀这样的选择性腐蚀。
文档编号B22D11/16GK1827818SQ20061003911
公开日2006年9月6日 申请日期2006年3月28日 优先权日2006年3月28日
发明者王子龙, 顾朝冰, 何纪海, 和仲祥, 张彬 申请人:江苏标新集团有限公司