专利名称：：百万千瓦级核电堆芯构件用钢锭的制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种钢锭的制造方法，具体涉及一种百万千瓦级核电堆芯构件用钢锭的制造方法。技术背景百万千瓦级核电堆芯构件为大型奥氏体不锈钢锻件，是影响核反应堆寿命的心脏部件。每套百万千瓦级核电堆芯包括五个构件，分别为上支承法兰、上支承板、吊篮法兰、堆芯支承板和出口管嘴，共百余吨交货重量。因其连续工作数十年不撤换，所以必须确保万无一失，以保证每个锻件在同等条件下的使用寿命相同，确保整个堆芯构件使用七十年。而在核电站运行过程中，堆芯不锈钢锻件不仅需要在高温、低压和腐蚀介质条件下工作，还要承受强烈的中子辐射，这将引起不锈钢锻件钢结构的改变，产生中子辐射脆化现象。这就要求锻件所使用的钢锭的材料必须具有极高的均匀性和纯净度、优良的耐高温性能和耐蚀性能以及强烈的抗中子辐射脆化敏感性等。钢锭的质量性能取决于其冶金质量和制造技术。而采用一般的制造方法生产的钢锭，其理化性能无法满足核电的要求，因而无法作为百万千瓦级核电堆芯构件大型奥氏体不锈钢锻件。
发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种百万千瓦级核电堆芯构件用钢锭的制造方法，使用该方法所制造出的钢锭能够满足核电对材料理化性能的要求，可作为百万千瓦级核电堆芯构件大型奥氏体不锈钢锻件使用。为解决上述技术问题，本发明百万千瓦级核电堆芯构件用钢锭的制造方法的技术解决方案为采用以下步骤用电渣重熔法制造重量为25吨以上的奥氏体不锈钢钢锭第一步，准备a、采用单相双极串联电渣重熔炉或三相双极串联电渣重熔炉；采用铜壁水冷结晶器和水冷底板；b、冶炼自耗电极，使自耗电极的成分满足下表的要求<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>c、将单支重36吨的自耗电极进行装配，每二支自耗电极配成一对;d、配比渣料采用萤石白刚玉=1.54的比例配成渣料；e、脱氧采用SiCa及Al粉进行脱氧；SiCa粉的加入量为501500g/5min;Al的加入量为501500g/5min;第二步，精炼熔铸a、造渣；将部分配比好的渣料加入结晶器底部，用石墨电极在结晶器里通电引弧；b、化渣；逐渐把渣料全部加入结晶器内，直至渣料全部化清；C、重熔；待渣料全部化清后吊出石墨电极，换上自耗电极重熔。待熔化到距自耗电极顶端50土5mm时吊出，换下一对自耗电极继续重熔，当重熔到钢锭实际重量比预定重量少2吨时，降低电功率转入末期补縮操作;电渣重熔期间的电规范操作如下表所示工序电压(V)电流(kA)造渣95122020化渣95122435重熔换自耗电极后20分钟内901202035换自耗电极20分钟后951262034补縮期93751018电渣重熔期间控制结晶器和水冷底板的出水温度不大于50°C;第三步，脱锭；电渣重熔结束后36小时脱锭，空冷后清理掉钢锭表面的渣皮。本发明可以达到的技术效果是用本发明所制造出的钢锭的理化性能优越，可满足核电对材料的要求，具有极高的纯净度和极好的均匀性、优良的耐高温性能和耐蚀性能以及强烈的抗中子辐射脆化敏感性等，可保证每个锻件均在同等条件下使用寿命相同，确保整个堆芯构件可使用七十年。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明图1是用本发明制造钢锭的示意图。图中，1自耗电极，2水冷结晶器，3渣料，4钢锭，5水冷底板。具体实施方式本发明采用电渣重熔法制造百万千瓦级核电堆芯构件用钢锭。根据核电相关技术规范的要求，百万千瓦级核电堆芯构件大型奥氏体不锈钢锻件用钢锭需达到Z3CN18-10NS材料的要求，即各项理化性能应满足如下指标:1、化学成分应满足表1的指标<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>2、机械性能应达到表2的要求:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表23、夹杂物评级为A《0.5级，B《1.0级，C《0.5级，D《1.0级；4、晶粒度《3级；5、通过RCCM标准的晶间腐蚀试验。百万千瓦级核电堆芯构件大型奥氏体不锈钢锻件用钢锭最大可达61吨，需在O1760/O1720X3700结晶器内进行熔炼。而Z3CN18-10NS材料属高合金钢，并要实现控氮。在如此大截面的结晶器内进行电渣重熔，其要求极高，必须解决以下问题(1)自耗电极的成份控制。(2)电渣重熔纯净度的控制。(3)电渣重熔均匀性的控制。(4)电渣重熔控氮的控制。(5)电渣重熔过程中晶粒度的控制。采用电渣重熔法制造重量为25吨以上的百万千瓦级核电堆芯构件用奥氏体不锈钢钢锭的具体步骤如下1、电渣重熔准备1.1、采用单相双极串联电渣重熔炉或三相双极串联电渣重熔炉。1.2、采用铜壁水冷结晶器和水冷底板，结晶器规格为01760/01720X3700，即上底直径为1760mm，下底直径为1720腿，高度为3700mm。1.3、冶炼自耗电极；自耗电极采用电弧炉+真空精炼炉方式制成，即由电弧炉熔炼热钢水，经脱硫、脱磷及合金化后倒入吹氧脱碳真空精炼炉，进行脱碳、脱氧、脱硫、脱磷和还原，成分微调达到电渣重熔用自耗电极的成分要求后浇铸成用作自耗电极的钢锭。自耗电极成分应满足表3的要求。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表3冶炼出的自耗电极尺寸为直径850mm，长度2500mm，单支重量36吨。1.4、自耗电极经化学成分复验和表面质量检査无误后进行装配，每二支自耗电极配成一对，配对的二支自耗电极长度偏差不大于5mm。1.5、配对好的自耗电极在使用前用煤气烘烤4小时以上，烘烤温度不低于600°C。1.6、配比渣料采用萤石白刚玉=1.54的比例配成渣料；例如，采用萤石950kg，白刚玉350kg配成渣料。1.7、脱氧方式采用SiCa及Al粉进行脱氧。SiCa粉的加入量为每五分钟加入501500克；Al的加入量为每五分钟加入501500克。2、精炼熔铸；2.1、造渣。将部分配比好的渣料加入结晶器底部，用石墨电极在结晶器里通电引弧。2.2、化渣。逐渐把渣料全部加入结晶器内，直至渣料全部化清。2.3、重熔。待渣料全部化清后吊出石墨电极，换上自耗电极重熔，如图l所示。待熔化到距自耗电极顶端50土5mm时吊出，换下一对自耗电极继续重熔，当重熔到钢锭实际重量比预定重量少2吨时降低电功率转入末期补縮操作。电渣重熔期间的电规范操作见表4:<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>通过控制水阀的开度，使电渣重熔期间控制结晶器和水冷底板的出水温度不大于5crc。3、脱锭。电渣重熔结束后36小时脱锭，空冷后清理掉钢锭表面的渣皮。采用本发明制造的重量为25吨以上的百万千瓦级核电堆芯构件用奥氏体不锈钢钢锭，具有极高的纯净度和极好的均匀性、优良的耐高温性能和耐蚀性能以及强烈的抗中子辐射脆化敏感性等。1、所制造的钢锭纯净度高-本发明在电渣重熔过程中，通过控制电渣重熔期间的电压电流来控制熔化速度，并采用合适的脱氧方式，从而保证制造出的钢锭有较高的氧净度和硫净度。2、所制造的钢锭均匀性好大型钢锭的冶炼特点，如熔炼时间长，熔炼区的氧化气氛强，气/渣接触较持久、电极表面氧化和一些活性元素的烧损多，脱氧任务重，熔渣的一些组元的分解以渣皮的选分结晶严重等等这些因素，对熔炼过程的物理化学反应都会产生重大影响，总之冶炼过程中控制复杂，从而增加了不小难度，加之钢锭的直径又大，控制大直径钢锭的成分偏析又是一项冶金中的难题。而电渣重熔一支数十吨重的钢锭，需用若干个炉号的自耗电极，这种以小拼大的方法的成分均匀性控制是有其特殊性，因为每个炉号的自耗电极的成分不可能做到完全一致，有的差异还是很大的，虽然自耗电极可以配对使用，但这还不能完全解决问题。本发明通过制定周密可靠的工艺，严格控制电渣重熔各阶段的电压电流，以及水冷结晶器和水冷底板的出水温度，通过强化电渣重熔过程的定向加热和定向冷却的双重作用，边熔炼边凝固，即以少量液态金属，促进定向结晶快速凝固的特点，使发生溶孔、弧拉、偏析等冶金缺陷的条件不复存在，进而获得很高的均匀性，组织致密，钢中残余的夹杂物得以高度细化和弥散。3、所制造的钢锭具有优良的耐高温性能和耐腐蚀性能大型奥氏体不锈钢锻件要保证优良的耐高温性能和耐腐蚀性能，加之又是超低碳，因此只有在钢中的氮元素达到一定含量后才能达到，具体来说氮元素的含量要控制在0.06%0.08%之间。对于重熔大型钢锭，要把氮控制在这么窄的区间内，是有难度的。本发明通过控制自耗电极的化学成分、合适的渣系，并通过控制电渣重熔各阶段的电压电流来控制重熔温度，来达到控氮的要求。4、所制造的钢锭具有强烈的抗中子辐射脆化敏感性对于大型奥氏体不锈钢锻件来说，晶粒度既是一个很重要的显微组织参数，又是一个很棘手的技术难题，解决的不好，不但影响本来就不富裕的力学性能指标，而且超声波探伤也难以透过，有的甚至连超声回波都没有，因而奥氏体不锈钢柱状晶发达、晶粒粗大，制造过程中又不发生相变，所以无法用热处理来改变其组织。本发明通过控制电渣重熔各阶段的电压电流来控制熔化速度，并加强冷却，使自耗电极熔化的钢液快速凝固，改变结晶组织，使二次枝晶的间距变小，因而可获得细晶粒的组织，使钢锭具有强烈的抗中子辐射脆化敏感性能。权利要求1、一种百万千瓦级核电堆芯构件用钢锭的制造方法，其特征在于，采用以下步骤用电渣重熔法制造重量为25吨以上的奥氏体不锈钢钢锭第一步，准备a、采用单相双极串联电渣重熔炉或三相双极串联电渣重熔炉；采用铜壁水冷结晶器和水冷底板；b、冶炼自耗电极，使自耗电极的成分满足下表的要求元素自耗电极化学成分控制(％)C≤0.035Cr18.50～20.00Ni9.00～11.00Si≤1.00Mn≤2.00S≤0.015P≤0.030Cu≤0.50Co≤0.006N0.060～0.080B≤0.0015c、将单支重3～6吨的自耗电极进行装配，每二支自耗电极配成一对；d、配比渣料采用萤石白刚玉＝1.5～4的比例配成渣料；e、脱氧采用SiCa及Al粉进行脱氧；SiCa粉的加入量为每五分钟加入50～1500克；Al的加入量为每五分钟加入50～1500克；第二步，精炼熔铸a、造渣；将部分配比好的渣料加入结晶器底部，用石墨电极在结晶器里通电引弧；b、化渣；逐渐把渣料全部加入结晶器内，直至渣料全部化清；c、重熔；待渣料全部化清后吊出石墨电极，换上自耗电极重熔。待熔化到距自耗电极顶端50+5mm时吊出，换下一对自耗电极继续重熔，当重熔到钢锭实际重量比预定重量少2吨时，降低电功率转入末期补缩操作；电渣重熔期间的电规范操作如下表所示电渣重熔期间控制结晶器和水冷底板的出水温度不大于50℃；第三步，脱锭；电渣重熔结束后3～6小时脱锭，空冷后清理掉钢锭表面的渣皮。2、根据权利要求1所述的百万千瓦级核电堆芯构件用钢锭的制造方法，其特征在于所述二支自耗电极配对的长度偏差不大于5mm。3、根据权利要求1所述的百万千瓦级核电堆芯构件用钢锭的制造方法，其特征在于所述配对好的自耗电极在使用前用煤气烘烤4小时以上。4、根据权利要求3所述的百万千瓦级核电堆芯构件用钢锭的制造方法，其特征在于所述配对好的自耗电极在使用前的烘烤温度不低于600°C。全文摘要本发明公开了一种百万千瓦级核电堆芯构件用钢锭的制造方法，采用电渣重熔法制造重量为25吨以上的奥氏体不锈钢钢锭第一步，准备采用单相双极串联或三相双极串联电渣重熔炉；采用铜壁水冷结晶器和水冷底板；将自耗电极进行装配；配比渣料；采用SiCa及Al粉进行脱氧；第二步，精炼熔铸经过造渣、化渣，待渣料全部化清后吊出石墨电极，换上自耗电极重熔。当重熔到钢锭实际重量比预定重量少2吨时，降低电功率转入末期补缩操作；第三步，脱锭。采用本发明制造的钢锭，具有极高的纯净度和极好的均匀性、优良的耐高温性能和耐蚀性能以及强烈的抗中子辐射脆化敏感性。文档编号B22D23/00GK101396728SQ20071009411公开日2009年4月1日申请日期2007年9月28日优先权日2007年9月28日发明者向大林,周天煜,朱孝渭,王克武,花小龙申请人:上海重型机器厂有限公司