热锻造用不锈钢和用于该钢的热锻造方法_2

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由此对得到的铸锭2进行热锻造。
[0145] 为了得到所需的大尺寸部件,铸锭2具有几十吨的重量,尤其具有大于50吨的重 量,并且更具体地具有大于100吨的重量。为了生产设置有分支连接点的核反应堆锅炉的 主入口分支或出口分支,通常使用超过150吨的铸锭,尤其是约170吨的铸锭。
[0146] 在图1所示的实例中,铸锭2是直径D为约2566mm且高度为约3735mm的截锥形。
[0147] 热加工工艺包括:将铸锭2加热至1050°C和1300°C之间的初始温度,并且以连续 的步骤对铸锭进行热锻造以得到锻造件,该锻造件形成待得到的部件的坯料4。
[0148] 图1示出热锻造的不同步骤。最终得到的坯料4的形状为直径变化的细长元件。 例如,直径在1050mm和2000mm之间变化。
[0149] 制造工艺最后包括机械加工步骤,由此对坯料4进行机械加工以例如在坯料4中 形成管道,尤其是形成主管道和通向主管道的支管道。考虑到部件的尺寸,机械加工通常需 要数天。
[0150] 图2示出热锻造过程中坯料的温度相对于时间的函数。第一曲线Cl示出坯料中 心处的温度趋势,曲线C2示出坯料四分之一深度处的温度趋势,曲线C3示出坯料一半深度 处的温度,而曲线C4示出表面处的温度。
[0151] 对重约几十吨的特别重的铸锭的热锻造操作持续很长一段时间。通常这些操作持 续大于24小时,尤其是大于48小时,并且在某些情况下为约10天。
[0152] 由于在整个锻造过程中坯料逐渐冷却,所以如果它的温度降得太低,则对它进行 再加热。
[0153] 因此,此热锻造可以以交替包括其间坯料4冷却的热加工步骤El和其间坯料被加 热的再加热步骤E2的多步骤进行。图2示出各自之后进行再加热步骤的两个锻造步骤。
[0154] 该温度介于再加热温度和锻造结束时的温度之间,再加热温度为约1050°C至 1300°C,锻造结束时的温度随部件的厚度而变化并且在表面处(曲线C4)可为约700°C。
[0155] 在这些热锻造操作过程中,不锈钢被保持在高温下且经历很长一段时间,这可导 致难以控制的不锈钢微结构的不可逆变化,导致不能确定得到的部件符合规格并能经受超 声测试。
[0156] 尤其是,保持在高温下很长一段时间促进晶粒生长。尺寸过大的晶粒影响制造结 束时钢的机械性能和部件的机械性能。此外,过大的晶粒与尤其是核反应堆锅炉的部件所 需的超声测试不相容。
[0157] 在本发明的方法中使用的不锈钢是热锻造的、微合金化的、奥氏体的不锈钢,以 wt %计具有以下组成:
[0158] 16. 0%^ Cr ^ 25.0% ;
[0159] 8. 0%^ Ni ^ 25.0% ;
[0160] 痕量彡 Mo 彡 6.0%;
[0161] 痕量彡 C 彡 0.08%;
[0162] 痕量彡 Si 彡 1.0%;
[0163] 痕量彡 Mn 彡 3.0%;
[0164] 痕量彡 P 彡 0.04%;
[0165] 痕量彡 S 彡 0.03%;
[0166] 痕量彡 Cu 彡 2.0%;
[0167] 痕量彡N彡0? 1% ;
[0168] 痕量彡V彡0? 3% ;
[0169] 痕量彡 Ti 彡 0.3%;
[0170] 痕量彡 B 彡 0.005%;
[0171] 痕量彡W彡3.0%;
[0172] 0. 015%^ Nb ^ 0. 100%,
[0173] 其余为铁和不可避免的制造杂质。
[0174] 这种奥氏体的不锈钢具有良好的机械性能,尤其具有令人满意的屈服强度,同时, 即使保持在高温下经历很长一段时间进行热锻造,也能避免晶粒生长。
[0175] 含量为16wt %以上的铬(Cr)赋予钢以不锈性质。它产生保护钝化膜。25wt %以 下的铬含量能限制将使不锈钢变弱的金属间相的出现。
[0176] 钼(Mo)也赋予钢以不锈特性。钼有助于钝化膜的形成,并且增强此膜。尤其是, 它提高耐孔蚀性。6wt%以下的含量防止能使不锈钢变弱的金属间相的出现。
[0177] 铜(Cu)增强耐腐蚀性。它具有稳定钝化膜的作用。
[0178] 镍(Ni)促进奥氏体结构的出现。8wt%以上的含量能得到具有良好机械性能、尤 其是屈服强度和延伸率之间非常良好的折衷的奥氏体钢。25wt%以下的含量能得到铬和镍 之间的平衡,同时限制昂贵元素镍的含量。
[0179] 锰(Mn)能捕集硫沉淀物形式的硫。它还促进奥氏体结构的出现,并且能限制镍含 量。
[0180] 钨(W)具有与钼相同的功能。钨是可选的。除钼之外,使用钨能限制钼的含量。含 量为0. 5wt%以上的钨对耐腐蚀性具有显著效果。
[0181] 碳(C)的存在是不可避免的。O.OSwt %以下、优选0.05 %以下的含量能限制铬碳 化物的形成,铬碳化物消耗铬的金属基体并降低耐腐蚀性。它也限制铌(Nb)碳氮化物的形 成,尤其是在凝固(主要碳氮化物)结束时,这具有使机械性能变差的风险。
[0182] 氮(N)的存在是不可避免的。将氮限制至0. lwt%以下的含量能限制碳氮化物的 过量形成,尤其是银碳氮化物的过量形成。
[0183] 硅(Si)、磷⑵和硫⑶是不可避免的,它们来自炼钢的工艺。
[0184] 铌(Nb)能限制晶粒生长。已经观察到,铌降低锻造(动态再结晶)期间以及再加 热阶段(静态再结晶)期间钢的热再结晶速率。此外,铌降低在锻造钢时保持在高温下很 长一段时间过程中的晶粒生长速率。考虑到大尺寸锻造部件的制造时间(通常为数天),这 种对晶粒尺寸的调节作用是非常有利的。
[0185] 0.015wt%以上的铌含量能令人满意地限制热锻造期间的晶粒生长,尤其是当热 锻造重为几十吨的钢铸锭时。有利地,铌含量为〇. 030wt%以上。
[0186] 如果铌含量过高,则有形成大尺寸的铌碳氮化物沉淀物的风险,尤其是在铸锭凝 固结束时。这样的沉淀物具有使钢的机械性能变差的风险。
[0187] 将铌含量限制为0. lOOwt%能通过限制铌碳氮化物沉淀物的形成来得到令人满意 的晶粒精炼。铌含量优选为〇. 050%以下。
[0188] 在一个【具体实施方式】中,铌含量为0. 030%和0. 050%之间,这能得到令人满意的 晶粒精炼,同时保留钢的机械性能,尤其是它的屈服强度。在一个优选的实施方式中,铌含 量为0. 035%和0. 045%之间。在一个【具体实施方式】中,铌含量为约0. 040%。
[0189] 钒(V)和钛(Ti)是形成碳化物的元素,可引起捕集碳并且限制铬碳化物的形成的 钒碳化物或钛碳化物的沉淀。这样的沉淀物的形成提高不锈钢的机械性能,尤其是屈服强 度(Rm)。含量为0.05wt%以上的钒具有显著效果。含量为0.02wt%以上的钛具有显著效 果。
[0190] 硼⑶能改善钢的机械性能,尤其是它的屈服强度。含量为0. 〇〇15wt%以上的硼 具有显著效果。
[0191] 在一个实施方式中,不锈钢以wt%计具有以下组成:
[0192] 17. 0%^ Cr ^ 19.0% ;
[0193] 8. 0%^ Ni ^ 10.0% ;
[0194] 痕量彡 Mo 彡 6.0%;
[0195] 痕量彡 C 彡 0.08%;
[0196] 痕量彡 Si 彡 1.0%;
[0197] 痕量彡 Mn 彡 2.0%;
[0198] 痕量彡 P 彡 0.04%;
[0199] 痕量彡 S 彡 0.03%;
[0200] 痕量彡 Cu 彡 2.0%;
[0201] 痕量彡N彡0? 1% ;
[0202] 痕量彡V彡0.3%;
[0203] 痕量彡 Ti 彡 0.3%;
[0204] 痕量彡 B 彡 0.005%;
[0205] 痕量彡W彡3.0%;
[0206] 0. 015%^ Nb ^ 0. 100% ;
[0207] 其余为铁和不可避免的制造杂质。
[0208] 这种不锈钢相当于根据AISI (美国钢铁协会)标准的304型钢。
[0209] 在一个实施方式中,不锈钢以Wt %计具有以下组成:
[0210] 18%^ Cr ^ 20% ;
[0211] 8%^ Ni ^ 12% ;
[0212] 痕量彡 Mo 彡 6.0%;
[0213] 痕量彡 C 彡 0.03%;
[0214] 痕量彡 Si 彡 1.0%;
[0215] 痕量彡 Mn 彡 2.0%;
[0216] 痕量彡 P 彡 0.04%;
[0217] 痕量彡 S 彡 0.03%;
[0218] 痕量彡 Cu 彡 2.0%;
[0219] 痕量彡N彡0? 1% ;
[0220] 痕量彡V彡0.3%;
[0221] 痕量彡 Ti 彡 0.3%;
[0222] 痕量彡 B 彡 0.005%;
[0223] 痕量彡W彡3.0%;
[0224] 0. 015%^ Nb ^ 0. 100%,
[0225] 其余为铁和不可避免的制造杂质。
[0226] 这种不锈钢相当于根据AISI (美国钢铁协会)标准的304L型钢。它的组成不同 于304等级的钢的组成,尤其是由于它的碳含量较低。304L等级的钢与304钢相比具有更 高的耐腐蚀性。
[0227] 在一个实施方式中,不锈钢以wt %计具有以下组成:
[0228] 16. 0%^ Cr ^ 18.0% ;
[0229] 10. 0%^ Ni ^ 12. 5% ;
[0230] 2. 0%^ Mo ^3% ;
[0231] 痕量彡 C 彡 0.08%;
[0232] 痕量彡 Si 彡 1.0%;
[0233] 痕量彡 Mn 彡 2.0%;
[0234] 痕量彡 P 彡 0.04%;
[0235] 痕量彡 S 彡 0.03%;
[0236] 痕量彡 Cu 彡 2.0%;
[0237] 痕量彡N彡0.2%;
[0238] 痕量彡V彡0.3%;
[0239] 痕量彡 Ti 彡 0.3%;
[0240] 痕量彡 B 彡 0.005%;
[0241] 痕量彡W彡3.0%;
[0242] 0. 015%^ Nb ^ 0. 100%,
[0243] 其余为铁和不可避免的制造杂质。
[0244] 这种不锈钢对应于根据AISI标准的316型钢。
[0245] 在一个实施方式中,不锈钢以Wt %计具有以下组成:
[0246] 16. 0%^ Cr ^ 18.0% ;
[0247] 10. 0%^ Ni ^ 14.0% ;
[0248] 2. 0%^ Mo ^ 3. 0% ;
[0249] 痕量彡 C 彡 0.02%;
[0250] 痕量彡 Si 彡
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