一种核电用高强塑性奥氏体不锈钢帽螺钉锻件的制备方法
【专利摘要】一种核电用高强塑性奥氏体不锈钢帽螺钉锻件的制备方法，有以下步骤：(1)熔炼，控制ASME SA?479 316材料电渣用母材电极的成分及电渣钢锭尺寸；(2)锻造，控制锻造始锻温度和终锻温度；(3)固溶处理，控制固溶处理条件及升温速度，固溶处理完成后对坯料进行机加工处理；(4)进行冷变形处理，控制变形后的尺寸和变形量；(5)进行热处理，控制热处理温度和保温时间及升温速度，热处理完成后，机加工成帽螺钉锻件交货尺寸。本方法获得的帽螺钉锻件抗拉强度在699MPa以上，甚至达到751MPa，屈服强度达到509MPa以上，延伸率达到40％以上，面缩达到65％以上，晶间腐蚀性能及高温抗应力松弛性能满足要求。
【专利说明】
-种核电用高强塑性奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种不诱钢帽螺钉锻件的制备方法，特别是设及一种核电用高强塑性 奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备方法，属于冶金技术领域。
【背景技术】
[0002] CAP1400是指装机容量为140万千瓦的先进非能动核电技术，是在我国《国家中长 期科学和技术发展规划纲要》中明确提出的具有自主知识产权的第Ξ代核电技术。CAP1400 项目旨在于目前安全性和经济性较好的AP1000技术基础上，通过消化、吸收和再创新，形成 具有我国自主知识产权、功率更大、安全性更高、寿命更长的大型先进压水堆核电技术，W 摆脱我国核电技术依赖进口、核电发展受制于人的局面，既满足我国在2020年实现核电装 机7000万千瓦、占届时中国电力总装机容量5%的目标;又可满足我国核电成套技术"走出 去"的战略，实现由"核电大野'向"核电强野'转变的目标。
[0003] 帽螺钉用奥氏体不诱钢(ASME SA-479 316)合金是一种核电项目螺钉用材料，该 合金的突出特点是含有CXr、Ni及Mo等元素，若使其获得良好的强度指标需牺牲其一定的 塑性和抗腐蚀及抗应力松弛能力。其成分要求如表1所示：
[0004] 表1化学成分要求(wt%)
[0005]
[0006] 应予指出的是，经过冷变形处理后，帽螺钉产品虽满足抗拉强度要求，但无法满足 抗晶间腐蚀及高塑性的要求（室溫条件下抗拉强度大于等于585M化，屈服强度为485~ 620MPa，延伸率大于等于30%，断面收缩率大于等于60%，且同时满足ASTM A262的E法进行 腐蚀试验要求，并达到其高溫抗应力松弛的性能要求）。采用此方法生产的帽螺钉产品的所 有性能均可满足上述性能要求，帽螺钉产品的合格率已达到99%左右，产品可满足工程需 要，此产品按此工艺方法可成功生产，有效地促进了核电工程实施的进度，保证了核电站按 时投入生产。该合金锻件产品可进一步拓展应用到其他核累中。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于解决现有技术存在的难W同时满足帽螺钉锻件高强度、高塑 性、耐蚀性能和高溫耐应力松弛性能的问题，通过反复研究和大量试验筛选后，提供一种核 电用高强塑性奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备方法，从而获得综合性能优良的高强塑性奥 氏体不诱钢帽螺钉锻件，实现其在核主累上的应用。
[0008] 本发明给出的技术方案是:一种核电用高强塑性奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备 方法，其特点是按W下步骤进行：
[0009] (1)按重量百分比计，将ASME SA-479 316材料电渣用母材电极的成分控制在:Ni 12.20~2.60%，Crl7.50~17.80%，Mo2.50~2.75%，Mnl.50~1.80%，Si0.30~ 0.50%，C 0.025~0.035%，Co《0.05%，N0.04~0.06%，Fe余量，电极电渣成尺寸为巫 490~Φ 530mm的电渣钢锭，电渣过程中烙炼电流控制为9500~12000A，重烙电压控制为65 ~80V;
[0010] (2)当所述电渣钢锭烙炼完成且成分满足步骤（1)要求后，方可进行锻造，锻造始 锻溫度为终锻溫度为锻造高溫区（1000~1150。〇进行大变形量变形， 每次压下量为50~60mm;锻造低溫区(850~1000°C)进行相对小变形量变形，每次压下量为 20~30mm;锻造后巧料尺寸达至U 8巧谢W方规格；
[0011] (3)所述步骤（2)完成后对锻巧进行固溶处理，固溶处理在对巧料保溫 4Th，随后水冷，固溶处理过程中升溫速度控制为《60°C/h;固溶处理完成后对巧料进行 机加工处理，机加工后巧料尺寸达到巧如W方尺寸；
[0012] (4)所述步骤（3)完成后，在室溫下对巧料进行冷变形处理。变形后的尺寸达到 66'>机方，变形量控制在13~23%，冷变形过程中要求使用750Kg锻键，且需快速均匀的在 一火次内由7巧""W方变形至方尺寸；
[0013] (5)所述步骤（4)完成后，对获得的冷变形锻件进行特定热处理，热处理溫度为 75〇或保溫时间为轉3 h，特定热处理过程中升溫速度控制为《35°CA，热处理完成后， 机加工成帽螺钉锻件交货尺寸。
[0014] 所述步骤(2)中开始进行锻造后，其巧料尺寸达到85 ' 方规格是由二火次完成， 第一火次由批00女nw开巧至250!^;?方，锻比为3，第二火次由250!^w?方开巧至85+^ WW 方，锻比为8.7,总锻比大于10。
[0015] 本发明的设计思想是：
[0016] 本发明给出的运种帽螺钉锻件的制备方法，具体为:优化合金母材电极成分^电 渣钢锭烙炼^钢锭锻造开巧^巧料机加工处理^固溶处理^冷变形处理^特定溫度处理 ^帽螺钉合格产品。对ASME SA-479 316材料进行先期成分优化设计，降低C含量，提高其耐 腐蚀性能，加入适量N元素，提高其强度又可平衡其组织。电渣重烙可有效地提高材料的组 织均匀性，减少缺陷，减少材料中夹杂物残留的数量，有效提高材料的各项性能指标;锻造 开巧可W有效对材料内部组织结构进行破碎，提高材料的组织均匀性，改善材料的晶粒尺 寸；固溶处理可W有效使C元素回溶至材料的基体内，避免因为其与化形成的碳化物在晶界 析出而导致抗腐蚀能力降低，同时提高材料的强初性;冷变形处理的目的是进一步提高材 料强度;最终在特定溫度下处理是为了消除一部分由于形变而产生的应力，获得材料强度 和塑性的合理匹配，提高其高溫抗应力松弛的能力，满足各项性能要求。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0018] (1)-般的奥氏体不诱钢屈服强度只有200MPa左右，本发明的高强塑性奥氏体不 诱钢屈服强度可提高至485~620MPa，同时又满足延伸率> 30 %，断面收缩率> 60 %高塑性 的要求，又能满足其耐腐蚀性能要求，并可改善材料的高溫抗应力松弛性能。
[0019] (2)本发明采用电渣用电极的化学成分范围为:Ni 12.20~12.60%，Cr 17.50~ 17.80%，Mo2.50~2.75%，Mnl.50~1.80%，Si0.30~0.50%，C 0.025~0.035%，Co《 0.05%，N 0.04~0.06%，Fe余量。Ni含量范围控制为12.20~12.60%可W有效提高固溶后 材料的强度与初性，使锻件在经过此技术方案生产后达到其强度及初性要求;C含量可W有 效地提高固溶强度，但其过高加入会导致其耐腐蚀性能明显下降导致产品报废，所WC含量 需控制为0.025~0.035% ;N的适量加入可有效抑制合金锻件的"敏化"，并提高固溶强化效 果，其控制范围为0.04~0.06 % ;有效的成分控制，可提高帽螺钉锻件的各项综合性能。
[0020] (3)本发明在冷变形后，采取保溫4Th的特定热处理工艺，可W在消除 一部分由于形变而产生的应力的同时，调整材料的强塑性匹配并改善帽螺钉锻件的高溫抗 应力松弛的能力，使其满足各项性能要求。
[0021] (4)采用本发明生产的产品，在固定要求的热处理制度下，各项力学性能指标均较 高，其抗拉强度在699MPaW上，甚至可W达到751MPa，屈服强度可W达到509MPaW上，延伸 率可W达到40% W上，面缩可W达到65% W上，晶间腐蚀性能及高溫抗应力松弛性能满足 要求。有效地提高了材料的各项力学性能指标。
【具体实施方式】
[0022] 实施例1
[0023] 电渣用母材电极的成分控制在：Ni 12.20~12.60%，Cr 17.50~17.80%，Mo 2.50~2.75%，Mnl.50~1.80%，Si0.30~0.50%，C 0.025~0.035%，Co《0.05%，N 0.04~0.06%，Fe余量。本实例制备的电渣用电极，其成分为:Ni 12.46%，Cr 17.68%，Mo 2.71%，Mn 1.76%，Si 0.：M%，C 0.032%，C〇《0.016%，N 0.053%，Fe余量。电渣过程中 烙炼电流控制为9500~12000A，重烙电压控制在65~80V，本实例中采用烙炼电流为 10500A，烙炼电压为72V，电渣成〇500mm的电渣钢锭。
[0024] 电渣钢锭装炉升溫到116(TC，保溫时间满足要求后，出炉进行锻造，第一火次巧料 开巧尺寸为250mm方，锻比为3，第二火次由250mm方开巧至86方，锻比为8.6，总锻比大于10。
[0025] 巧料锻造完成后，对巧料进行1055°C保溫4h水冷到室溫的固溶处理后，对巧料进 行机加工处理，机加工处理后的巧料尺寸为73mm方。
[00%] 机加工完成后，在室溫下对巧料进行冷变形处理，变形量控制为13~23%，本实例 中冷变形的变形量为18.6 %，变形后的尺寸为66mm方。
[0027] 冷变形完成后，对其进行特定热处理，热处理溫度为750°C，保溫时间为地，热处理 完成后，机加工成帽螺钉锻件交货尺寸。
[0028] 表2帽螺钉产品的力学性能
[0029]
[0030] 晶间腐蚀性能合格，高溫抗应力松弛性能合格。
[0031] 实施例2
[0032] 制备的电渣用的电极，其成分为Ni 12.34%，Cr 17.53%，Mo 2.75%，Mn 1.66%， Si 0.40%，C 0.030%，C〇《0.018%，N 0.059%，余量为Fe，电渣烙炼电流为 10300A，烙炼 电压为74V，电渣成Φ 500mm的电渣钢锭。
[0033] 电渣钢锭装炉升溫到1155°C，保溫时间满足要求后，出炉进行锻造，第一火次巧料 开巧尺寸为250mm方，锻比为3，第二火次由250mm方开巧至86方，锻比为8.6，总锻比大于10。
[0034] 巧料锻造完成后，对巧料进行1060°C保溫4h水冷到室溫的固溶处理后，对巧料进 行机加工处理，机加工处理后的巧料尺寸达到73mm方尺寸。
[0035] 机加工完成后，在室溫下对巧料进行冷变形处理，变形后的尺寸为65mm方，变形量 为 20.6%。
[0036] 冷变形完成后，对其进行特定热处理，热处理溫度为760°C，保溫时间为地，热处理 完成后，机加工成帽螺钉锻件交货尺寸。
[0037] 表3帽螺钉产品的力学性能 [00；3 引
[0039] 晶间腐蚀性能及高溫抗应力松弛性能合格。
[0040] 实施例3
[0041 ]制备的电渣用的电极，其成分为Ni 12.53%，Cr 17.52%，Mo 2.60%，Mn 1.69%， Si 0.44%，C 0.029%，C〇《0.020%，N 0.058%，余量为Fe，电渣烙炼电流为 11200A，烙炼 电压为75V，电渣成〇500mm的电渣钢锭。
[0042] 电渣钢锭装炉升溫到1158°C，保溫时间满足要求后，出炉进行锻造，第一火次巧料 开巧尺寸为250mm方，锻比为3，第二火次由250mm方开巧至86方，锻比为8.6，总锻比大于10。
[0043] 巧料锻造完成后，对巧料进行1070°C保溫4h水冷到室溫的固溶处理后，对巧料进 行机加工处理，机加工处理后的巧料尺寸达到74mm方尺寸。
[0044] 机加工完成后，在室溫下对巧料进行冷变形处理，变形后的尺寸为67mm方，变形量 为 18.0%。
[0045] 冷变形完成后，对其进行特定热处理，热处理溫度为740°C，保溫时间为地，热处理 完成后，机加工成帽螺钉锻件交货尺寸。
[0046] 表4帽螺钉产品的力学性能
[0047]
[004引晶间腐蚀性能及高溫抗应力松弛性能合格。
【主权项】
1. 一种核电用高强塑性奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备方法，其特征在于按W下步骤 进行： (1) 按重量百分比计，将ASME SA-479 316材料电渣用母材电极的成分控制在：Ni 12.20~2.60%，Crl7.50~17.80%，Mo2.50~2.75%，Mnl.50~1.80%，Si0.30~ 0.50%，C 0.025~0.035%，Co《0.05%，N0.04~0.06%，Fe余量，电极电渣成尺寸为巫 490~Φ 530mm的电渣钢锭，电渣过程中烙炼电流控制为9500~12000A，重烙电压控制为65 ~80V; (2) 当所述电渣钢锭烙炼完成且成分满足步骤（1)要求后，方可进行锻造，锻造始锻溫 度为n5〇|!,^C，终锻溫度为850!|^°C;锻造高溫区（1000~115(TC)进行大变形量变形，每次 压下量为50~60mm;锻造低溫区（850~1000°C)进行相对小变形量变形，每次压下量为20~ 30mm;锻造后巧料尺寸达到85 ^如方规格； (3) 所述步骤（2)完成后对锻巧进行固溶处理，固溶处理在H)60'!;°C对巧料保溫位、， 随后水冷，固溶处理过程中升溫速度控制为《60°C/h;固溶处理完成后对巧料进行机加工 处理，机加工后巧料尺寸达到方尺寸； (4) 所述步骤（3)完成后，在室溫下对巧料进行冷变形处理。变形后的尺寸达到66 |mm 方，变形量控制在13~23%，冷变形过程中要求使用750Kg锻键，且需快速均匀的在一火次 内由巧:却皿方变形至'6辑;mm方尺寸； (5) 所述步骤(4)完成后，对获得的冷变形锻件进行特定热处理，热处理溫度为75(巧rC， 保溫时间为4!rh，特定热处理过程中升溫速度控制为《35°CA，热处理完成后，机加工成帽 螺钉锻件交货尺寸。2. 根据权利要求1所述的一种核电用高强塑性奥氏体不诱钢帽螺钉锻件的制备方法， 其特征在于所述步骤(2)中开始进行锻造后，其巧料尺寸达到85!>m方规格是由二火次完 成，第一火次由批00却m开巧至25巧mm方，锻比为3，第二火次由巧呜mm方开巧至85互nm方， 锻比为8.7,总锻比大于10。
【文档编号】B23P15/00GK105935861SQ201610356611
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】赵忠刚, 萨仁格日乐, 刘晓书, 栾威威, 王海棠, 张俊峰, 伦建伟, 栾晓宇
【申请人】沈阳科金特种材料有限公司