专利名称：：Ap1000核电技术一回路主管道钢锭的冶炼工艺的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种管道钢锭的冶炼工艺，具体地说是一种AP1000核电技术一回路主管道钢锭的冶炼工艺。(二)、
背景技术：
目前我国大量在建的宁德、福清、方家山、红沿河、昌江等核电站，采用二代改良型核电技术，依据RCC-M标准建造。一回路主管道采用含1220%铁素体的奥氏体-铁素体不锈钢(Z3CN20-09M)材质，通过铸造的方法生产弯头、直管，然后焊接而成，管道内径①698.5787.4mm，设计寿命40年。采用Z3CN20-09M材质，解决了厚壁型不锈钢的焊接裂纹矛盾，在缺乏大型制管设备的情况下，是一个很好的选择。但在长期使用过程中，在两相界面处可能产生脆性析出物，使两相性能发生变化。在核岛中，一回路主管道用来保证流过核反应堆芯的冷却剂正常循环，其性能将会直接影响到核电站的安全运行；另外由于直管和弯头均采用焊接方式连接，所以对焊缝及热影响区的检查是核电站的一个重要的工作。目前，在役检查主要采用超声波探伤，铸造组织的可探性很差，难以发现早期出现的失效变化，不利于长期使用。在2006年，我国与美国西屋公司签署了引进AP1000核电技术的协议。AP1000核电技术在安全性能、建设周期上均优于两代改良型核电技术。AP1000的一回路主管道采用控氮的316LN奥氏体不锈钢材质，通过锻造的方法综合解决性能、组织稳定性及在役检查可靠性，设计寿命60年。在我国浙江三门、山东海阳建设的4台核电机组，是世界上首次采用AP1000核电技术建设的核电站。在核岛主设备中，一回路主管道是唯一的国内采购项目。目前国内、外没有成功锻造出无裂纹的AP1000主管道的先例。要成功制造出满足要求的锻造一回路主管道，其制造工艺包括冶炼、锻造、机加工、弯制、热处理等主要工艺。其中冶炼是整个工艺的基础，如何控制成分、夹杂物及含气量都将直接影响材料的锻造性能。在美国西屋公司技术条件中，对材料的成分及锻造后力学性能要求如表l、2所不表i主管道化学成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>表2主管道力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>注一个位置的三个试样为一组；MV为一组中三个试样的平均值；SV为一组中允许一个试样的最低值。另外，AP1000主管道要求晶粒度为ASTM2级或更细。AP1000主管道采用整锻式结构不锈钢锻造管，包括两个循环环路，每个环路包括一个热段(连接反应堆与蒸汽发生器)和两个冷段(连接蒸汽发生器和主泵)。其中热段制造难度最大，热段成品重量将近9吨，所需要的锻造钢锭超过70吨，如何保证钢锭的结晶质量及锻造性能是冶炼时要考虑的问题。保证钢锭锻造后力学性能、晶粒度及锻造时不产生裂纹，要考虑以下几个问题(1)以最终力学性能及提高其锻造性能为参考，合理设计材料的成分；(2)采用微合金化技术，细化材料的结晶组织。(3)采用合理、有效的冶炼方法，细化组织及减少气体、夹杂物含量，提高材料的锻造性能。目前，采用常规的双真空方法所冶炼的钢锭在锻造时，均发生裂纹现象。成功冶炼出AP1000—回路主管道锻造时无裂纹的大型钢锭的工艺在国内、外尚未见报道。(三)、
发明内容本发明所要解决的技术问题在于，提供一种AP1000核电技术一回路主管道钢锭的冶炼工艺，采用合理、有效的冶炼方法保证钢锭锻造后力学性能、晶粒度及锻造时不产生裂纹。以克服现有工艺的缺陷。为了解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案。—种AP1000核电技术一回路主管道钢锭的冶炼工艺，其特征在于包含以下步骤1)、采用电弧炉+AOD炉生产自耗电极，冶炼时加入0.05%0.10%的铌和0.01%0.03%的锆，主管道化学成分如表3所示表3主管道化学成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>2)、电渣重熔的方法生产钢锭采用316LN本钢底垫，采用本钢起弧，采用TiC作为引弧剂。本发明的积极效果在于(1)、AOD炉可以满足生产316LN超低碳不锈钢的条件，而且相对于VOD，其氮含量可以精确控制。(2)、采用电渣重熔的方法可以减少夹杂、细化晶粒、获得趋于轴向的结晶组织，从而提高材料的锻造性能。(3)、合理的化学成分保证材料最终力学性能和具有良好锻造性能。在冶炼时，加入少量的铌和锆，前者形成的碳化铌在金属凝固时起作用，而后者形成的氮化锆在锻造时起作用，达到细化晶粒的目的。(4)、采用316LN本钢底垫，采用本钢起弧，采用TiC作为引弧剂，可以很好的解决钢锭冶炼时的增碳问题。具体实施方式下面结合具体实例进一步描述本发明。以主管道热段为例来说明本发明的工艺。要成功锻造出主管道热段，所需钢锭约为75吨。工艺步骤如下1)、采用电弧炉+AOD炉生产自耗电极；在采用电弧炉+AOD炉生产自耗电极时，要考虑以下问题(1)、成分设计合理的化学成分是保证材料最终力学性能和具有良好锻造性能的基础。在锻造主管道热段时，钢锭的重量将超过70吨，对于大型316LN不锈钢的锻造，我国尚缺乏经验。对比于普通碳钢，316LN不锈钢具有较高的高温强度，为了提高其锻造性能，要提高其锻造加热温度，而加热温度的增加，在奥氏体晶界易形成S相铁素体，在达到一定数量时，会急剧降低材料的锻造性能。所以，成分设计的第一个要求是控制S相形成温度及数量。在表l所示的各种合金成分中，C、N两种元素以间隙固溶方式存在于奥氏体中，可以大幅度提高材料抗拉强度；而Cr、Si、Mn、Mo、Ni元素以置换固溶方式存在于奥氏体中，除Ni降低材料抗拉强度外，其余元素均有利于材料的抗拉强度。从以上两点出发，设计的主管道成分如表3所示表3主管道化学成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(2)、微合金化由于最终产品对晶粒度有要求，而对于铸造不锈钢来讲，其晶粒较为粗大，如果不在冶炼时进行晶粒的控制，如要达到晶粒度的要求，必定增加锻造的难度和工作量。所以在冶炼时，采用微合金化技术来细化晶粒，主要从两个方面来考虑①金属凝固时，细化结晶组织；②锻造时，能形成小的二次相析出，阻碍晶粒长大。因此，在冶炼时，加入0.05%0.10%的铌和0.01%0.03%的锆，前者形成的碳化铌在金属凝固时起作用，而后者形成的氮化锆在锻造时起作用。2)、电渣重熔的方法生产钢锭采用316LN本钢底垫，采用本钢起弧，采用TiC作为引弧剂。在进行电渣重熔时，要考虑钢锭增碳的问题。由于美国西屋技术标准对于碳的要求非常严格，所以在重熔时要采取特殊的工艺，使重熔时不增碳。常规的冶炼方法一般是采用石墨电极化渣和采用碳钢底垫，由于前两者均会使钢锭增碳，所以不适用于一回路主管道钢锭的生产。采用316LN本钢底垫，采用本钢起弧，采用TiC作为引弧剂，可以很好的解决钢锭冶炼时的增碳问题。检测结果采用电弧炉+AOD生产的自耗电极化学成分如表4所示表4自耗电极化学成分<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>电渣重熔后化学成分如表5所示表5电渣锭化学成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>最终产品力学性能如表6所示[OO52]表6主管道(热段)力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求一种AP1000核电技术一回路主管道钢锭的冶炼工艺，其特征在于包含以下步骤1)、采用电弧炉+AOD炉生产自耗电极，冶炼时加入0.05％～0.10％的铌和0.01％～0.03％的锆，主管道化学成分如表3所示表3主管道化学成分(％)CSiMnPSCrNiMoCuCoN≤0.015≤0.4≤1.25≤0.020≤0.00517.00～18.0012.00～13.002.00～2.50≤0.10≤0.050.10～0.132)、电渣重熔的方法生产钢锭采用316LN本钢底垫，采用本钢起弧，采用TiC作为引弧剂。全文摘要本发明公开了一种AP1000核电技术一回路主管道钢锭的冶炼工艺，包含以下步骤1)、采用电弧炉+AOD炉生产自耗电极，冶炼时加入0.05％～0.10％的铌和0.01％～0.03％的锆，2)、电渣重熔的方法生产钢锭采用316LN本钢底垫，采用本钢起弧，采用TiC作为引弧剂。采用合理、有效的冶炼方法保证钢锭锻造后力学性能、晶粒度及锻造时不产生裂纹。文档编号C22C33/04GK101691641SQ20091021044公开日2010年4月7日申请日期2009年11月3日优先权日2009年11月3日发明者刘仲礼,张翔,梅洪生申请人:烟台台海玛努尔核电设备有限公司