专利名称：新型核电站蒸汽发生器抗震条材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型核电站蒸发生器抗震条材料及其制备法。
背景技术：
AP1000是美国西屋公司开发的第三代百万千瓦级先进压水堆核电机组。AP1000区别于二代加CPR1000压水堆核电机组的主要特点就是“非能动”的安全系统。“非能动”设计概念就是利用固有的热工水力特性，简化安全系统的设计，使核电站保证安全的措施不再依赖泵、风机等能动设备的运行，从而大幅度地减少了安全级的阀、泵、电缆及抗震厂房；取消了 IE级应急柴油发电机系统；减少了大部分安全级能动设备；降低了大宗材料用量；系统简化使设计简化、工艺布置简化、施工量减少、运行及维修量也相应减少。设计中采用的非能动的严重事故预防和缓解措施使安全性能得到提高，同时也提高了机组和经济性 能源产业是国民经济的基础，是制约国民经济持续快速发展的重要环节，随着国民经济的发展，人们对生活水平和环保的要求越来越高，因此，大力发展核电事业已成为当今能源开发的主导方向。核电与火力发电及其它新能源相比其优势是显而易见的。蒸汽发生器是压水堆核电站一回路和二回路的枢纽，是分割一回路和二回路的介质的屏障，是核电站关键设备之一。一台核电站需设置几台蒸汽发生器，内含数以万计的传热管，高温度压水在管束中流动，供给水沿着管子以垂直的方向流动，同时被加热，然后被汽化，蒸汽进入蒸汽轮机发电，与这些管子接触的流体会引起震动，因震动会导致管子损坏破裂，直致蒸汽发生器损坏，要更换一台蒸汽发生器需几亿美元费用，需停堆几个月，造成极大的经济损失。为有效防止管子震动，设置防震条对核电站安全可靠运行起着关键作用。。核电蒸发器抗条是用于固定蒸发器关键部件U型管，由于此处是在高温高压且振动的环境下工作，因此对材料的要求相当的严格。目前此类关键材料主要依赖进口。蒸汽发生器抗震条是在高温、高压、强腐蚀环境下使用，对制造抗震条材料的耐高温强度、耐腐蚀性、抗疲劳、抗蠕变性及可加工性提出了严格要求。目前我国用于制造抗震条材料仍依赖进口，因此研发制造具有优良的耐腐蚀性、抗疲劳、抗蠕变性及可加工性的抗震条材料，以替代进口，对有效提高核电站的经济性和安全可靠性具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有抗条材料技术中的不足，提供新型核电站蒸汽发生器抗震条材料及其制备方法。本发明所述的一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料及其制备方法，材料价格低、组分设计合理、制造工艺简单，具有优良的耐腐蚀性、抗疲劳、抗蠕变性及可加工性能。所述新型核电站蒸汽发生器抗震条材料法抗拉强度可达520MPa，屈服强度可达345MPa，伸长率大于20%，硬度小于195。为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料，按重量百分比计算，所含成分如下
C :0. 01-0. 08% ；Si :0. 10-1. 0% ；Mn :0. 10-1. 0% ；P :彡 0.040%;S 彡 0.030%;Cr 11. 5-14. 5% ；
Ni 0. 05-0. 6% ；AL :0. 05-0. 30%;Re :0. 01-1. 0%;
余量为Fe及不可避免的杂质；其中所述Si ,Mn、Cr、Ni、Ti、Fe的纯度大于99% ;所述稀土 Re为混合稀土金属，其纯度大于99%，块状60*100mm。所述一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料制备方法，包括如下步骤
A、按抗震条材料所含成分的重量百分比计算进行原料配制
C :0. 01-0. 08% ；Si :0. 10-1. 0% ；Mn :0. 10-1. 0% ；
P :彡 0.040%;S 彡 0.030%;Cr 11. 5-14. 5% ； Ni :0. 05-0. 6% ；AL :0. 05-0. 30%;Re :0. 01-1. 0%;
余量为Fe及不可避免的杂质；
B、将按前述配制的原料表面清洁干燥后，按熔炼顺序装入真空冶炼炉中进行高真空冶炼，其中稀土 Re在真空冶炼过程中加入，所述精炼温度1550°C 1620°C，精炼时间20 27分钟；
C、电渣精炼；精炼温度1550°C 1620°C、熔炼电压45/50V;熔炼电流2600/3000A ；
D、锻造，开锻温度1160°C，终锻温度彡9500C；
E、热轧，热轧温度11501，终轧温度>900 0C ；
F、退火，退火温度788V 815°C；
G、进行多道次的拉拔一退火一拉拔，得到防震条材料成品，所述拉拔采用单车进行，其中所述退火温度为788°C 815°C。本发明制备方法主要技术特点是采用真空精炼炉冶炼，使得脱气充分，再经电渣精炼，使钢液洁净，稀土 Re在真空冶炼过程中加入进一步提高抗震条材料质量和力学性能，拉拔过程的中间退火，拉拔采用单车慢速进行，以减少磨擦时所产生的热量积聚，最终得到抗拉强度可达520MPa，屈服强度可达345MPa，伸长率大于20%，硬度小于195的抗震条材料。本发明所述一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料所设计成分的原理如下
C :非常有效的硬化和固溶强化组元，稳定马氏体结构，保证强度。但常常作为裂纹源出现，如含量过高容易形成脆硬组织而引发延迟裂纹，其成分重量％限制在0. 01-0. 08% ；
Mn :脱氧和脱硫作用，确保抗氧化性的重要元素，不足0. 01%不能得到充分脱氧，超过
I.5%强度降低，其成分重量%限制在0. 10-1. 0% ；
Si :脱氧、提高屈服强度、耐高温腐蚀性，不足0. 01%，不能得到充分抗氧化性，超过
0.90%韧性降低，其成分重量%限制在0. 2-1. 0% ；
Ni :提高材料韧性，对强度的提高也有贡献，其成分重量％限制在0. 05-0. 6% ；；
Cr :确保抗氧化性、耐高温腐蚀性、提高高温强度不可缺少的元素，含量过低，不能显现效果，含量过高，强度和韧性显著降低，其成分重量％限制在11. 5-14. 5% ；
S、P:是材料中不可避免的有害杂质元素，其含量越低越好，其成分重量％，P(0. 040%, S :彡 0. 030% ；
Re :材料中加入稀土，与Cr、Si的复合作用下具有良好的抗氧化性，稀土是强还原性元素，稀土与硫有很大的亲和力，在溶池中不仅具有脱氧作用，还具有明显脱硫改善硫化物夹杂的尺寸、形态和分布作用，减少材料中的夹杂物含量，可以改变夹杂物的组成、形态、分布和性质，抑制这些夹杂物在晶界中的偏析，从而改善了材料的各种性能，如韧性、焊接性，本发明中成分重量％限制在0. 01-1. 0%。采用本发明所设计的一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料与现有技术相比，具有如下优点
1.成分设计合理、成本低、使用安全可靠；
2.本抗震条材料其抗拉强度可达520MPa，屈服强度可达345MPa，伸长率大于20%，硬度小于195，在600°C高温下长期工作具有较高强度与耐腐蚀能力，其高温应力强度稳定；
3 .又因加入了微量的稀土元素和采用了特殊的制备工艺，确保材料具有优良的耐腐蚀性、抗疲劳、抗蠕变性及可加工性能；
4.本发明的一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料确保抗震条使用的安全可靠性，有效延长核电站蒸汽发生器的使用寿命，降低成本，显著提高经济效益。
具体实施例方式为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，以下实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。本发明一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料，按重量百分比计算，所含成分如下
C :0. 01-0. 08% ；Si :0. 10-1. 0% ；Mn :0. 10-1. 0% ；
P :彡 0.040%;S 彡 0.030%;Cr 11. 5-14. 5% ；
Ni :0. 05-0. 6% ;AL :0. 05-0. 30%;Re 0. 01-1. 0%;
余量为Fe及不可避免的杂质；其中所述Si ,Mn、Cr、Ni、Ti、Fe的纯度大于99% ;所述稀土 Re为混合稀土金属，其纯度大于99%，块状60*100mm。所述一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料制备方法，包括如下步骤
A、按抗震条材料所含成分的重量百分比计算进行原料配制
C :0. 01-0. 08% ；Si :0. 10-1. 0% ；Mn :0. 10-1. 0% ；
P :彡 0.040%;S 彡 0.030%;Cr 11. 5-14. 5% ；
Ni :0. 05-0. 6% ；AL :0. 05-0. 30%;Re :0. 01-1. 0%;
余量为Fe及不可避免的杂质；
B、将按前述配制的原料表面清洁干燥后，按熔炼顺序装入真空冶炼炉中进行高真空冶炼，其中稀土 Re在真空冶炼过程中加入，所述精炼温度1550°C 1620°C，精炼时间20 27分钟；
C、电渣精炼；精炼温度1550°C 1620°C、熔炼电压45/50V;熔炼电流2600/3000A ；
D、锻造，开锻温度1160°C，终锻温度彡9500C；
E、热轧，热轧温度11501，终轧温度>900 0C ；
F、退火，退火温度788V 815°C；
G、进行多道次的拉拔一退火一拉拔，得到防震条材料成品，所述拉拔采用单车进行，其中所述退火温度为788°C 815°C。一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料制备通过炉号为125-0122、0123、0124、0125、0126、0127、0128、0129 进行实施。
实施例1-8炉抗震条材料所含成分及含量按重量％计算，分别如下
第一炉C 0. 02% ；Si 0. 45% ；Mn :0. 81% ；P :0. 010% ；S :0. 005% ；Cr :12. 0% ；Ni :0. 20% ；AL :0. 25%;Re :0. 10% ；
第二炉C :0. 03% ；Si 0. 40% ；Mn :0. 80% ；P :0. 012% ；S :0. 009% ；Cr :12. 5% ；Ni :0. 18% ；AL :0. 22%;Re :0. 09%;
第三炉C :0. 035% ；Si 0. 35% ；Mn :0. 85% ；P :0. 010% ；S :0. 008% ；Cr :12. 2% ；Ni :0. 25% ；AL 0. 20%; Re 0. 08%;
第四炉C 0. 045% ；Si 0. 42% ；Mn :0. 87% ；P :0. 011% ；S :0. 007% ；Cr :12. 8% ；Ni :0. 15% ；AL 0. 17%; Re 0. 09% ；
第六炉C 0. 042% ；Si 0. 41% ；Mn :0. 75% ；P :0. 015% ；S :0. 010% ；Cr :12. 3% ；Ni :0. 18% ；AL 0. 22%; Re 0. 09%;
第七炉C 0. 058% ；Si 0. 35% ；Mn :0. 85% ；P :0. 010% ；S :0. 008% ；Cr :12. 2% ；Ni :0. 12% ；AL 0. 18%; Re 0. 08%;
第 A 炉c 0. 051% ；Si 0. 33% ；Mn :0. 74% ；P :0. 012% ；S :0. 006% ；Cr :12. 9% ；Ni :0. 11% ；AL 0. 21%; Re 0. 06%;
上述八炉实施例其制备方法为均选用纯铁，按照本发明八炉实施例设计成分配料，真空精炼炉冶炼，精炼温度1550°C 1620°C，精炼时间27分钟一电渣精炼，，精炼温度1550°C 1620°C、熔炼电压45/50V;熔炼电流2600/3000A —锻造，开锻温度1150°C，终锻温度> 900°C —热轧，热轧温度1150°C、终轧温度> 900°C —真空退火热处理，退火温度788 °C 815 °C，保温时间4. 5小时一多道次拉拔-退火-拉拔，中间退火温度采用788 V 815°C退火，拉拔采用单车慢速，速度是10米/分钟进行，根据用户需求，拉拔道次￠16-14 5*14-11*13. 5-9*13-7*13-5*12. 5-4. 4*12. 5。以上实施例所设计制备的一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料已经有关部门对其成分、综合力学性能进行了检测、试验，检测报告如下
一.机械工业材料质量检测中心 材料类别抗震条，
样品名称本实施例抗震条材料； 样品特征块样 检测依据和 / 判定依据IS0 15350:2000 GB/T 11170-2008 ASTME1019-2008 检测数据/结果合格 C :0. 045% ；Si 0. 42% ；Mn :0. 87% ；P :0. 011% ；S :0. 006% ；Cr :12. 85% ；Ni :0. 16% ；AL
0.17%; Re 0.05%
二.质量理化计量室 材料类别抗震条
样品名称本实施例抗震条材料
实施例1-8炉，每炉I支，退火，规格4 IOmm
检验依据DF-SG/PS-011 Rev:A ； NPS-DSD-SG022 Rev:A ；
技术条件NPS-DSD-SG0ZZ 试验温度室温
I.力学性能试验
权利要求
1.一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料，其特征在于按重量百分比计算，所含成分如下C :0. 01-0. 08% ；Si :0. 10-1. 0% ；Mn :0. 10-1. 0% ； P :≤ 0.040%;S ≤ 0.030%;Cr 11. 5-14. 5% ； Ni :0. 05-0. 6% ；AL :0. 05-0. 30%;Re :0. 01-1. 0%; 余量为Fe及不可避免的杂质；其中所述Si ,Mn、Cr、Ni、Ti、Fe的纯度大于99% ;所述稀土 Re为混合稀土金属，其纯度大于99%，块状60*100mm。
2.一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料制备方法，其特征在于包括如下步骤 A、按抗震条材料所含成分的重量百分比计算进行原料配制C :0. 01-0. 08% ；Si :0. 10-1. 0% ；Mn :0. 10-1. 0% ； P :≤ 0.040%;S ≤ 0.030%;Cr 11. 5-14. 5% ； Ni :0. 05-0. 6% ；AL :0. 05-0. 30%;Re :0. 01-1. 0%; 余量为Fe及不可避免的杂质； B、将按前述配制的原料表面清洁干燥后，按熔炼顺序装入真空冶炼炉中进行高真空冶炼，其中稀土 Re在真空冶炼过程中加入，所述精炼温度1550°C 1620°C，精炼时间20 27分钟； C、电渣精炼；精炼温度1550°C 1620°C、熔炼电压45/50V;熔炼电流2600/3000A ； D、锻造，开锻温度1160°C，终锻温度≥9500C； E、热轧，热轧温度11501，终轧温度≥900 0C ； F、退火，退火温度788V 815°C； G、进行多道次的拉拔一退火一拉拔，得到防震条材料成品，所述拉拔采用单车进行，其中所述退火温度为788°C 815°C。
全文摘要
本发明公开了一种新型核电站蒸汽发生器抗震条材料及其制备方法，按重量百分比计算，所含成分如下C0.01-0.08%；Si0.10-1.0%；Mn0.10-1.0%；P≤0.040%；S≤0.030%；Cr11.5-14.5%；Ni0.05-0.6%；Al0.05-0.30%；Re0.01-1.0%；余量为Fe及不可避免的杂质；其制备方法包括A、按抗震条材料所含成分的重量百分比计算进行原料配制；B、将按前述配制的原料表面清洁干燥后，按熔炼顺序装入真空冶炼炉中进行高真空冶炼，其中稀土Re在真空冶炼过程中加入；C、电渣精炼；D、锻造；E、热轧；F、退火；G、进行多道次的拉拔→退火→拉拔，得到防震条材料成品，本发明的有益效果是成分设计合理、成本低、制造工艺稳定，具有优良的耐腐蚀性、抗疲劳、抗蠕变性及可加工性能，确保使用安全可靠。
文档编号C22C38/40GK102703828SQ20121014701
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者华大凤, 华鹏, 王树平, 绍兴明 申请人:江苏新华合金电器有限公司