核電堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件的熱處理方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種核電堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件的熱處理方法，用于對(duì)材料為0Cr19Ni10，直徑不小于4000mm，厚度不小于400mm的實(shí)心鍛件進(jìn)行熱處理，包括以下步驟：第一步，將鍛件以熱處理爐的最大功率加熱至400～450℃范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每1毫米鍛件厚度保溫0.5～1分鐘；第二步，以不大于50℃/h的升溫速度將鍛件加熱至670～700℃范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每1毫米鍛件厚度保溫0.5～1分鐘；第三步，以不大于150℃/h的升溫速度將鍛件加熱至1040～1080℃范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每1毫米鍛件厚度保溫3～5分鐘；第四步，鍛件出爐并水冷。經(jīng)過(guò)本發(fā)明熱處理后的0Cr19Ni10鋼鍛件，其晶粒未有長(zhǎng)大現(xiàn)象且組織均勻，室溫和350℃高溫強(qiáng)度滿足核電堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】核電堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件的熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱處理方法，具體涉及一種核電堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件的熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各國(guó)對(duì)能源的需求急劇增長(zhǎng)。由于核燃料能夠釋放出高效而清潔的能量，促使了核能的開(kāi)發(fā)和利用。AP1000核電堆型與其它較早堆型相比具有大型化和一體化的特點(diǎn)，其核電主設(shè)備堆內(nèi)構(gòu)件的尺寸、重量也相應(yīng)地更大。
[0003]堆內(nèi)構(gòu)件位于反應(yīng)堆的中心，為核燃料組件提供支撐和壓緊，同時(shí)也為壓力容器提供屏蔽，使其少受輻射的影響。AP1000壓水堆中的堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件主要有下堆芯支撐板和上部支撐板，其直徑約為4米，厚度則超過(guò)400mm，不僅提供屏蔽效果，而且還起到平衡機(jī)械載荷和水力載荷的作用，它們既與冷卻劑、核燃料直接接觸，直接接受腐蝕和輻射，又承載巨大且復(fù)雜的壓力，服役條件十分苛刻，因此對(duì)其安全性的要求特別聞。
[0004]制造堆內(nèi)構(gòu)件的厚壁餅形鍛件所選擇的材料是奧氏體不銹鋼，材料牌號(hào)為SA-336F304H,對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)牌號(hào)為0Crl9Nil0。ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該材料提供的固溶熱處理參數(shù)只有保溫溫度不低于1040°C，相應(yīng)得到室溫屈服強(qiáng)度不小于205MPa、抗拉強(qiáng)度不小于485MPa。但是，為了應(yīng)對(duì)機(jī)械載荷和水力載荷，對(duì)材料的力學(xué)性能提出了更高要求:洛氏硬度HRB不高于92，350°C下屈服強(qiáng)度不小于125MPa。如果使用標(biāo)準(zhǔn)所述的熱處理工藝，所得的試驗(yàn)結(jié)果為洛氏硬度超過(guò)100HRB，350°C下的屈服強(qiáng)度僅有l(wèi)OOMPa，無(wú)法保證AP1000核電堆型的運(yùn)行和維護(hù)。
[0005]餅形鍛件是核電堆內(nèi)構(gòu)件中熱處理難度最大的鍛件，主要原因與其幾何形狀有關(guān)。由于為實(shí)心鍛件，在固溶冷卻過(guò)程中，鍛件底部易聚集蒸汽膜而惡化冷卻條件。實(shí)踐表明，如不采取有效措施，鍛件底部與側(cè)面在同時(shí)冷卻過(guò)程中溫差可達(dá)數(shù)百。C，從而導(dǎo)致鍛件底部性能較差，惡化鍛件性能的均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種核電堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件的熱處理方法，它可以滿足AP1000核電堆型的運(yùn)行和維護(hù)要求。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明核電堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件的熱處理方法的技術(shù)解決方案為:
[0008]用于對(duì)材料為0Crl9Nil0，直徑不小于4000mm，厚度不小于400mm的實(shí)心鍛件進(jìn)行熱處理，包括以下步驟:
[0009]第一步，將鍛件置于熱處理爐中，以熱處理爐的最大功率加熱至400~450°C范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每I毫米鍛件厚度保溫0.5~I分鐘；
[0010]第二步，繼續(xù)加熱工件，以不大于50°C /h的升溫速度將鍛件加熱至670~700°C范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每I毫米鍛件厚度保溫0.5~I分鐘；
[0011]第三步，繼續(xù)加熱工件，以不大于150°C /h的升溫速度將鍛件加熱至1040~1080°C范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每I毫米鍛件厚度保溫3~5分鐘；
[0012]第四步，鍛件出爐并水冷。
[0013]所述第四步水冷的方法為:冷卻水的初始溫度不高于30°C ;在水槽底部設(shè)置垂直向上的水流驅(qū)動(dòng)裝置，利用垂直方向的水流打破聚集在鍛件底部的蒸汽膜。
[0014]所述第四步水冷之后鍛件出水15分鐘后的表面溫度不高于80°C。
[0015]本發(fā)明可以達(dá)到的技術(shù)效果是:
[0016]經(jīng)過(guò)本發(fā)明熱處理后的0Crl9Nil0鋼鍛件，其晶粒未有長(zhǎng)大現(xiàn)象且組織均勻，室溫和350°C高溫強(qiáng)度滿足核電堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)要求，且富余量較大，兩端的性能均勻，晶粒度未有明顯長(zhǎng)大，超聲波檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)缺陷反射信號(hào)，液體滲透檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)缺陷痕跡，均合格，能夠保證鍛件的整體質(zhì)量。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
[0018]圖1是本發(fā)明核電堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件的熱處理方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1所示，本發(fā)明核電堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件的熱處理方法，用于對(duì)材料為0Crl9Nil0，直徑不小于4000mm，厚度不小于400mm的實(shí)心鍛件進(jìn)行熱處理，包括以下步驟:
[0020]第一步，將鍛件置于熱處理爐中，以熱處理爐的最大功率加熱至400~450°C范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每I毫米鍛件厚度保溫0.5~I分鐘；
[0021]本步驟的目的是控制鍛件的表面與心部的溫度差，避免藍(lán)脆導(dǎo)致的鍛件開(kāi)裂；
[0022]第二步，繼續(xù)加熱工件，以不大于50°C /h的升溫速度將鍛件加熱至670~700°C范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每I毫米鍛件厚度保溫0.5~I分鐘；
[0023]本步驟的目的是縮小工件表面與心部的溫度差，一方面削弱熱應(yīng)力避免微裂紋的出現(xiàn)，另一方面提聞加熱效率；
[0024]第三步，繼續(xù)加熱工件，以不大于150°C /h的升溫速度將鍛件加熱至1040~1080°C范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每I毫米鍛件厚度保溫3~5分鐘；
[0025]本步驟的目的是使鋼中的碳化物相充分溶解，獲得過(guò)飽和度的固溶體，達(dá)到強(qiáng)化的目的；快速將鍛件加熱至奧氏體溫度，目的是減少實(shí)際的奧氏化保溫時(shí)間，防止晶粒長(zhǎng)大；高于1080°C的奧氏體化保溫溫度將導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大，而不大于150°C /h的升溫速度則能夠有效防止晶粒長(zhǎng)大；
[0026]第四步，鍛件出爐并冷卻，冷卻方式為水冷；鍛件出水15分鐘后表面溫度不高于80 0C ；
[0027]為保證足夠的冷速，水冷的方法如下:
[0028]冷卻水的初始溫度不高于30°C ;在水槽底部設(shè)置垂直向上的水流驅(qū)動(dòng)裝置，利用垂直方向的水流打破聚集在鍛件底部的蒸汽膜，增加熱交換系數(shù)，從而保證底部獲得足夠的冷卻速率；
[0029]本步驟的目的是使固溶體的過(guò)飽和狀態(tài)在室溫下得到維持，從而獲得所需的機(jī)械性能。
[0030]采用本發(fā)明對(duì)AP1000核電堆內(nèi)構(gòu)件壁厚為400mm的0Crl9Nil0餅形鍛件進(jìn)行熱
處理之后，所獲得的鍛件的機(jī)械性能指標(biāo)如表1所示:
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種核電堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件的熱處理方法，其特征在于，用于對(duì)材料為0Crl9Nil0，直徑不小于4000mm，厚度不小于400mm的實(shí)心鍛件進(jìn)行熱處理，包括以下步驟: 第一步，將鍛件置于熱處理爐中，以熱處理爐的最大功率加熱至400~450°C范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每I毫米鍛件厚度保溫0.5~I分鐘； 第二步，繼續(xù)加熱工件，以不大于50°C /h的升溫速度將鍛件加熱至670~700°C范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每I毫米鍛件厚度保溫0.5~I分鐘； 第三步，繼續(xù)加熱工件，以不大于150°C /h的升溫速度將鍛件加熱至1040~1080°C范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間為每I毫米鍛件厚度保溫3~5分鐘； 第四步，鍛件出爐并水冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件的熱處理方法，其特征在于:所述第四步水冷的方法為:冷卻水的初始溫度不高于30°C ;在水槽底部設(shè)置垂直向上的水流驅(qū)動(dòng)裝置，利用垂直方向的水流打破聚集在鍛件底部的蒸汽膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的核電堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體不銹鋼餅形鍛件的熱處理方法，其特征在于:所述第四步水冷之后鍛件`出水15分鐘后的表面溫度不高于80°C。
【文檔編號(hào)】C21D9/00GK103820630SQ201210470101
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月19日
【發(fā)明者】靳海山, 曹勝?gòu)?qiáng), 龍智南, 林岳萌 申請(qǐng)人:上海重型機(jī)器廠有限公司