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核电用冷却剂存储箱法兰的锻造及锻后热处理

2013-10-23   金属加工杂志单位:泰安市山口锻压有限公司 作者:赵森 周延

  随着我国电力需求的急剧增加,核电的发展潜力和市场前景逐渐显现,发展核电成为加快调整我国能源结构的重要举措,到2020年我国核电的装机容量将达到4000万kW,这给我国的机械制造企业带来了历史性的发展机遇。随着核电事业的快速发展,对核电用钢的要求也在不断提高。Z2CN18-10是法国RCC-M220标准的奥氏体不锈钢,其具有优良的耐晶间腐蚀性能和良好的力学性能而广泛用于核电法兰、管道。但该钢种为单相奥氏体不锈钢,在锻造过程中始终保持奥氏体和少量铬铁碳化物,没有发生相变,不能通过最终热处理改变其晶粒度和力学性能。且该钢与一般碳素钢不同,在锻造时塑性低,变形抗力大,是一般碳素钢的1.6~2倍,锻造温度范围小,裂纹敏感性强,生产难度大,国内对于该钢种的应用也很少,可供查阅的文献比较少,给锻件的生产带来很大的困难。

  最近,我公司接到一批核电冷却剂存储箱法兰,法兰尺寸为4000mm×3782mm×345mm,材质为Z2CN18-10,化学成分如表1所示。

  1. 前期的技术准备

  首先,确定Z2CN18-10锻造再加热温度。由于奥氏体不锈钢不能通过热处理来改变晶粒度和力学性能,只能通过锻造来实现晶粒细化,加热温度过高,晶粒急剧长大,必须找到合适的加热温度。为此选取13个试样在试验室的电炉中加热保温1h,急速冷却后测量晶粒度,13个试样分别加热到800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1080℃、1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃、1200℃。通过对比发现,1080℃温度以下晶粒度几乎没有变化,1100~1160℃晶粒迅速长大,1180℃温度以上晶粒急剧长大。通过以上试验可以确定1050℃及以下温度是锻造再加热适合的温度。

  其次,根据以往经验,我们知道钢锭的铸态组织热加工组织比锻造组织差,镦粗时很容易开裂,所以在第一火锻造时要轻压,打碎初生晶和横列晶外壳,打碎铸造组织,改善热加工性。现在采用一种新工艺,用钢板卷一个钢筒将钢锭切除浇、冒口后整个包裹起来,上下两端留一个放气孔,此种工艺有两个好处:一是钢锭有了这个保护层,炉子火焰不能直接喷到锻件上,防止表面过烧、脱碳,产生龟裂。二是有此保护层,钢锭不与水压机上下砧直接接触,钢锭不会局部冷却,延长了锻造时间,解决了不锈钢锻造区间窄的问题,从而减少了预热工装的麻烦。

  2. 生产流程

  (1)通过以上技术准备,制订出Z2CN18—10冷却剂存储箱法兰的工艺路线为:电渣重熔锭包裹后加热→40MN水压机锻造→锻后水冷→尺寸检验→粗加工→UT→固溶处理→性能试验→精加工→超声波检测→检查包装,锻造流程见表2。用40MN水压机锻造,第一火将钢锭加热到1250℃后大变形量镦粗冲孔,消除钢锭内部缺陷,然后再加热到1150℃后进行扩孔,最后在1050℃再加热,抑制晶粒再长大,保证最后一火锻造比>1.2。

  (2)锻后进行固溶处理,消除由于锻造过程中产生的碳化物,工艺如附图所示。

  (3)按RCC-MMC2000标准进行超声波检测合格,渗透试验按RCC-M4000标准未发现缺陷。

  (4)固溶后力学性能检验结果如表3所示。

  3. 结语

  通过对钢锭进行包裹处理,明确了加热温度和回炉再加热温度,执行了合理的工艺路线,使冷却剂存储箱法兰各项指标都达到了用户的要求。

关键词:热处理,锻造,核电, | 作者 :

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