CN102072234A

CN102072234A - 核电螺栓生产工艺

Info

Publication number: CN102072234A
Application number: CN 201010552945
Authority: CN
Inventors: 葛少辉; 葛海泉; 戴建海; 肖建敏
Original assignee: ZHEJIANG HIGH INTENSITY FASTENER CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG HIGH INTENSITY FASTENER CO Ltd
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2030-11-19
Also published as: CN102072234B

Abstract

本发明主要公开了一种核电螺栓生产工艺，采用42CrMoE钢材作为原材料，通过坯件制备——热处理——表面处理——探伤检验，其中原材料42CrMoE化学成分质量百分比为：C含量0.38％～0.48％，Si含量0.10％～0.40％，Mn含量0.75％～1.00％，P含量≤0.025％，S含量≤0.015％，Cr含量0.80％～1.15％，Mo含量0.15％～0.30％，余量为Fe。本发明中生产得到的产品满足核电1、2、3级设备要求，强度、硬度和抗冲击力都达到标准。

Description

核电螺栓生产工艺

技术领域

本发明涉及紧固件的生产工艺，特别与一种符合核电1、2、3级设备要求的核电螺栓生产工艺有关。

背景技术

核电站是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。核电站中所用的燃料是铀，用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。

为确保核电站的安全，从设计上、管理上应采取所能想到的最严密的防御措施。所以用于核电设备中的紧固件从强度、硬度和抗冲击力各方面要求都十分苛刻，对于需要符合核电1、2、3级设备的紧固件，其现有生产工艺无法满足要求。

发明内容

本发明的目的在提供一种核电螺栓生产工艺，以满足核电1、2、3级设备要求。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案：

核电螺栓生产工艺，采用42CrMoE钢材作为原材料，通过坯件制备——热处理——表面处理——探伤检验，其中原材料42CrMoE化学成分为中Mn质量百分比0.75％～1.00％。

所述的原材料42CrMoE化学成分质量百分比为：C含量0.38％～0.48％，Si含量0.10％～0.40％，Mn含量0.75％～1.00％，P含量≤0.025％，S含量≤0.015％，Cr含量0.80％～1.15％，Mo含量0.15％～0.30％，余量为Fe。

所述的坯件制备包括原材料生产检验、下料、平面倒角、磨螺纹坯径、滚压螺纹。

所述的热处理工艺对＜0.5M的螺栓和≥0.5M的螺栓分别进行淬火和回火处理；

1、淬火，长度＜0.5M的螺栓，在网带炉中进行淬火，淬火温度在850～880℃，优选850～870℃，保温时间≥2小时，淬火介质为合金钢淬火油；长度≥0.5M的螺栓，采用井式炉淬火，淬火温度在850～880℃，淬火介质为机械油，保温时间≥2.5小时；

2、回火，长度＜0.5M的螺栓，在网带炉中进行回火，回火温度温度在600～680℃，优选620～650℃，保温时间≥2小时；长度≥0.5M的螺栓，采用井式炉回火，回火温度在600～660℃，时间≥3小时。

所述热处理后，对螺栓坯件进行硬度检测，选出硬度最高和硬度最低各一个螺栓进行常温拉伸、350℃屈服强度、HB硬度三类力学性能检测，其中螺栓直径≥15mm，增加0℃AKV冲击检测；具体检测标准如表1所示；检测不符合标准的重新进行一次完整热处理，仍不符合标准则报废处理。

表1：力学性能检测标准

所述的表面处理是锰磷化处理，锰磷化层厚度在5～10μm，优选6μm，锰磷化后要经过目测检测，除去锰磷化层脱皮现象的产品，最后在磷化层表面再涂上二硫化钼。

所述的探伤检验包括磁粉探伤和超声波探伤；螺栓直径≥25mm，进行磁粉探伤检测；螺栓直径≥50mm进行超声波探伤。

当磁粉探伤检验时，出现下列情况则不允许验收：

1、线性缺陷显示；2、尺寸超过3mm的圆形缺陷显示；3、间距小于3mm的三个或者三个以上排列成一直线的缺陷显示，或者间距在3mm～6mm之间，分布长度超过15mm之间的缺陷显示。

其中，两个相邻缺陷显示的间距小于较小缺陷长度的两倍时，可视为一个缺陷显示。该缺陷显示的累计长度等于两个缺陷显示长度之和再加上两者之间的间距。

当超声波探伤检验时，当螺栓做为承压边界的一部分时，检测时相邻两次扫查之间的重叠应至少为探头扫查宽度的20％。

表2：超声波记录准则

最后经探伤合格的螺栓套入螺纹网套进行保护包装。

采用上述方案后，本发明的有益效果是：本发明中采用的原材料中42CrMoE中Mn质量百分比为0.75％～1.00％，比传统钢材中Mn质量百分比(0.5％～0.8％)高，因为锰元素在炼钢过程中，是良好的脱氧剂和脱硫剂，锰元素较高的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，但是随着锰含量的增高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。因此本发明采用的原材料只是适当增多一点锰含量，这样的情况下只会提高钢材的强度、淬透性，改善钢的热加工性能，而不会减弱钢材的抗腐蚀能力，这比传统的钢材有突破性的提高。

热处理工艺中按照螺栓长度分开处理，因为网带炉对所热处理的螺栓长度有一定局限性，但是处理具有连续性，数量多，效率高；而井式炉体积大，适合处理较长的螺栓，但相对预热时间长。所以，集两者优势，再结合本发明中热处理的最理想的淬火、回火时间和温度，螺栓坯件满足各项力学性能要求，温度和时间控制不当都会直接影响螺栓的各项力学参数，甚至影响材料或内部形成裂纹或缺陷，本发明中的热处理工艺对其力学性能影响对照表如表3、表4所示。

表3：热处理加热温度、时间与螺栓力学性能对照表(＜0.5M)

表4：热处理加热温度、时间与螺栓力学性能对照表(≥0.5M)

本发明中表面处理采用锰磷化处理，使得磷化膜细腻，外表比一般磷化要美观；晶粒呈半球状、润滑性好，能够更好的和螺母进行配合使用；耐磨性能好，防腐能力强，在盐雾试验中可以达到96小时无锈斑，比一般的磷化、发黑处理的盐雾试验45小时无锈斑有了很大的提高。

本发明再配合各项检测和探伤检测，力学检测不合格的螺栓再重新进行一次热处理，使得经二次处理的螺栓常温拉伸、350℃屈服强度、HB硬度等力学性能得到满足，材料循环利用，减少浪费。经检测的产品，其次品率降至最低，从而质量上得到保证。最后再套入网套对螺纹进行精细保护。

具体实施方式

实施例一

核电螺栓生产工艺，工艺流程为坯件制备——热处理——探伤检验——表面处理。

采用42CrMoE钢材作为原材料，化学成分质量百分比为：C含量0.405％，Si含量0.23％，Mn含量0.78％，P含量0.012％，S含量0.013％，Cr含量0.94％，Mo含量0.17％，余量为Fe。原材料生产检验、下料、平面倒角、热处理、磨螺纹坯径、滚压螺纹。

热处理工艺对＜0.5M的螺栓和≥0.5M的螺栓分别进行淬火和回火处理。长度＜0.5M的螺栓，在网带炉中以合金钢淬火油为介质进行淬火，淬火温度在850℃，保温时间2小时。淬火后继续在网带炉中回火，回火温度温度在680℃，保温时间2.5小时。

长度≥0.5M的螺栓，在井式炉以机械油为介质进行淬火，淬火温度在850℃，保温时间2.5小时。淬火后继续在井式炉中回火，回火温度在600℃，时间3小时。

热处理后的螺栓坯件进行表面机加工、滚丝后、再做探伤检验，最后进行表面处理包括锰磷化处理(预脱脂→水漂洗→脱脂→水漂洗→酸洗→水漂洗→水漂洗→表调→磷化→水漂洗→热水漂洗→浸防锈油)，锰磷化层厚度在5～8μm，优选6μm。最后进行目视检测后套入螺纹网套进行保护包装。

实施例二

本实施例的原料和工艺流程如实施例一，不同的是热处理工艺中，长度＜0.5M的螺栓，淬火温度在860℃，保温时间2小时。淬火后继续在网带炉中回火，回火温度温度在630℃，保温时间2.5小时。

长度≥0.5M的螺栓，在井式炉以机械油为介质进行淬火，淬火温度在860℃，保温时间2.5小时。淬火后继续在井式炉中回火，回火温度在630℃，时间3小时。

实施例三

本实施例的工艺流程如实施例一，所不同的是原料和热处理工艺。

采用42CrMoE钢材作为原材料，化学成分质量百分比为：C含量0.38％，Si含量0.10％，Mn含量0.75％，P含量0.025％，S含量0.015％，Cr含量0.80％，Mo含量0.15％，余量为Fe。

长度＜0.5M的螺栓，淬火温度在860℃，保温时间2小时。淬火后继续在网带炉中回火，回火温度温度在620℃，保温时间2.5小时。

长度≥0.5M的螺栓，在井式炉以机械油为介质进行淬火，淬火温度在860℃，保温时间2.5小时。淬火后继续在井式炉中回火，回火温度在620℃，时间3小时。

实施例四

本实施例的工艺流程如实施例三，不同的是热处理工艺中，长度＜0.5M的螺栓，淬火温度在870℃，保温时间2小时。淬火后继续在网带炉中回火，回火温度温度在670℃，保温时间2.5小时。

长度≥0.5M的螺栓，在井式炉以机械油为介质进行淬火，淬火温度在870℃，保温时间2.5小时。淬火后继续在井式炉中回火，回火温度在650℃，时间3小时。

实施例五

采用42CrMoE钢材作为原材料，化学成分质量百分比为：C含量0.48％，Si含量0.40％，Mn含量1.00％，P含量0.020％，S含量0.013％，Cr含量1.15％，Mo含量0.30％，余量为Fe。

热处理工艺中，长度＜0.5M的螺栓，淬火温度在870℃，保温时间2小时。淬火后继续在网带炉中回火，回火温度温度在640℃，保温时间2.5小时。

长度≥0.5M的螺栓，在井式炉以机械油为介质进行淬火，淬火温度在870℃，保温时间2.5小时。淬火后继续在井式炉中回火，回火温度在640℃，时间3小时。

实施例六

本实施例的工艺流程如实施例一，不同的是热处理工艺中，热处理工艺中，长度＜0.5M的螺栓，淬火温度在880℃，保温时间2小时。淬火后继续在网带炉中回火，回火温度温度在650℃，保温时间2.5小时。

长度≥0.5M的螺栓，在井式炉以机械油为介质进行淬火，淬火温度在880℃，保温时间2.5小时。淬火后继续在井式炉中回火，回火温度在660℃，时间3小时。

Claims

1.核电螺栓生产工艺，采用42CrMoE钢材作为原材料，通过坯件制备——热处理——表面处理——探伤检验，其中原材料42CrMoE化学成分为中Mn质量百分比为0.75％～1.00％。

2.如权利要求1所述的核电螺栓生产工艺，其特征在于：所述的原材料42CrMoE化学成分的质量百分比为：C含量0.38％～0.48％，Si含量0.10％～0.40％，Mn含量0.75％～1.00％，P含量≤0.025％，S含量≤0.015％，Cr含量0.80％～1.15％，Mo含量0.15％～0.30％，余量为Fe。

3.如权利要求1所述的核电螺栓生产工艺，其特征在于：所述的坯件制备包括原材料生产检验、下料、平面倒角，经过热处理后再做磨螺纹坯径、滚压螺纹。

4.如权利要求1所述的核电螺栓生产工艺，其特征在于：所述的热处理工艺对＜0.5M的螺栓和≥0.5M的螺栓分别进行淬火和回火处理；

①、淬火，长度＜0.5M的螺栓，在网带炉中进行淬火，淬火温度在850～880℃，优选850～870℃，保温时间＞2小时，淬火介质为合金钢淬火油；长度≥0.5M的螺栓，采用井式炉淬火，淬火温度在850～880℃，淬火介质为机械油，保温时间≥2.5小时；

②、回火，长度＜0.5M的螺栓，在网带炉中进行回火，回火温度温度在600～680℃，优选620～650℃，保温时间＞2小时；长度≥0.5M的螺栓，采用井式炉回火，回火温度在600～680℃，时间≥3小时。

5.如权利要求1所述的核电螺栓生产工艺，其特征在于：所述热处理后，对螺栓坯件进行硬度检测，选出硬度最高和硬度最低各一个螺栓进行常温拉伸、350℃屈服强度、HB硬度三类力学性能检测，其中螺栓直径≥15mm，增加0℃AKV冲击检测；检测不符合标准的重新进行一次完整热处理，仍不符合标准则报废处理。

6.如权利要求5所述的核电螺栓生产工艺，其特征在于：所述螺栓检测标准如下表

7.如权利要求1所述的核电螺栓生产工艺，其特征在于：所述的表面处理是锰磷化处理，锰磷化层厚度在5～10μm，优选6μm，锰磷化后要经过目测检测，最后在磷化层表面再涂上二硫化钼。

8.如权利要求1所述的核电螺栓生产工艺，其特征在于：所述的探伤检验包括磁粉探伤和超声波探伤；螺栓直径≥25mm，进行磁粉探伤检测；螺栓直径≥50mm进行超声波探伤。

9.如权利要求1所述的核电螺栓生产工艺，其特征在于：经探伤合格的螺栓套入螺纹网套进行保护包装。