CN110964990A - 核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管及其短流程制备方法 - Google Patents

核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管及其短流程制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管及其短流程制备方法，本发明的高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管制备工艺，与常规工艺相比，节省镦粗拔长开坯与挤压开孔两道工序，减少锻造加热火次，缩短工艺流程，同时避免空心铸锭生产过程中容易出现裂纹与偏析缺陷而严重影响空心锻件质量的问题，并有效提高钢锭的利用率，此外充分利用锻造余热进行固溶时效处理，节约资源、降低成本。

Description

核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管及其短流程制备 方法
技术领域
本发明属于不锈钢材料及其制备工艺技术领域，具体涉及一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管短流程制备方法。
背景技术
作为主要电力来源，核电被推到代替化石能源的首位，拉开了大发展的序幕，核电技术经历了第一代、第二代技术，目前第三代技术已经成为主导，此外，全世界都在积极研发***、第五代核电技术，核电技术的发展必将快速带动核电装备的升级。核电装备中需要使用大量的高性能大直径壁厚不锈钢钢管，如连接反应堆压力容器和蒸汽发生器的主管道、以及控制棒驱动机构行程套管、波动管等大型管件，这些管件要求耐高温、耐高压和耐腐蚀。早期核电不锈钢管件普遍采用18-8型铸造奥氏体不锈钢，但存在强度不足和晶间腐蚀等问题，目前核电管件多采用锻造成形的316LN奥氏体不锈钢，具有强度高、塑韧好、耐晶间腐蚀性能强等特点。
然而，随着核电装备尺寸的大型化、复杂化、安全化发展，原有的奥氏体不锈钢管件性能难以满足要求。此外，在制造过程中，核电管件，如主管道，制备工艺流程包括：配料→电炉熔炼→AOD精炼→钢锭→电渣重熔→电渣锭→开坯→穿孔→锻造→固溶时效热处理→机加工→酸洗→产品，很显然制备技术要求高，如冶炼技术面临钢体纯度要求高、偏析缺陷少的难点，锻造技术也必须解决锻造温度窄、晶粒度大等难题，而且核电管件制备工艺流程长，资源消耗较多，增加经济成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管及其短流程制备方法，解决了核电用锻管制备工艺流程长、锻造缺陷多等技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管，其特征是，
所述不锈钢锻管材料化学成分按质量百分比计包括以下成分：C0.01～0.065、Si0.5～1.0、Mn 2.0～4.0、P≤0.03、S≤0.015、Cr 18～21、Ni 8.0～10.0、Cu 2.0～4.0、N0.2～0.4、Co≤0.10、B 0.1～0.50、Mo 2.5～3.5、Nb 0.10～0.20、Ti0.1～0.6、Al 0.05～0.12、Fe余量。
相应的，本发明还提供了一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管短流程制备方法，其特征是，具体包括以下过程：
第一步，配料→电炉熔炼→AOD精炼→钢锭；
第二步，切头/尾→电渣重熔→电渣空心锭；
第三步，径向锻造→管材；
第四步，固溶时效热处理→机加工；
第五步，酸洗→产品。
进一步的，第一步中所述配料→电炉熔炼→AOD精炼→钢锭具体包括：
按权利要求1所述组分含量进行原料配比，将原料烘烤后加入电弧炉进行熔炼，熔炼过程中，加入普通碎玻璃作为造渣材料，其加入的量约为原料总重量的1.5～3.0wt％，原料全熔为钢液后，减小电炉功率保持熔炼温度1620-1650℃，并倾炉扒渣，此后加入低碳锰铁和硅铁脱氧，随后增加电炉功率使钢液温度达1640～1680℃，进行多点喂铝脱氧；
采用氩氧脱碳熔炼过程中吹入氩气和氧气，氩气与氧气的比率随着熔炼过程中氧化反应的程度发生变化，直至最后停吹氧气，继续吹氩气以搅拌钢液，使精炼反应充分进行，流量为1～3m3/h，保持熔液温度1550～1580℃，随后熔液浇注入钢锭模内，熔液浇注入钢锭模内时采用下注法浇注，浇注时钢液流经有惰性气体保护的导流管，浇注过程中保持浇注口与模腔包口的垂直距离为50～100mm；浇注完后，在模腔冒口上覆盖保温剂，等自然冷却后获得不锈钢铸锭。
进一步的，第二步中所述切头/尾→电渣重熔→电渣空心锭包括：
切除不锈钢铸锭头尾后，进行电渣重熔，采用三相电渣炉熔炼，将石墨电极***预先放入导电渣的结晶器中，在结晶器中心轴线上放置直径350～500mm的实心圆锭，待熔渣温度达1600℃，化渣结束，抬升石墨电极，迅速下降自耗电极至结晶器中，自耗电极分为8支，均匀分布呈圆形分布，然后开始电渣重熔过程，电渣为20～25％CaO+75～80％CaF2+0.5～1％冰晶石，采用Ca：Si＝3：7的硅钙粉粘附在电极上脱氧，加入比例为0.5～0.6wt％，在炉底间隔90°布置吹氩气，流量为0.4～0.6L/min，时间为8～15min，待熔炼获得空心铸锭高0.8～1.5m时，将已凝固的空心铸锭向下抽出结晶器，抽锭速度逐渐从5.0mm/s降至2mm/s。熔炼初期电压从80V递减到50V，电流从14KA递减到13KA，在熔化期保持电压电流恒定，凝固末期进行补缩处理，最后进行模冷3～4h获得电渣空心铸锭。
进一步的，第三步中所述径向锻造→管材包括：
径向锻造过程中，以80℃/h将电渣空心铸锭缓慢加热到580～650℃保温0.5～1小时，再以100℃/h继续加热至1050～1150℃，保温1～2小时，随后在950～1000℃开始锻造，径向锻造过程中，铸锭坯料的角度旋转参数为12～18°/锤，坯料进给速度为8～10m/min，锻造分多个道次进行，每次锻造的坯料旋转角度以1°的角度逐渐增加，每次锻造的坯料进给速度以1m/min的速度逐渐降低，锻造比为2.3～4.0，终锻温度在860～890℃，冷却至550～590℃等温1.5～2小时，随后风冷至室温，最后获得锻管。
进一步的，第四步中所述固溶时效热处理→机加工包括：
在径向锻造等温处理后，利用锻造余热，锻管以≤100℃/h的加热速度在真空炉中加热到1000～1100℃保温1～4h进行固溶处理，然后采用水冷方式快速冷却到室温；随后锻管在430～480℃保温1.5～3.0h进行时效处理。
进一步的，第五步中所述酸洗→产品包括：
对不锈钢锻管进行酸洗钝化，获得不锈钢管材。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明的高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管制备工艺，与常规工艺相比，节省镦粗拔长开坯与挤压开孔两道工序，减少锻造加热火次，缩短工艺流程，同时避免空心铸锭生产过程中容易出现裂纹与偏析缺陷而严重影响空心锻件质量的问题，并有效提高钢锭的利用率，此外充分利用锻造余热进行固溶时效处理，节约资源、降低成本。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管，该不锈钢锻管材料化学成分按质量百分比计包括以下成分(wt％)：C(碳)0.01～0.065、Si(硅)0.5～1.0、Mn(锰)2.0～4.0、P(磷)≤0.03、S(硫)≤0.015、Cr(铬)18～21、Ni(镍)8.0～10.0、Cu(铜)2.0～4.0、N(氮)0.2～0.4、Co(钴)≤0.10、B(硼)0.1～0.50、Mo(钼)2.5～3.5、Nb(铌)0.10～0.20、Ti(钛)0.1～0.6、Al(铝)0.05～0.12、Fe余量。
主要成分作用及含量依据如下：
碳：在奥氏体不锈钢中碳含量越高，晶间腐蚀倾向越严重，但碳含量降低，强度降低，且形成弥散分布的碳化物强化相减少，为此，控制碳含量为0.01～0.065wt％。
硅：一方面，硅保障钢中的脱氧效果，另外一方面，固溶于奥氏体中提高奥氏体的强度，然而当硅含量大于1.0wt％时，带状组织较多、各项异性显著，为此，控制硅含量为0.5～1.0wt％。
锰：锰固溶于奥氏体中具有强化奥氏体的作用，从而代替碳含量的降低所造成的强度降低现象，此外锰元素也可以代替镍元素的作用，稳定奥氏体，使高温下形成的奥氏体组织能够保持到常温，，锰在奥氏体钢中稳定奥氏体的作用约为镍的1/2，从而弥补镍含量降低所引起奥氏体稳定性降低问题。本发明把锰含量控制在2.0～4.0wt％对保持钢的强度及奥氏体组织有利。
硫和磷：这两个元素的含量要求尽可能低，以减少它们带来的不利影响。
铬：提高奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性能，也能够在高温下形成保护膜，同时形成细小Cr7C3弥散分布，能够有利于提高奥氏体不锈钢基体强度，为此，铬控制在18～21wt％。
镍：是奥氏体形成元素，但其成本较高，且镍含量高会增加碳化物析出倾向，为此，本发明中用Mn、Cu、N元素代替Ni元素，控制镍含量在8.0～10.0wt％。
铜：铜是弱奥氏体形成元素，提高抗晶间腐蚀性能，能够形成纳米级析出物，提高强度，但含量较高时热成形性能降低，为此，控制铜含量为2.0～4.0wt％。
氮：能够代替镍元素，是奥氏体稳定元素，但因其为气体且含量过多容易形成BN，为此，控制氮含量为0.2～0.4wt％。
硼：添加硼有利于提高热成形性能，但含量较高时容易与氮元素作用生产BN，从而消除奥氏体中氮的有益作用，为此，控制硼含量为0.1～0.50wt％。
钼：随钼含量的增加，奥氏体不锈钢的高温强度提高，但含量较高时，热加工性能变差，且耐晶间腐蚀性能降低，为此，控制钼含量为2.5～3.5wt％。
铌：能够强化奥氏体不锈钢基体，优先形成Nb(C,N)，减少Cr23C6的析出，提高耐晶间腐蚀性能，但铌含量较高容易造成韧性降低，故铌含量为0.10～0.20wt％。
钛：能够避免晶界贫铬，提高耐晶间腐蚀性能，有利于促进奥氏体组织的形成，但钛含量过高时容易形成TiN等夹杂物，为此，钛含量为0.1～0.6wt％。
铝：主要作为脱氧剂，同时能够强化奥氏体不锈钢基体，提高强度，但含量高时容易形成AlN夹杂，消除N的作用，为此，铝含量为0.05～0.12wt％。
相应的，本发明的一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管短流程制备方法，具体包括以下过程：
该不锈钢锻管的制备工艺流程为：配料→电炉熔炼→AOD精炼→钢锭→切头/尾→电渣重熔→电渣空心锭→径向锻造→管材→固溶时效热处理→机加工→酸洗→产品。具体工艺如下：
第一步，按以上组分含量进行原料配比，为避免原料中气体带入熔炼炉中，将原料烘烤后加入电弧炉进行熔炼，熔炼过程中，加入普通碎玻璃(主要成分为Na2O·CaO·6SiO2)作为造渣材料，其加入的量约为原料总重量的1.5～3.0wt％，原料全熔为钢液后，减小电炉功率保持熔炼温度1620-1650℃，并倾炉扒渣，此后加入低碳锰铁和硅铁脱氧，随后增加电炉功率使钢液温度达1640～1680℃，进行多点喂铝脱氧，分别在熔炼炉口的半径1/2处进行4或8点喂铝，速度约为1.0～1.5kg/t；采用氩氧脱碳(AOD)熔炼过程中吹入氩气和氧气，氩气与氧气的比率随着熔炼过程中氧化反应的程度发生变化，依此为4:1、3:1、1:1、1:3、1:6，直至最后停吹氧气，继续吹氩气以搅拌钢液，使精炼反应充分进行，流量为1～3m3/h，浇注前AOD炉静置约5～10分钟，保持熔液温度1550～1580℃，随后浇注入钢锭模内，浇注前钢锭模保持无油、无水、无锈，并在300～450℃烘烤1～2小时，采用下注法浇注，浇注时钢液流经有惰性气体保护的导流管，浇注过程中保持浇注口与模腔包口的垂直距离为50～100mm，避免钢液中的Cr、Mn、Si等元素与空气中的氧、氮反应，浇注完后，在模腔冒口上覆盖草木灰等保温剂，等自然冷却后获得不锈钢铸锭。
第二步，切除不锈钢铸锭头尾后，进行电渣重熔，采用三相电渣炉熔炼，将石墨电极***预先放入导电渣的结晶器中，在结晶器中心轴线上放置直径350～500mm的实心圆锭，待熔渣温度达1600℃，化渣结束，抬升石墨电极，迅速下降自耗电极至结晶器中，自耗电极分为8支，均匀分布呈圆形分布，然后开始电渣重熔过程，电渣为20～25％CaO+75～80％CaF2+0.5～1％冰晶石，采用Ca：Si＝3：7的硅钙粉粘附在电极上脱氧，加入比例为0.5～0.6wt％，在炉底间隔90°布置吹氩气，流量为0.4～0.6L/min，时间为8～15min，待熔炼获得空心铸锭高0.8～1.5m时，将已凝固的空心铸锭向下抽出结晶器，抽锭速度逐渐从5.0mm/s降至2mm/s。熔炼初期电压从80V递减到50V，电流从14KA递减到13KA，在熔化期保持电压电流恒定，凝固末期进行补缩处理：12000A(18min)→8500A(18min)→6000A(10～15min)→3500A(5～8min)→2000A(2～4min)→0，最后进行模冷3～4h获得电渣空心铸锭，电渣空心铸锭尺寸约Φ550～700mm×1700～3000mm壁厚200～300mm。
第三步，径向锻造过程中，以80℃/h将电渣空心铸锭缓慢加热到580～650℃保温0.5～1小时，再以100℃/h继续加热至1050～1150℃，保温1～2小时，随后在950～1000℃开始锻造，径向锻造过程中，铸锭坯料的角度旋转参数为12～18°/锤，坯料进给速度为8～10m/min，锻造分多个道次进行，每次锻造的坯料旋转角度以1°的角度逐渐增加，每次锻造的坯料进给速度以1m/min的速度逐渐降低，锻造比为2.3～4.0，终锻温度在860～890℃，冷却至550～590℃等温1.5～2小时，随后风冷至室温，最后获得锻管。锻管尺寸内径不小于500mm或壁厚不小于60mm。
第四步，在径向锻造等温处理后，利用锻造余热，锻管以≤100℃/h的加热速度在真空炉中加热到1000～1100℃保温1～4h进行固溶处理，然后采用水冷方式快速冷却到室温，锻管应完全浸没水中，用水循环，水温不超过60℃；随后锻管在430～480℃保温1.5～3.0h进行时效处理。
第五步，进行酸洗钝化，酸洗液为：20％硝酸+5％氢氟酸+5％膦羧酸+70％水，之后对时效热处理后的不锈钢管材进行探伤，将合格的管材进行标识入库。
利用该方法制备的大型不锈钢锻管，具有核I、II安全性能，能够作为核电管道部件使用，可以代替316、316L等不锈钢，且性能更加优异，通过本技术制备的大直径厚壁不锈钢锻管晶粒度6～8级，A、B、C、D类夹杂物小于1级，室温下，抗拉强度Rm≥600MPa、屈服强度Rp0.2≥300MPa、面缩率A≥35％，高温360℃，抗拉强度Rm≥450MPa、屈服强度Rp0.2≥200MPa、面缩率A≥45％，冲击韧性KV≥100J，在水压实验中，在26.2MPa压力下保持15min，锻管无任何冒汗或渗漏现象，无异常声音和可见变形。依据标准，锻管晶间腐蚀后弯曲实验中在100倍和200倍显微镜下无明显裂纹。
本发明的高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管制备工艺，与常规工艺相比，节省镦粗拔长开坯与挤压开孔两道工序，减少锻造加热火次，缩短工艺流程，同时避免空心钢铸锭生产过程中容易出现裂纹与偏析缺陷而严重影响空心锻件质量的问题，并有效提高钢锭的利用率，此外充分利用锻造余热进行固溶时效处理，节约资源、降低成本。
实施例1
根据前面所述本发明的核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管各组分含量，各实施例奥氏体不锈钢锻管产品的不同组分含量如表1所示。
表1实施例的化学成分(wt％)
Figure BDA0002268062400000091
本发明实施例中上述一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管短流程制备工艺，该制备工艺流程包括：配料→电炉熔炼→AOD精炼→钢锭→切头/尾→电渣重熔→电渣空心锭→径向锻造→管材→固溶时效热处理→机加工→酸洗→产品。具体操作工艺如下。
第一步，按实施例1组分含量进行原料配比，为避免原料中气体带入熔炼炉中，将原料烘烤后加入电弧炉进行熔炼，熔炼过程中，加入普通碎玻璃(主要成分为Na2O·CaO·6SiO2)作为造渣材料，其加入的量约为原料总重量的1.5wt％，原料全熔为钢液后，减小电炉功率保持熔炼温度1620℃，并倾炉扒渣，此后加入低碳锰铁和硅铁脱氧，随后增加电炉功率使钢液温度达1640℃，进行多点喂铝脱氧，分别在熔炼炉口的半径1/2处进行4或8点喂铝，速度约为1.0kg/t；采用氩氧脱碳(AOD)熔炼过程中吹入氩气和氧气，氩气与氧气的比率随着熔炼过程中氧化反应的程度进行调整，依此为4:1、3:1、1:1、1:3、1:6，直至最后停吹氧气，继续吹氩气以搅拌钢液，使精炼反应充分进行，流量为1m3/h，浇注前AOD炉静置约5分钟，保持熔液温度1550℃，随后浇注入钢锭模内，浇注前钢锭模保持无油、无水、无锈，并在300℃烘烤1小时，采用下注法浇注，浇注时钢液流经有惰性气体保护的导流管，浇注过程中保持浇注口与模腔包口的垂直距离为50mm，避免钢液中的Cr、Mn、Si等元素与空气中的氧、氮反应，浇注完后，在模腔冒口上覆盖草木灰等保温剂，等自然冷却后获得不锈钢铸锭。
第二步，切除不锈钢铸锭头尾后，进行电渣重熔，采用三相电渣炉熔炼，将石墨电极***预先放入导电渣的结晶器中，在结晶器中心轴线上放置直径350mm的实心圆锭，待熔渣温度达1600℃，化渣结束，抬升石墨电极，迅速下降自耗电极至结晶器中，自耗电极分为8支，均匀分布呈圆形分布，然后开始电渣重熔过程，电渣为20～25％CaO+75～80％CaF2+0.5～1％冰晶石，采用Ca：Si＝3：7的硅钙粉粘附在电极上脱氧，加入比例为0.5wt％，在炉底间隔90°布置吹氩气，流量为0.4L/min，时间为8min，待熔炼获得空心铸锭高0.8.m度时，将已凝固的空心铸锭向下抽出结晶器，抽锭速度逐渐从5.0mm/s降至2mm/s。熔炼初期电压从80V递减到50V，电流从14KA递减到13KA，在熔化期保持电压电流恒定，凝固末期进行补缩处理：12000A(18min)→8500A(18min)→6000A(10～15min)→3500A(5～8min)→2000A(2～4min)→0，最后进行模冷3h获得电渣空心铸锭，电渣空心铸锭尺寸约Φ550mm×1700mm壁厚200mm。
第三步，径向锻造过程中，以80℃/h将电渣空心铸锭缓慢加热到580℃保温0.5小时，再以100℃/h继续加热至1050℃，保温1小时，随后在950℃开始锻造，径向锻造过程中，铸锭坯料的角度旋转参数为12°/锤，坯料进给速度为8m/min，锻造分多个道次进行，每次锻造的坯料旋转角度以1°的角度逐渐增加，每次锻造的坯料进给速度以1m/min的速度逐渐降低，锻造比为4.0，终锻温度在860℃，冷却至550℃等温2小时，随后风冷至室温，最后获得锻管。锻管尺寸内径510mm壁厚60mm。
第四步，在径向锻造等温处理后，利用锻造余热，锻管以≤100℃/h的加热速度在真空炉中加热到1000℃保温4h进行固溶处理，然后采用水冷方式快速冷却到室温，锻管应完全浸没水中，用水循环，水温不超过60℃；随后锻管在430℃保温3.0h进行时效处理。
第五步，进行酸洗钝化，酸洗液为：20％硝酸+5％氢氟酸+5％膦羧酸+70％水，之后对时效热处理后的不锈钢管材进行探伤，将合格的管材进行标识入库。
通过本技术制备的大直径厚壁不锈钢锻管晶粒度8级，A、B、C、D类夹杂物为0.5级。
室温下，Rm＝620MPa、Rp0.2＝310MPa、A＝35％；高温360℃，Rm＝460MPa、Rp0.2＝220MPa、A＝45％，冲击韧性KV＝110J。
在水压实验中，在26.2MPa压力下保持15min，锻管无任何冒汗或渗漏现象，无异常声音和可见变形。依据标准，锻管晶间腐蚀后弯曲实验中在100倍和200倍显微镜下无明显裂纹。
实施例2
第一步，按按实施2组分含量进行原料配比，为避免原料中气体带入熔炼炉中，将原料烘烤后加入电弧炉进行熔炼，熔炼过程中，加入普通碎玻璃(主要成分为Na2O·CaO·6SiO2)作为造渣材料，其加入的量约为原料总重量的3.0wt％，原料全熔为钢液后，减小电炉功率保持熔炼温度1650℃，并倾炉扒渣，此后加入低碳锰铁和硅铁脱氧，随后增加电炉功率使钢液温度达1680℃，进行多点喂铝脱氧，分别在熔炼炉口的半径1/2处进行4或8点喂铝，速度约为1.5kg/t；采用氩氧脱碳(AOD)熔炼过程中吹入氩气和氧气，氩气与氧气的比率随着熔炼过程中氧化反应的程度发生变化，依此为4:1、3:1、1:1、1:3、1:6，直至最后停吹氧气，继续吹氩气以搅拌钢液，使精炼反应充分进行，流量为3m3/h，浇注前AOD炉静置约10分钟，保持熔液温度1580℃，随后浇注入钢锭模内，浇注前钢锭模保持无油、无水、无锈，并在450℃烘烤1小时，采用下注法浇注，浇注时钢液流经有惰性气体保护的导流管，浇注过程中保持浇注口与模腔包口的垂直距离为100mm，避免钢液中的Cr、Mn、Si等元素与空气中的氧、氮反应，浇注完后，在模腔冒口上覆盖草木灰等保温剂，等自然冷却后获得不锈钢铸锭。
第二步，切除不锈钢铸锭头尾后，进行电渣重熔，采用三相电渣炉熔炼，将石墨电极***预先放入导电渣的结晶器中，在结晶器中心轴线上放置直径500mm的实心圆锭，待熔渣温度达1600℃，化渣结束，抬升石墨电极，迅速下降自耗电极至结晶器中，自耗电极分为8支，均匀分布呈圆形分布，然后开始电渣重熔过程，电渣为20～25％CaO+75～80％CaF2+0.5～1％冰晶石，采用Ca：Si＝3：7的硅钙粉粘附在电极上脱氧，加入比例为0.6wt％，在炉底间隔90°布置吹氩气，流量为0.6L/min，时间为15min，待熔炼获得空心铸锭高1.5m时，将已凝固的空心铸锭向下抽出结晶器，抽锭速度逐渐从5.0mm/s降至2mm/s。熔炼初期电压从80V递减到50V，电流从14KA递减到13KA，在熔化期保持电压电流恒定，凝固末期进行补缩处理：12000A(18min)→8500A(18min)→6000A(10～15min)→3500A(5～8min)→2000A(2～4min)→0，最后进行模冷3～4h获得电渣空心铸锭，电渣空心铸锭尺寸约Φ700mm×3000mm壁厚300mm。
第三步，径向锻造过程中，以80℃/h将电渣空心铸锭缓慢加热到650℃保温0.5小时，再以100℃/h继续加热至1150℃，保温1小时，随后在1000℃开始锻造，径向锻造过程中，铸锭坯料的角度旋转参数为18°/锤，坯料进给速度为10m/min，锻造分多个道次进行，每次锻造的坯料旋转角度以1°的角度逐渐增加，每次锻造的坯料进给速度以1m/min的速度逐渐降低，锻造比为2.3，终锻温度在890℃，冷却至590℃等温1.5小时，随后风冷至室温，最后获得锻管。锻管尺寸内径550mm壁厚65mm。
第四步，在径向锻造等温处理后，利用锻造余热，锻管以≤100℃/h的加热速度在真空炉中加热到1100℃保温1h进行固溶处理，然后采用水冷方式快速冷却到室温，锻管应完全浸没水中，用水循环，水温不超过60℃；随后锻管在480℃保温1.5h进行时效处理。
第五步，进行酸洗钝化，酸洗液为：20％硝酸+5％氢氟酸+5％膦羧酸+70％水，之后对时效热处理后的不锈钢管材进行探伤，将合格的管材进行标识入库。
通过本技术制备的大直径厚壁不锈钢锻管晶粒度6级，A、B、C、D类夹杂物为1级。
室温下，Rm＝660MPa、Rp0.2＝330MPa、A＝38％；高温360℃，Rm＝490MPa、Rp0.2＝270MPa、A＝49％，冲击韧性KV＝140J。
在水压实验中，在26.2MPa压力下保持15min，锻管无任何冒汗或渗漏现象，无异常声音和可见变形。依据标准，锻管晶间腐蚀后弯曲实验中在100倍和200倍显微镜下无明显裂纹。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管，其特征是，
所述不锈钢锻管材料化学成分按质量百分比计包括以下成分：C0.01～0.065、Si 0.5～1.0、Mn 2.0～4.0、P≤0.03、S≤0.015、Cr 18～21、Ni 8.0～10.0、Cu 2.0～4.0、N 0.2～0.4、Co≤0.10、B 0.1～0.50、Mo 2.5～3.5、Nb 0.10～0.20、Ti0.1～0.6、Al 0.05～0.12、Fe余量。
2.一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管短流程制备方法，其特征是，具体包括以下过程：
第一步，配料→电炉熔炼→AOD精炼→钢锭；
第二步，切头/尾→电渣重熔→电渣空心锭；
第三步，径向锻造→管材；
第四步，固溶时效热处理→机加工；
第五步，酸洗→产品。
3.根据权利要求2所述的一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管短流程制备方法，其特征是，第一步中所述配料→电炉熔炼→AOD精炼→钢锭具体包括：
按权利要求1所述组分含量进行原料配比，将原料烘烤后加入电弧炉进行熔炼，熔炼过程中，加入普通碎玻璃作为造渣材料，其加入的量约为原料总重量的1.5～3.0wt％，原料全熔为钢液后，减小电炉功率保持熔炼温度1620-1650℃，并倾炉扒渣，此后加入低碳锰铁和硅铁脱氧，随后增加电炉功率使钢液温度达1640～1680℃，进行多点喂铝脱氧；
采用氩氧脱碳熔炼过程中吹入氩气和氧气，氩气与氧气的比率随着熔炼过程中氧化反应的程度发生变化，直至最后停吹氧气，继续吹氩气以搅拌钢液，使精炼反应充分进行，流量为1～3m3/h，保持熔液温度1550～1580℃，随后熔液浇注入钢锭模内，熔液浇注入钢锭模内时采用下注法浇注，浇注时钢液流经有惰性气体保护的导流管，浇注过程中保持浇注口与模腔包口的垂直距离为50～100mm；浇注完后，在模腔冒口上覆盖保温剂，等自然冷却后获得不锈钢铸锭。
4.根据权利要求3所述的一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管短流程制备方法，其特征是，第二步中所述切头/尾→电渣重熔→电渣空心锭包括：
切除不锈钢铸锭头尾后，进行电渣重熔，采用三相电渣炉熔炼，将石墨电极***预先放入导电渣的结晶器中，在结晶器中心轴线上放置直径350～500mm的实心圆锭，待熔渣温度达1600℃，化渣结束，抬升石墨电极，迅速下降自耗电极至结晶器中，自耗电极分为8支，均匀分布呈圆形分布，然后开始电渣重熔过程，电渣为20～25％CaO+75～80％CaF2+0.5～1％冰晶石，采用Ca：Si＝3：7的硅钙粉粘附在电极上脱氧，加入比例为0.5～0.6wt％，在炉底间隔90°布置吹氩气，流量为0.4～0.6L/min，时间为8～15min，待熔炼获得空心铸锭高0.8～1.5m时，将已凝固的空心铸锭向下抽出结晶器，抽锭速度逐渐从5.0mm/s降至2mm/s。熔炼初期电压从80V递减到50V，电流从14KA递减到13KA，在熔化期保持电压电流恒定，凝固末期进行补缩处理，最后进行模冷3～4h获得电渣空心铸锭。
5.根据权利要求4所述的一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管短流程制备方法，其特征是，第三步中所述径向锻造→管材包括：
径向锻造过程中，以80℃/h将电渣空心铸锭缓慢加热到580～650℃保温0.5～1小时，再以100℃/h继续加热至1050～1150℃，保温1～2小时，随后在950～1000℃开始锻造，径向锻造过程中，铸锭坯料的角度旋转参数为12～18°/锤，坯料进给速度为8～10m/min，锻造分多个道次进行，每次锻造的坯料旋转角度以1°的角度逐渐增加，每次锻造的坯料进给速度以1m/min的速度逐渐降低，锻造比为2.3～4.0，终锻温度在860～890℃，冷却至550～590℃等温1.5～2小时，随后风冷至室温，最后获得锻管。
6.根据权利要求5所述的一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管短流程制备方法，其特征是，第四步中所述固溶时效热处理→机加工包括：
在径向锻造等温处理后，利用锻造余热，锻管以≤100℃/h的加热速度在真空炉中加热到1000～1100℃保温1～4h进行固溶处理，然后采用水冷方式快速冷却到室温；随后锻管在430～480℃保温1.5～3.0h进行时效处理。
7.根据权利要求6所述的一种核电用高性能大直径厚壁奥氏体不锈钢锻管短流程制备方法，其特征是，第五步中所述酸洗→产品，包括：
对不锈钢锻管进行酸洗钝化，获得不锈钢管材。
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