CN112575248A - 一种核电堆内构件导向结构用合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种核电堆内构件导向结构用合金材料，化学成分按质量百分比为：C：0.03‑0.08%，Si：≤1.00%，Mn：1.00‑2.00%，P：≤0.025%，S：≤0.015%，Al：≤0.35%，B：0.001‑0.010%，Cr：13.50‑16.00%，Mo：1.00‑1.50%，Ni：24.00‑27.00%，V：0.10‑0.50%，Ti：1.90‑2.30%，Co：≤0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的制备方法包括原材料准备、感应炉冶炼、电渣重熔、锻造、热处理、取样检验分析、精车、抛光、目视检查、液体渗透检验、超声波检验、缺陷清除等步骤，采用感应炉冶炼+电渣重熔双联冶炼工艺，且原料经烘烤脱气后使用，能够有效地提高合金的纯净度，提升合金组织均匀性，进而提升合金的综合性能，采用本发明制备的合金材料，应用于堆内构件的制造中，可延长使用寿命。

Description

一种核电堆内构件导向结构用合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及核电合金材料领域，尤其涉及一种核电堆内构件导向结构用合金材料及其制备方法。
背景技术
堆内构件是反应堆本体结构中的重要设备之一，对保证反应堆压力容器***的绝对安全可靠至关重要，其安装在反应堆压力容器内，容纳并支承堆芯，与反应堆压力容器、控制棒驱动机构、燃料组件及相关组件等设备组合在一起实现反应堆功能。堆内构件长期在高温、高压和高辐照的环境条件下运行，并承受冷却剂的高速冲刷，环境条件十分苛刻。堆内构件导向结构在反应堆内起着支承、导向、定位作用，在选材时需要选择具有抗辐照、耐腐蚀、抗冲击、耐疲劳、塑韧性大、高温性能好、导热性能好、与冷却剂相容性好、热膨胀系数小等特点。随着核动力技术的不断进步和发展，核反应堆的应用领域也不断扩大，为了保证反应堆能安全可靠地运行，对堆内构件导向结构的材料性能提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种核电堆内构件导向结构用合金材料及其制备方法，保证合金组织均匀，提高合金综合性能。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种核电堆内构件导向结构用合金材料，化学成分按质量百分比为：C：0.03-0.08％，Si：≤1.00％，Mn：1.00-2.00％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Al：≤0.35％，B：0.001-0.010％，Cr：13.50-16.00％，Mo： 1.00-1.50％，Ni：24.00-27.00％，V：0.10-0.50％，Ti：1.90-2.30％， Co：≤0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，核电堆内构件导向结构用合金材料的化学成分按质量百分比为：C：0.05-0.08％，Si：0.03-0.08％，Mn：1.20-2.00％，P：≤0.020％， S：≤0.010％，Al：≤0.35％，B：0.001-0.010％，Cr：13.50-16.00％， Mo：1.20-1.50％，Ni：25.00-27.00％，V：0.10-0.50％，Ti：1.90-2.30％， Co：0.05-0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，核电堆内构件导向结构用合金材料的化学成分按质量百分比为：C：0.06％，Si：0.05％，Mn：1.65％，P：≤0.010％，S：≤0.008％， Al：0.30％，B：0.008％，Cr：15.50％，Mo：1.35％，Ni：26.5％，V： 0.35％，Ti：2.15％，Co：0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供一种核电堆内构件导向结构用合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：原材料准备：按照设计成分配料，原材料经烘烤脱气后使用；
步骤S2：感应炉冶炼：采用5T感应炉进行冶炼生产，熔化温度 1393℃-1427℃，精炼温度1520℃-1540℃，精炼时间大于35分钟，出钢温度1540℃-1560℃；
步骤S3：电渣重熔：采用3T和1T电渣炉进行电渣重熔，3T炉电渣电流：9000A-12000A，电渣电压：50V-55V；1T炉电渣电流：4000A-6000A，电渣电压：50V-55V，电渣重熔后形成3T和1T钢锭；电渣后期进行补缩操作，补缩时间大于25分钟，空冷；
步骤S4：锻造：(1)钢锭加热至温度1100℃-1150℃；保温大于 2小时；(2)开锻温度大于1020℃；停锻温度大于950℃；(3)锻件两端部切除，头部不小于2％，尾部不少于1.5％；
步骤S5：热处理：锻件经粗车后形成钢棒，进行固溶热处理以及时效硬化热处理，固溶热处理温度：980℃±15℃，保温至少1小时，油淬或水淬；时效硬化热处理温度：725℃±10℃，保温至少16小时，空冷；热处理时至少在棒材互成180°的地方各布置1个热电偶监测零件温度，批量热处理时至少在中心处棒材和边缘处棒材上各布置1个热电偶；保温期间热电偶之间的温度差不超过20℃；
步骤S6：取样检验分析：取样试料在固溶热处理和时效硬化热处理步骤之后截取或切下，取自棒材的超长部分并作标记；试验项目包括金相检验、力学性能和成分分析，其中，金相检验包括晶粒度检验和非金属夹杂物检验，力学性能包括室温拉伸、高温拉伸、室温冲击和硬度试验，成分分析的试样取自每个破断的室温拉伸试样的端部，或者在试料上邻近力学性能试样的位置取样；
步骤S7：精车：车床加工棒材成品；
步骤S8：抛光：按先粗后细的顺序采用抛光布对棒材表面进行抛光，抛光后棒材的表面粗糙度满足Ra≤6.3μm；
步骤S9：目视检查：检验棒材表面以确保金属完好性，棒材表面无瑕疵、裂纹、划伤或有损于使用的其他缺陷；
步骤S10：液体渗透检验；
步骤S11：超声波检验；
步骤S12：缺陷清除：采用磨削法清除棒材表面缺陷，磨削后的棒材尺寸应在允许的尺寸公差范围内；打磨区应与邻近表面平滑衔接；磨削时应避免过热，并使用无铁金刚砂轮；消除缺陷后进行液体渗透检验，以确保缺陷已被完全清除；
步骤S13：尺寸检查：采用卡尺或千分尺对棒材进行逐根检查，保证棒材尺寸满足技术要求；
步骤S14：标记：在每件交货状态的棒材上至少标记以下内容：合同号或订单号、采购技术规格书编号、材料牌号、材料规格、熔炼炉号、热处理炉号和件号；
步骤S15：清洁、包装和运输。
优选地，所述步骤S3还包括浇包分析的步骤，浇包分析在钢锭浇铸时取样，取样数量为1次/炉。
优选地，所述步骤S6中，试验用试样的关键区域与棒材端部的距离不小于棒材直径。
优选地，所述步骤S6中，晶粒度检验的标准为：棒材的晶粒度不低于4级。
优选地，所述步骤S10中，液体渗透检验的记录条件为：尺寸大于或等于1mm的缺陷必须记录；验收标准为：呈现以下显示的缺陷不得验收：a)线性显示；b)尺寸大于3mm的非线性显示；c)边缘间距小于3mm的3个或3个以上排成一直线的显示；d)在100cm2矩形表面上有5个或5个以上的线性显示，该矩形选自显示最严重的部位，且边长不超过20cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明合理设计合金成分，成品具有耐腐蚀、抗冲击、耐疲劳、塑韧性大、高温性能好、导热性能好、与冷却剂相容性好、热膨胀系数小等特点；Cr增强合金的抗氧化和耐腐蚀性能，Mo能够细化晶粒，提高淬透性和热强性能，使合金在高温时保持足够的强度和抗蠕变性能，Ni提高合金的强度和耐腐蚀性，同时保持良好的塑性和韧性，加入Al、Ti、Mn、V用于脱氧脱硫，能够细化晶粒，增强组织致密性，提高合金的强度、韧性、抗氧化和耐腐蚀能力，加入微量的B改善合金的致密性，提高强度，Co提高合金的热强性和高温硬度，增强韧性，提高合金的抗氧化和耐腐蚀性能。本发明采用感应炉冶炼+电渣重熔双联冶炼工艺，且原料经烘烤脱气后使用，能够有效地提高合金的纯净度，提升合金组织均匀性，进而提升合金的综合性能，采用本发明制备的合金材料，应用于堆内构件的制造中，可延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明的一种核电堆内构件导向结构用合金材料的制备方法的流程图；
图2为步骤S4中锻件与钢锭的位置示意图；
图3为步骤S5中的固溶+时效硬化曲线图；
图4为步骤S5中的热电偶在棒材中的位置示意图；
图5为成品结构示意图。
图中，10-钢锭，20-锻件，30-棒材，40-热电偶，50-成品。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
本发明的一种核电堆内构件导向结构用合金材料，化学成分按质量百分比为：C：0.03-0.08％，Si：≤1.00％，Mn：1.00-2.00％，P：≤0.025％， S：≤0.015％，Al：≤0.35％，B：0.001-0.010％，Cr：13.50-16.00％， Mo：1.00-1.50％，Ni：24.00-27.00％，V：0.10-0.50％，Ti：1.90-2.30％， Co：≤0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。采用此成分配比的合金材料，具有耐腐蚀、抗冲击、耐疲劳、塑韧性大、高温性能好、导热性能好、与冷却剂相容性好、热膨胀系数小等特点。
Cr增强合金的抗氧化和耐腐蚀性能，Mo能够细化晶粒，提高淬透性和热强性能，使合金在高温时保持足够的强度和抗蠕变性能， Ni提高合金的强度和耐腐蚀性，同时保持良好的塑性和韧性，加入 Al、Ti、Mn、V用于脱氧脱硫，能够细化晶粒，增强组织致密性，提高合金的强度、韧性、抗氧化和耐腐蚀能力，加入微量的B改善合金的致密性，提高强度，Co提高合金的热强性和高温硬度，增强韧性，提高合金的抗氧化和耐腐蚀性能。
优选地，核电堆内构件导向结构用合金材料的化学成分按质量百分比为：C：0.05-0.08％，Si：0.03-0.08％，Mn：1.20-2.00％，P：≤0.020％， S：≤0.010％，Al：≤0.35％，B：0.001-0.010％，Cr：13.50-16.00％， Mo：1.20-1.50％，Ni：25.00-27.00％，V：0.10-0.50％，Ti：1.90-2.30％，Co：0.05-0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在一具体实施例中，核电堆内构件导向结构用合金材料的化学成分按质量百分比为：C：0.06％，Si：0.05％，Mn：1.65％，P：≤0.010％， S：≤0.008％，Al：0.30％，B：0.008％，Cr：15.50％，Mo：1.35％， Ni：26.5％，V：0.35％，Ti：2.15％，Co：0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质。
请参见图1，本发明还提供一种核电堆内构件导向结构用合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：原材料准备：按照设计成分配料，原材料经烘烤脱气后使用。原材料必须满足冶炼质量技术要求。
步骤S2：感应炉冶炼：采用5T感应炉进行冶炼生产，熔化温度 1393℃-1427℃，精炼温度1520℃-1540℃，精炼时间大于35分钟，出钢温度1540℃-1560℃。原材料经过烘烤脱气后再进行冶炼，能够降低杂质含量，提高合金组织均匀性。
步骤S3：电渣重熔：采用3T和1T电渣炉进行电渣重熔，3T炉电渣电流：9000A-12000A，电渣电压：50V-55V；1T炉电渣电流： 4000A-6000A，电渣电压：50V-55V，电渣重熔后形成3T和1T钢锭；电渣后期进行补缩操作，补缩时间大于25分钟，空冷。电渣重熔步骤能够有效提高合金的纯净度，提高组织均匀性，进而提升合金的综合性能。
电渣重熔过程中还包括浇包分析的步骤，浇包分析在钢锭浇铸时取样，取样数量为1次/炉，浇包的化学成分应满足：C：0.03-0.08％，Si：≤1.00％，Mn：1.00-2.00％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Al：≤0.35％，B：0.001-0.010％，Cr：13.50-16.00％，Mo：1.00-1.50％， Ni：24.00-27.00％，V：0.10-0.50％，Ti：1.90-2.30％，Co：≤0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。
步骤S4：锻造：(1)钢锭加热至温度1100℃-1150℃；保温大于 2小时；(2)开锻温度大于1020℃；停锻温度大于950℃；(3)锻件两端部切除，头部不小于2％，尾部不少于1.5％。请参见图2，图2 为锻件20与钢锭10的位置示意图，锻造时，锻件20应处于钢锭10 的中间部位。
步骤S5：热处理：锻件20经粗车后形成钢棒30，之后进行固溶热处理以及时效硬化热处理，请参见图3，图3为固溶+时效硬化曲线图，固溶热处理温度：980℃±15℃，保温至少1小时，油淬或水淬；时效硬化热处理温度：725℃±10℃，保温至少16小时，空冷；热处理时至少在棒材互成180°的地方各布置1个热电偶监测零件温度，请参见图4，图4为本发明一实施例中热电偶40在棒材中的位置示意图；批量热处理时至少在中心处棒材和边缘处棒材上各布置1个热电偶，这里的批量，是指来自同一炉号、直径相同、经过相同的生产工艺和热处理的棒材，每批不超过1000kg；保温期间热电偶之间的温度差不超过20℃，保证热处理均匀性。
步骤S6：取样检验分析：取样试料在固溶热处理和时效硬化热处理步骤之后截取或切下，取自棒材的超长部分并作标记；试料要具有足够大的尺寸，以保证试验和复验所需全部试样的截取；试验用试样的关键区域与棒材端部的距离不小于棒材直径；试验项目包括金相检验、力学性能和成分分析，其中，金相检验包括晶粒度检验和非金属夹杂物检验，力学性能包括室温拉伸、高温拉伸、室温冲击和硬度试验，成分分析的试样取自每个破断的室温拉伸试样的端部，或者在试料上邻近力学性能试样的位置取样。试验项目及试验条件参见表1：
表1：试验项目及试验条件表
Figure BDA0002750850690000091
金相检验的项目及要求如表2所示，非金属夹杂物的检验需要按照GB/T 10561的规定，用A法对非金属夹杂物进行评级：
表2：金相检验项目及要求表
Figure BDA0002750850690000092
力学性能试验包括室温拉伸、高温拉伸、室温冲击和硬度试验，试样尺寸、试验方法按照MC1000的要求进行，力学性能试验要求(规定值)参见表3：
表3：力学性能要求(规定值)表
Figure BDA0002750850690000101
成分分析按MC1000的要求进行，成分分析的结果需满足：C： 0.03-0.08％，Si：≤1.00％，Mn：1.00-2.00％，P：≤0.025％，S：≤ 0.015％，Al：≤0.35％，B：0.001-0.010％，Cr：13.50-16.00％，Mo： 1.00-1.50％，Ni：24.00-27.00％，V：0.10-0.50％，Ti：1.90-2.30％，Co：≤0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。
试验结果不合格的复验：
如果拉伸试验结果不满足要求，且试样有物理缺陷(不影响成品的使用性能)，或由于试样装夹不妥、或试验机运行失常而使试验结果不合格时，则必须另取试样重做试验。如果第2次试验合格，该零件予以验收，反之则按下述规定执行。
如果不合格结果不是由于上述任一原因所造成，则可对每个测得的不合格结果取双倍试样进行复验。复验试样取自不合格试样的邻近部位，若复验结果都合格，则该批棒材予以验收，反之，则拒收。
如果冲击试验结果不满足要求，则在不合格试样的邻近部位，再截取三根试样进行试验。
如果在第二组试样进行试验后试验结果同时满足下列条件，则该 (批)棒材在可以验收，否则应拒收：
6个试验结果的平均值大于等于50J；
6个试验结果中＜50J的个数不超过2个；
6个试验结果中＜35J的个数不超过1个。
步骤S7：精车：车床加工棒材成品。
步骤S8：抛光：按先粗后细的顺序采用抛光布对棒材表面进行抛光，抛光后棒材的表面粗糙度满足Ra≤6.3μm。
步骤S9：目视检查：检验棒材表面以确保金属完好性，棒材表面无瑕疵、裂纹、划伤或有损于使用的其他缺陷。
步骤S10：液体渗透检验；液体渗透检验的记录条件为：尺寸大于或等于1mm的缺陷必须记录；验收标准为：呈现以下显示的缺陷不得验收：a)线性显示；b)尺寸大于3mm的非线性显示；c)边缘间距小于3mm的3个或3个以上排成一直线的显示；d)在100cm2矩形表面上有5个或5个以上的线性显示，该矩形选自显示最严重的部位，且边长不超过20cm。
步骤S11：超声波检验：(1)检验时机：固溶热处理+时效硬化处理+精加工后；(2)检验范围：100％超声波检验，产品的整个体积都要进行内部缺陷检查，如果不能以旋转方式进行该项检验，则应按栅格图进行检验；(3)检验方法：超声波检验按照MC2310的规定进行，探头频率和直径按照需检测材料的结构进行选择并符合MC2100 的要求，零件类型为1a型，如果该零件用于承压边界的一部分，则应进行精细扫描；(4)信号的评定：信号应按MC2310的规定进行评定；(5)可记录条件和检验准则：以零件厚度确定的可记录条件和验收准则如表4所示：
表4：超声波检验可记录条件和验收准则表
Figure 2
步骤S12：缺陷清除：采用磨削法清除棒材表面缺陷：(1)磨削后的棒材尺寸应在允许的尺寸公差范围内；(2)打磨区应与邻近表面平滑衔接；(3)磨削时应避免过热，并使用无铁金刚砂轮；(4)消除缺陷后进行液体渗透检验，以确保缺陷已被完全清除。
步骤S13：尺寸检查：采用卡尺或千分尺对棒材进行逐根检查，保证棒材尺寸满足技术要求；
步骤S14：标记：在每件交货状态的棒材上至少标记以下内容：合同号或订单号、采购技术规格书编号、材料牌号、材料规格、熔炼炉号、热处理炉号和件号；
步骤S15：清洁、包装和运输：请参见图5，图5为成品50结构示意图；棒材包装前，应保证棒材表面清洁，无锈斑、灰尘及其它污染物。
棒材的制造、加工和运输过程中，材料应避免接触到可能对材料性能和完整性产生不利影响的物质，如铅、锌、铜、铝、镉、锡、汞、锑、铋、砷、硫、卤素和其它低熔点金属和它们的合金及化合物。
本发明的制备方法，工艺流程合理、可行，产品成材率高，生产周期短，制造成本低，制备的合金材料纯净度高，具有良好的综合性能，应用于核电堆内构件的制造中，可延长其使用寿命。
综上所述，本发明提供一种核电堆内构件导向结构用合金材料及其制备方法，合理设计合金成分，成品具有耐腐蚀、抗冲击、耐疲劳、塑韧性大、高温性能好、导热性能好、与冷却剂相容性好、热膨胀系数小等特点；本发明采用感应炉冶炼+电渣重熔双联冶炼工艺，且原料经烘烤脱气后使用，能够有效地提高合金的纯净度，提升合金组织均匀性，进而提升合金的综合性能，采用本发明制备的合金材料，应用于堆内构件的制造中，可延长使用寿命。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种核电堆内构件导向结构用合金材料，其特征在于：化学成分按质量百分比为：C：0.03-0.08%，Si：≤1.00%，Mn：1.00-2.00%，P：≤0.025%，S：≤0.015%，Al：≤0.35%，B：0.001-0.010%，Cr：13.50-16.00%，Mo：1.00-1.50%，Ni：24.00-27.00%，V：0.10-0.50%，Ti：1.90-2.30%，Co：≤0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的核电堆内构件导向结构用合金材料，其特征在于：化学成分按质量百分比为：C：0.05-0.08%，Si：0.03-0.08%，Mn：1.20-2.00%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，Al：≤0.35%，B：0.001-0.010%，Cr：13.50-16.00%，Mo：1.20-1.50%，Ni：25.00-27.00%，V：0.10-0.50%，Ti：1.90-2.30%，Co：0.05-0.07%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的核电堆内构件导向结构用合金材料，其特征在于：化学成分按质量百分比为：C：0.06%，Si：0.05%，Mn：1.65%，P：≤0.010%，S：≤0.008%，Al：0.30%，B：0.008%，Cr：15.50%，Mo：1.35%，Ni：26.5%，V：0.35%，Ti：2.15%，Co：0.06%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.一种核电堆内构件导向结构用合金材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：原材料准备：按照设计成分配料，原材料经烘烤脱气后使用；
步骤S2：感应炉冶炼：采用5T感应炉进行冶炼生产，熔化温度1393℃-1427℃，精炼温度1520℃-1540℃，精炼时间大于35分钟，出钢温度1540℃-1560℃；
步骤S3：电渣重熔：采用3T和1T电渣炉进行电渣重熔，3T炉电渣电流：9000A-12000A，电渣电压：50V-55V；1T炉电渣电流：4000A-6000A，电渣电压：50V-55V，电渣重熔后形成3T和1T钢锭；电渣后期进行补缩操作，补缩时间大于25分钟，空冷；
步骤S4：锻造：（1）钢锭加热至温度1100℃-1150℃；保温大于2小时；（2）开锻温度大于1020℃；停锻温度大于950℃；（3）锻件两端部切除，头部不小于2%，尾部不少于1.5%；
步骤S5：热处理：锻件经粗车后形成钢棒，进行固溶热处理以及时效硬化热处理，固溶热处理温度：980℃±15℃，保温至少1小时，油淬或水淬；时效硬化热处理温度：725℃±10℃，保温至少16小时，空冷；热处理时至少在棒材互成180°的地方各布置1个热电偶监测零件温度，批量热处理时至少在中心处棒材和边缘处棒材上各布置1个热电偶；保温期间热电偶之间的温度差不超过 20℃；
步骤S6：取样检验分析：取样试料在固溶热处理和时效硬化热处理步骤之后截取或切下，取自棒材的超长部分并作标记；试验项目包括金相检验、力学性能和成分分析，其中，金相检验包括晶粒度检验和非金属夹杂物检验，力学性能包括室温拉伸、高温拉伸、室温冲击和硬度试验，成分分析的试样取自每个破断的室温拉伸试样的端部，或者在试料上邻近力学性能试样的位置取样；
步骤S7：精车：车床加工棒材成品；
步骤S8：抛光：按先粗后细的顺序采用抛光布对棒材表面进行抛光，抛光后棒材的表面粗糙度满足Ra≤6.3μm；
步骤S9：目视检查：检验棒材表面以确保金属完好性，棒材表面无瑕疵、裂纹、划伤或有损于使用的其他缺陷；
步骤S10：液体渗透检验；
步骤S11：超声波检验；
步骤S12：缺陷清除：采用磨削法清除棒材表面缺陷，磨削后的棒材尺寸应在允许的尺寸公差范围内；打磨区应与邻近表面平滑衔接；磨削时应避免过热，并使用无铁金刚砂轮；消除缺陷后进行液体渗透检验，以确保缺陷已被完全清除；
步骤S13：尺寸检查：采用卡尺或千分尺对棒材进行逐根检查，保证棒材尺寸满足技术要求；
步骤S14：标记：在每件交货状态的棒材上至少标记以下内容：合同号或订单号、采购技术规格书编号、材料牌号、材料规格、熔炼炉号、热处理炉号和件号；
步骤S15：清洁、包装和运输。
5.如权利要求4所述的核电堆内构件导向结构用合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3还包括浇包分析的步骤，浇包分析在钢锭浇铸时取样，取样数量为1次/炉。
6.如权利要求4所述的核电堆内构件导向结构用合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中，试验用试样的关键区域与棒材端部的距离不小于棒材直径。
7.如权利要求4所述的核电堆内构件导向结构用合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中，晶粒度检验的标准为：棒材的晶粒度不低于4级。
8.如权利要求4所述的核电堆内构件导向结构用合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S10中，液体渗透检验的记录条件为：尺寸大于或等于1mm的缺陷必须记录；验收标准为：呈现以下显示的缺陷不得验收：a）线性显示；b）尺寸大于3mm的非线性显示；c）边缘间距小于3mm 的3个或 3个以上排成一直线的显示；d）在 100cm2矩形表面上有5个或5个以上的线性显示，该矩形选自显示最严重的部位，且边长不超过20cm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114807752A (zh) * 2022-04-13 2022-07-29 太原钢铁(集团)有限公司 一种低成本高钛耐热奥氏体不锈钢及其制备方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1386141A (zh) * 2000-05-31 2002-12-18 川崎制铁株式会社 应变时效硬化特性优良的冷轧钢板及其制造方法
CN101368227A (zh) * 2007-08-17 2009-02-18 上海重型机器厂有限公司 核电堆内构件的热处理方法
CN102321850A (zh) * 2011-10-13 2012-01-18 中核苏阀横店机械有限公司 一种适用于火电机组的超级临界高合金钢
CN102825858A (zh) * 2012-09-19 2012-12-19 太原钢铁(集团)有限公司 一种核电工程用复合钢板及其制备方法
JP2013209728A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Jfe Steel Corp 耐時効性に優れた冷延鋼板およびその製造方法
CN104718306A (zh) * 2012-07-13 2015-06-17 萨尔茨吉特曼内斯曼不锈管有限责任公司 在高的使用温度下具有出色的蠕变强度以及抗氧化性和抗腐蚀性的奥氏体钢合金
CN105112811A (zh) * 2015-09-07 2015-12-02 中国科学院合肥物质科学研究院 一种铅铋快堆用奥氏体不锈钢包壳管及其制备方法
US20160237536A1 (en) * 2011-12-20 2016-08-18 Ati Properties, Inc. High strength, corrosion resistant austenitic alloys
CN107208211A (zh) * 2015-03-30 2017-09-26 新日铁住金株式会社 冷锻用时效硬化用钢
CN108779545A (zh) * 2016-02-22 2018-11-09 纽科尔公司 耐候钢
CN110964990A (zh) * 2019-11-11 2020-04-07 南京工程学院 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
CN112575198A (zh) * 2020-12-31 2021-03-30 江苏新核合金科技有限公司 一种机车电机护环用高温合金材料的制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1386141A (zh) * 2000-05-31 2002-12-18 川崎制铁株式会社 应变时效硬化特性优良的冷轧钢板及其制造方法
CN101368227A (zh) * 2007-08-17 2009-02-18 上海重型机器厂有限公司 核电堆内构件的热处理方法
CN102321850A (zh) * 2011-10-13 2012-01-18 中核苏阀横店机械有限公司 一种适用于火电机组的超级临界高合金钢
US20160237536A1 (en) * 2011-12-20 2016-08-18 Ati Properties, Inc. High strength, corrosion resistant austenitic alloys
JP2013209728A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Jfe Steel Corp 耐時効性に優れた冷延鋼板およびその製造方法
CN104718306A (zh) * 2012-07-13 2015-06-17 萨尔茨吉特曼内斯曼不锈管有限责任公司 在高的使用温度下具有出色的蠕变强度以及抗氧化性和抗腐蚀性的奥氏体钢合金
CN102825858A (zh) * 2012-09-19 2012-12-19 太原钢铁(集团)有限公司 一种核电工程用复合钢板及其制备方法
CN107208211A (zh) * 2015-03-30 2017-09-26 新日铁住金株式会社 冷锻用时效硬化用钢
CN105112811A (zh) * 2015-09-07 2015-12-02 中国科学院合肥物质科学研究院 一种铅铋快堆用奥氏体不锈钢包壳管及其制备方法
CN108779545A (zh) * 2016-02-22 2018-11-09 纽科尔公司 耐候钢
CN110964990A (zh) * 2019-11-11 2020-04-07 南京工程学院 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
CN112575198A (zh) * 2020-12-31 2021-03-30 江苏新核合金科技有限公司 一种机车电机护环用高温合金材料的制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《工程材料使用手册》编辑委员会: "《工程材料实用手册 第2卷 变形高温合金 铸造高温合金 第2版》", 31 August 2002, 中国标准出版社 *
吕炎: "《锻压成形理论与工艺》", 30 November 1991, 机械工业出版社 *
张而耕: "《机械工程材料》", 31 October 2017, 上海科学技术出版社 *
石照夏: "一种新型Fe-Ni-Cr基高温合金组织特征及平衡相析出热力学研究", 《稀有金属材料与工程》 *
莫光有: "高温合金GH2132中频感应熔炼加电渣二次重熔工艺探讨", 《金属加工（热加工）》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114807752A (zh) * 2022-04-13 2022-07-29 太原钢铁(集团)有限公司 一种低成本高钛耐热奥氏体不锈钢及其制备方法

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