[发明专利]百万千瓦级核电厂主管道的离心铸造工艺

说明书

技术领域

本发明属于特种铸造技术领域。具体地说是一种百万千瓦级核电厂主管道的离心铸造工艺。

背景技术

压水堆核电站反应堆冷却系统(又称一回路)是位于核岛内的核一级设备系统，承担着将反应堆产生的热量传送给蒸汽发生器的功能。由于一回路冷却剂直接进出核反应堆，具有放射性污染，因此对其可靠性的要求很高。

一回路运行条件苛刻，要承受280～320℃、150～160大气压和腐蚀性介质(反应堆冷却剂中含有硼酸等)，因此对材料和制造技术的要求很高。主管道材料为不锈钢，采用离心铸造技术制成。该部件尺寸大、性能要求高。

由于一回路主管道是核安全一级设备，它的破裂可能导致核污染泄漏，因此对材料和缺陷的控制要求很高，管道必须一次铸造完成，并进行后续热处理和机加工等，在各环节都要保证组织、性能、尺寸、精度满足要求。

作为现有技术的离心铸造工艺无法满足上述要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种百万千瓦级核电厂主管道的离心铸造工艺，通过对工艺参数和过程的严格控制，制造出满足要求的百万千瓦级核电站用主管道。

本发明的技术方案如下：

一种百万千瓦级核电厂主管道的离心铸造工艺，其特征在于按照以下步骤进行：

(一)、冶炼

钢水出炉温度控制在1640±10℃；

(二)、型筒涂布

1)、喷涂前将型筒预热到225±25℃，并恒温1-3小时；

2)、喷涂压力：0.5Mpa～1.0Mpa，喷涂过程中保持型筒温度在200℃～250℃范围以内；喷涂次数5次～10次，涂层厚度要求4±0.3mm；

3)、涂后烘烤至型筒温度≥280℃，进行下一步的浇注；

(三)、浇注

离心浇注在卧式离心浇注机上进行，离心铸管成型的模具为内壁经过第(二)步型筒涂布的锻造合金钢型筒；

所用钢水在钢包中的温度控制在1570±10℃，镇静时间不少于4min，型筒转速控制在800r/min～870r/min，浇注速度≥100kg/s；

浇注完毕后水冷却至300℃以下，脱模；

离心铸管的毛坯管壁厚100mm；

(四)、热处理

首先进行第一次热处理：装炉温度为室温，前期提温到800～900℃，前期提温速度不高于50℃/h；后期提温到1150℃，后期提温速度不高于150℃/h；温度在炉内的波动范围要求：1150±15℃，保温6小时以上，淬火；然后进行第二次热处理：将台车式固溶热处理炉炉温预热至接近500℃，装炉进行第二次热处理。前期提温到800～900℃，前期提温速度不高于50℃/h；后期提温到1150℃，后期提温速度不高于150℃/h，温度在炉内的波动范围要求：1150±15℃，保温6小时以上，淬火。

本发明的积极效果在于：

根据本发明方法制备的直管冲击值为标准值的3.4倍。拉伸屈服强度、抗拉强度、断面收缩率均有较大余量，尤其是断面收缩率提高60～70％。铁素体含量符合标准要求，铁素体在组织中分布均匀。经金相分析符合组织上的要求。晶间腐蚀试验表明，直管的耐蚀能力满足设计要求。无损检验表明，其内部组织满足要求。

关于型筒内涂料及其涂布工艺：

针对核岛主管道，采用锆英粉——石英粉为基本的涂料，其高温强度好、易剥离，在悬浮剂与结合剂的选用上充分考虑了涂布性、溃散性及发气性。

通过采用本发明的涂料及其涂布方法，涂层既达到一定的绝热效果，又有一定的导热性，这种平衡对于调节管坯的凝固特性非常重要。

对涂料涂布后的烘烤温度与时间进行了筛选，形成一定的高温强度，能够有效防止因涂料被冲刷形成夹杂物。

关于离心浇注：

离心铸管的毛坯管壁厚100mm，厚壁的离心铸管易在内壁出现疏松，其原因是铸件由外向内和由内向外的双向凝固和G值小造成。在凝固的初始阶段，铸件由外向内快速凝固，但随着型筒温度的升高，温度梯度减小，凝固速度也减小；由于厚壁，钢水量多，凝固时间长，铸件内表面直接与空气接触会造成由内向外的凝固现象，在内表某一深度出现疏松。为此，本发明设计型筒时适当加厚了型筒壁厚，以提高型筒冷却能力；提高转速用较大的重力加速度值，使内表凝固层破碎。

浇注过程控制：浇注时采用快速浇注、强制水冷，以细化结晶组织并提高设备运转的安全性。