[发明专利]一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质外套管的制造方法

说明书

本发明属于冶金材料技术领域，涉及一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质外套管的制造方法。所述的制造方法依次包括如下步骤：(1)冶炼；(2)锻造；(3)热挤压；(4)中间冷轧及中间热处理；(5)最终热处理；(6)最终冷轧。利用本发明的高硅含钛奥氏体不锈钢材质外套管的制造方法，能够使制造的外套管满足合金成分、组织均匀性、尺寸精度、表面质量等方面严格的要求。

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，涉及一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质外套管的制造方法。

背景技术

快中子反应堆(以下简称快堆)作为第四代核能系统，其堆芯组件，特别是燃料组件相比较先前的反应堆要在更高的温度下达到更高的燃耗。快堆燃料组件中六角形外套管是反应堆堆芯中最重要的部件之一，受冷却剂和裂变产物的腐蚀，长期工作在358-650℃的温度区间内，高剂量辐照100dpa以上，在冷却剂压差的作用下会产生弹性变形，在温度场和中子场的作用下会产生热膨胀、辐照肿胀和辐照蠕变，导致其严重弯曲变形，从而影响燃料组件长寿命安全运行。为保证外套管在设计寿期末保持一定的塑性，实现对燃料棒束的约束，对其材料的技术要求非常苛刻。因此，对快堆堆芯组件外套管而言，主要的性能要求包括：良好的抗辐照肿胀、蠕变、高温力学及持久性能；与燃料及冷却剂良好的相容性；极为严格的尺寸精度和表面质量。

奥氏体不锈钢以其优异的高温力学性能以及良好的抗辐照肿胀性能被广泛选为快堆外套管材料使用，国产快堆堆芯组件外套管即为高硅含钛奥氏体不锈钢(代号CN-1515)材质。高硅含钛奥氏体不锈钢外套管对合金成分中有害元素O、S含量要求严格，同时对管坯(锻造棒材)的组织均匀性要求严格，不得出现明显的条带状碳化物和细晶带组织，这就对其冶炼及锻造工艺提出了很高的要求，且对成品外套管的尺寸精度、表面质量、组织均匀性等要求同样极为严格。

鉴于高硅含钛奥氏体不锈钢外套管的热挤压、冷轧、热处理、超声探伤工艺等有很高的要求，目前现有的常规奥氏体不锈钢的外套管制造工艺无法满足这些要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质外套管的制造方法，以能够使制造的外套管满足合金成分、组织均匀性、尺寸精度、表面质量等方面严格的要求。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质外套管的制造方法，所述的制造方法依次包括如下步骤：

(1)冶炼：采用真空感应冶炼联合真空自耗重熔的纯净化冶炼进行高硅含钛奥氏体不锈钢(代号CN-1515)冶炼；

(2)锻造：采用快锻机和精锻机进行自耗锭均质化锻造，快锻机锻打钳把后采用镦粗再拔长方式进行预变形，再进行均匀化热处理，再进行镦粗，然后拔长锻造成中间坯料，然后充分切除钢锭头尾，快锻结束后精锻至成品；

(3)热挤压：锻造棒材钻孔后进行环形炉预热和感应加热，然后进行热挤压，水冷后进行辊式矫直，酸洗、切管、表面修磨后获得挤压管；

(4)中间冷轧及中间热处理：挤压管经过中间冷轧后进行脱脂清洗，然后进行中间热处理，最后进行矫直；

(5)最终热处理：使用全氢保护光亮热处理炉进行最终热处理；

(6)最终冷轧。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质外套管的制造方法，其中步骤(1)中：

真空感应炉冶炼坩埚为镁质或镁铝质，冶炼温度为1500-1600℃，冶炼完成后浇注并脱模，铸锭切除冒口部分，并车光至金属光泽；使用真空自耗炉进行二次重熔冶炼。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种高硅含钛奥氏体不锈钢材质外套管的制造方法，其中步骤(2)中：

预变形的变形量控制在20-30％；