[发明专利]一种用于钠冷快堆中间换热器的无缝换热管的制备工艺

说明书

本发明属于快中子反应堆技术领域，公开了一种用于钠冷快堆中间换热器的无缝换热管的制备工艺。该工艺包括以下步骤：熔炼、热挤压及冷轧与热处理三个步骤，其中熔炼按照工艺步骤的先后顺序可分为真空感应冶炼及电渣重熔两道工序。该工艺步骤具有五害元素(Pb、As、Sn、Sb、Bi)含量低于0.001％，杂质元素P≤0.010％、S≤0.002％，气体夹杂元素O≤25ppm、H≤5ppm，晶粒度范围为4～6级，铁素体含量小于1％，屈服强度、抗拉强度、持久强度与疲劳强度能满足钠冷快堆中间热交换器无缝换热管技术要求的有益效果。

技术领域

本发明属于快中子反应堆技术领域，具体涉及一种用于钠冷快堆中间换热器的无缝换热管(直管)的制备工艺。

背景技术

钠冷快堆中间热交换器为壳管式换热器，设备固定于反应堆容器内，设计温度为550℃，设计寿命为40年。换热器上下管板间的空间弯管为316H无缝换热管(直管)弯制而成，换热管内外分别为一回路钠(带有放射性)与二回路钠。换热管在高温下长周期运行，需要保证材料具有较高的室温与高温强度、较高的疲劳强度、较高的持久强度和良好的长期时效组织稳定性。

传统的316H无缝换热管(直管)的制造工艺包括：冶炼工艺、热加工工艺、冷加工工艺、热处理工艺等。其中，冶炼工艺由于原料纯度控制不严、冶炼方法选择不当，会造成五害元素(Pb、As、Sn、Sb、Bi)及杂质元素P、S、H、O、B、Cu、Ti等含量过高，引起换热管蠕变性能、疲劳性能、韧性明显下降等问题；热加工工艺国内主要采用热穿管工艺，该工艺产生的单向拉应力会造成换热管长期使用的持久强度、耐疲劳性能无法保证，而国外主要采用热挤压工艺，但是热挤压工艺参数如挤压速度、挤压温度、挤压坯规格、挤压流程等未公开，且国内传统热挤压工艺成材率较低。冷加工工艺由于冷拔钢管为轴向拉应力状态，影响持久与疲劳性能，因而多采用壁厚精度与表面质量较高的冷轧工艺，但针对具体的钢管尺寸如何设计冷轧道次、如何分配与设计变形量，是换热管冷加工工艺的主要难点；热处理工艺是改善换热管组织与应力状态，提升换热管性能的关键步骤，需要给出精确的热处理温度范围与热处理时间。因此，目前急需一种能满足钠冷快堆高温长时服役强度、热稳定性、耐疲劳性、高韧度、高尺寸精度与直线度、高表面质量的无缝换热管的制备工艺。

发明内容

(一)发明目的

根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种五害元素(Pb、As、Sn、Sb、Bi)含量低于0.001％，杂质元素P≤0.010％、S≤0.002％，气体夹杂元素O≤25ppm、H≤5ppm，晶粒度范围为4～6级，铁素体含量小于1％，屈服强度、抗拉强度、持久强度与疲劳强度能满足钠冷快堆中间热交换器无缝换热管技术要求，同时能够满足表面粗糙度要求及直线度要求的制备工艺。

(二)技术方案

为了解决现有技术所存在的问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于钠冷快堆中间换热器的无缝换热管的制备工艺，该工艺包括以下步骤：

(1)熔炼

熔炼按照工艺步骤的先后顺序可分为真空感应冶炼(VOD)及电渣重熔(ESR)两道工序；

所述真空感应冶炼是在真空感应熔炼炉中进行，真空感应冶炼过程中冶炼的温度为1520℃～1560℃，真空度为≤0.1Pa；选取杂质元素P≤0.007％、S≤0.003％的纯铁作为冶炼原料，选取电解镍、金属铬、金属锰、微碳铬铁作为合金添加剂，合金添加剂中五害元素Pb、Sn、As、Sb、Bi的含量均在0.001％以下；采用碳作为脱氧剂，高真空环境下利用C-O反应脱氧；合金化过程中先加入Al进行深脱氧，然后向真空感应炉中加入Ce进行脱氧、脱硫；