[發(fā)明專利]提高核電容器用大型鍛件強(qiáng)韌性的性能熱處理方法

有效

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• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN103820610A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李向;林岳萌;龍智南;李守江
• 申請（專利權(quán)）人: 上海重型機(jī)器廠有限公司
• 主分類號: C21D1/18
• 分類號: C21D1/18;C21D9/00
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 張驥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱處理方法，具體涉及一種提高核電容器用大型鍛件強(qiáng)韌性的性能熱處理方法。

背景技術(shù)

核電容器對保證核電站在整個長達(dá)40～60年的服役周期內(nèi)的安全運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，故核電容器普遍采用高性能的大型鍛件組焊而成。

核電容器用SA508-3大型鍛件一般要求如下：

1、有較高的室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度，該技術(shù)指標(biāo)通過室溫拉伸試驗(yàn)和高溫拉伸試驗(yàn)測得；

2、有足夠的韌性，尤其是低溫韌性，該技術(shù)指標(biāo)一般通過夏比沖擊試驗(yàn)或落錘試驗(yàn)測得。從安全角度出發(fā)，一般要求在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量提高鍛件材料的韌性。

隨著核電技術(shù)的不斷演進(jìn)，核電的安全裕度增加，設(shè)計壽命延長，對核電容器用大型鍛件的性能要求也日益提高，如表1所示：

表1

表1中，Rp0.2為屈服強(qiáng)度，Rm為抗拉強(qiáng)度，Kv為夏比沖擊功，RT_NDT為零塑性轉(zhuǎn)變溫度。

從表1可以看出，隨著核電機(jī)型的演進(jìn)，對于目前主流的第三代壓水堆AP1000核電蒸發(fā)器鍛件，在強(qiáng)度下限要求提高至620MPa的同時，低溫韌性考核指標(biāo)零塑性轉(zhuǎn)變溫度RT_NDT已從二代的≤-10℃提升至≤-21℃，鍛件的強(qiáng)韌性要求有較大提高，對鍛件的熱處理技術(shù)提出了更高的要求。

壓水堆核電容器鍛件采用ASME標(biāo)準(zhǔn)的SA508-3(或相當(dāng)鋼種，如法國牌號的18MND5和16MND5)鋼。SA508-3屬于典型的Mn-Ni-Mo低合金鋼，由于合金含量少，只具有有限的淬透性，屬于典型的貝氏體鋼。一般而言，為盡量提高材料的淬透性，制造廠將SA508-3鋼的實(shí)際合金成分(主要為Mn、Ni、Mo)控制在規(guī)范范圍允許的上限。SA508-3材料組織和性能與淬火冷速關(guān)系密切，一般而言，冷速越快，能獲得更多的綜合性能較優(yōu)的下貝氏體組織甚至馬氏體組織，故核電大型鍛件的制造企業(yè)一致著力于加快淬火冷速以滿足越來越高的性能要求。但受到技術(shù)能力的限制，在實(shí)際工程條件下SA508-3鋼大型鍛件難以獲得下貝氏體組織。

核電材料標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對核電大型鍛件的熱處理提出了一些指導(dǎo)性的控制要求，如ASMESA-508標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：應(yīng)把鍛件加熱至產(chǎn)生奧氏體組織的溫度，然后在適當(dāng)?shù)牧黧w介質(zhì)中噴淋或浸入法進(jìn)行淬火。RCC-M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：鍛件進(jìn)行850～925℃范圍奧氏體化，然后浸水淬火。可見RCC-M對性能熱處理的限制更多。大型鍛件制造企業(yè)一般依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)條款制定的原則制定具體的性能熱處理工藝，即850～925℃范圍奧氏體化，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)移至水槽冷卻淬火，冷卻結(jié)束后進(jìn)行高溫回火以獲得所需性能。

采用上述常規(guī)的淬火+高溫回火的熱處理工藝，可滿足大部分核電大型鍛件的性能要求，但仍有部分鍛件由于前道工藝帶來的缺陷(如成分不佳、偏析較嚴(yán)重)，在經(jīng)過常規(guī)的性能熱處理后韌性低于規(guī)范要求。對于這些鍛件，必須開發(fā)新的熱處理工藝，進(jìn)一步挖掘材料性能潛力，才有可能滿足鍛件的性能要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高核電容器用大型鍛件強(qiáng)韌性的性能熱處理方法，它可以提高核電容器用大型鍛件的強(qiáng)韌性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提高核電容器用大型鍛件強(qiáng)韌性的性能熱處理方法的技術(shù)解決方案為：

用于對材料為SA508-3，外徑為3.5～6.5m、高度不超過5m、壁厚為100～250mm的核電容器用鍛件進(jìn)行性能熱處理，采用電加熱環(huán)形爐；電加熱環(huán)形爐的溫度控制精度為±10℃；包括如下步驟：

第一步，亞溫淬火；

將鍛件進(jìn)爐加熱至600～700℃后保溫，保溫時間為每100mm壁厚保溫0.5～1小時；然后以≤100℃/小時的升溫速度加熱至800～840℃之間保溫，保溫時間為每100mm壁厚保溫2～3小時；之后出爐水冷；

水冷在環(huán)形水槽中進(jìn)行，為避免在工件表面富集蒸汽，冷卻時工件應(yīng)上下串動20～30分鐘；水冷至工件表面溫度≤80℃后轉(zhuǎn)下道工序。

第二步，淬火；

將鍛件進(jìn)爐加熱至600～700℃后保溫，保溫時間為每100mm壁厚保溫0.5～1小時；然后以≤100℃/小時的升溫速度加熱至890～930℃之間保溫，保溫時間為每100mm壁厚保溫2～3小時；之后出爐水冷；

水冷在環(huán)形水槽中進(jìn)行，為避免在工件表面富集蒸汽，冷卻時工件應(yīng)上下串動20～30分鐘；水冷至工件表面溫度≤80℃后轉(zhuǎn)下道工序。

第三步，回火；