[發明專利]一種核聚變反應堆用不銹鋼異形管的制造方法

有效

• 申請號: 201310023855.1
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103084426A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 王伯文;康喜唐;陳洪琪;劉承志;侯楠;程逸明;張曉;拓雷鋒;張琳
• 申請（專利權）人: 山西太鋼不銹鋼股份有限公司
• 主分類號: B21C37/06
• 分類號: B21C37/06;C21D8/10;C22C38/52;C22C38/44
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 盧茂春

技術領域

本發明屬于熱軋和冷加工鋼鐵材料成型技術，具體涉及一種核聚變反應堆用不銹鋼異形管的制造方法，其具有特殊的截面形狀、較高的表面光潔度、較高的平直度、無磁性、良好的低溫強度和低溫韌性。

背景技術

核能包括裂變能和聚變能。核裂變能是重金屬元素原子核中的質子通過裂變反應釋放能量，因為裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少，而且常規裂變反應堆會產生放射性較強且很難分解的核廢料，限制了裂變能的發展。核聚變能是主要借助氫的同位素通過聚變反應獲得巨大能量，不產生核廢料，不產生溫室效應氣體，放射性微乎其微，不對環境和周圍居民構成威脅，而且氫同位素原料幾乎是無限的。因此，聚變能是一種可持續利用、清潔安全的理想能源，被認為是未來解決世界能源和環境問題最重要的途徑之一。

聚變堆需要利用超導體形成的強磁場約束帶電粒子，將聚變原料加熱到上億攝氏度高溫，實現聚變反應。為滿足實現超導環境的4K（-269℃）超低溫下的材料強度要求和無磁性要求，在核聚變反應堆內用于支撐和保護超導線圈的套管采用奧氏體不銹鋼異形管，使用環境要求其具有無磁性、良好的低溫強度和低溫韌性。由于此異形管需頭尾相接焊接成900米的連續套管，采用牽引穿纜的方法將Nb-Ti導體線束從一端穿至另一端，并預彎成緊密堆疊的螺旋形線圈，故要求其內外表面具有較高的光潔度和較高的管身平直度以減小穿纜阻力。

目前尚無專利涉及此用途的核聚變堆用不銹鋼異形管。不銹鋼異型管通常的制造方法為管坯熱穿孔得到圓形荒管，通過冷軋或冷拔成型由圓形截面變為異形截面；或采用板材進行拼焊，機加工成最終形狀；或采用熱擠壓機直接擠壓成型。由于此管內徑僅為38mm，最厚處壁厚為21mm，如采用圓形荒管加工，荒管徑壁比（=外徑/壁厚）將小于3.9，冷軋芯棒由于尺寸過細和變形力大極易發生斷裂。如采用板材拼焊方法，首先會造成通長的焊縫大大降低材料可靠性并增加無損檢驗的難度，其次由于焊縫熱影響區產生鐵素體相不滿足無磁性要求，另外其外方內圓的特殊形狀會要求很大的機加工工作量。國內熱擠壓不銹鋼異形管的技術尚處于起步階段，對荒管彎曲度、截面尺寸精度、表面粗糙度的控制較差，不能滿足此產品的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種核聚變反應堆用不銹鋼異形管的制造方法，核聚變反應堆用不銹鋼異形管具有特殊的截面形狀、較高的表面光潔度、較高的平直度、無磁性、良好的低溫強度和低溫韌性，可用于核聚變反應堆支撐和保護超導線圈的套管。

本發明采用的核聚變反應堆用不銹鋼，要求成分質量分數為

Cr：16.00~18.50；

Ni：11.0~14.0；

Mo：2.00~2.50；

C：＜0.030；

Si：＜0.75；

Mn：＜2.00；

P：＜0.03；

S：＜0.01；

Co：＜0.10；

其余為Fe及不可避免的雜質。

為使材料無鐵素體相以保證無磁性，并具有良好的低溫強度和低溫韌性，優選Cr含量17.50~18.50%，Ni含量12.0-14.0%，C含量＜0.020%，P含量＜0.02%，S含量＜0.003%。

本發明的核聚變反應堆用不銹鋼采用鐵水預處理加轉爐加VOD真空脫碳的冶煉方式，澆鑄成模鑄坯，經電渣重熔，開坯熱軋成方坯，鍛造成230mm直徑的圓錠，熱擠壓、冷拔、熱處理、表面加工；

轉爐冶煉是將預處理鐵水和Cr合金、Ni合金加入轉爐中冶煉成粗鋼水，粗鋼水的化學成分質量分數為：

C：0.03~0.05%，0<Si<0.50%，Cr：16.00~18.50%，Ni?11.0~14.0%，Mn?0.3~0.6%，P<0.025%，S<0.010%，Mo：2.00~2.50，Co：＜0.10，其余為Fe及不可避免的雜質；

VOD真空脫碳是將粗鋼水倒入真空吹氧脫碳爐中精煉，精煉后鋼水的化學成分質量分數為：

C：＜0.020%，0<Si<0.50%，Cr：17.50~18.50%，Ni?12.0~14.0%，Mn?0.3~0.6%，P<0.020%，S<0.003%，Mo：2.00~2.50，Co：＜0.10，其余為Fe及不可避免的雜質。