核反應(yīng)堆堆芯用HEA304電渣錠的試制

黃宇彬 楊云志

(北滿特殊鋼有限責任公司，黑龍江161041)

核反應(yīng)堆堆芯用HEA304電渣錠的試制

黃宇彬 楊云志

(北滿特殊鋼有限責任公司，黑龍江161041)

HEA304鋼電渣重熔后易出現(xiàn)碳、氮含量及晶粒度超標。經(jīng)過對電渣重熔渣系及電渣工藝的摸索試驗，確定電渣重熔渣系及工藝要點，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的核材用HEA304鍛件。

HEA304;電渣錠;試制

HEA304是核反應(yīng)堆堆芯用鋼，其使用壽命直接影響到反應(yīng)堆壽命。由于使用環(huán)境特殊，要求材料有極高的均勻性、純潔度、優(yōu)良的高溫性能和抗腐蝕性。此材料長期依靠進口，我公司與鋼鐵研究總院經(jīng)過多年的摸索，并經(jīng)過前期工藝試驗攻關(guān)，試制取得成功。

1 主要技術(shù)指標

HEA304熔煉成分及成品化學成分要求見表1。成品力學性能要求見表2。低倍組織要求見表3。高倍組織要求見表4。鍛件內(nèi)部必須經(jīng)過100%超聲檢測，超聲檢測結(jié)果應(yīng)符合JB/T 4730.3第4.7節(jié)中的Ⅰ級要求。

2 試制工藝

2.1 試制工藝流程

試制工藝流程為:電爐冶煉+AOD+LF+VD→澆注鋼錠(或連鑄坯)→開坯→電渣重熔→電渣錠加熱→鍛造→粗加工→熱處理→檢測→檢驗、檢查→入庫。

2.2 電渣重熔工藝試驗

2.2.1 電渣重熔難點

表1 HEA304化學成分要求(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 1 Required chem ical composition of HEA304(mass fraction，%)

表2 HEA304成品力學性能要求Table 2 M echanical properties requirements of the finished product of HEA304

表3 低倍組織Table 3 M acroscopic structure

HEA304屬低碳奧氏體含氮不銹鋼，鍛件成品要求［C］≤0.030%，用正常石墨電極造渣易增碳。同時成品要求［N］:0.10%～0.12%，范圍要求窄，且電渣重熔渣系及過程對氮變化的影響無基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由于使用環(huán)境特殊，要求材料有極高的均勻性、純潔度、優(yōu)良的高溫性能和抗腐蝕性。

表4 高倍組織Table 4 M icroscopic structure

表5 自耗電極成分控制Table 5 Com position control of consumable electrode

表6 HEA304電渣重熔工藝試驗參數(shù)Table 6 Test parameters of ESR process for HEA304

表7 HEA304電渣重熔工藝試驗結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 7 Test results of ESR process for HEA304(mass fraction，%)

2.2.2 電渣重熔工藝試驗

(1)考慮到電渣重熔過程對［C］、［N］成分控制的難度，結(jié)合電渣重熔特點，制定自耗電極成分控制要求，見表5。為掌握電渣重熔過程［C］、［N］變化規(guī)律，確定電渣重熔工藝，在生產(chǎn)前進行了工藝試驗，見表6。

(2)試驗結(jié)果見表7。

試驗結(jié)果表明:

除試驗爐號1錠尾［C］超標準0.009%外，其余均滿足標準要求。

［C］成分控制:頭［C］與自耗電極相當，尾［C］有增碳趨勢，主要是從渣料中進入及石墨電極造渣帶入。

［N］成分控制:試驗爐號2、3電渣重熔過程采用氮氣保護，重熔后鋼中［N］有所增加。試驗爐號1未采用氮氣保護，尾［N］略有降低。

2.3 確定電渣重熔試制工藝

(1)采用CaF2/Al2O3/MgO三元渣系，MgO采用電熔鎂砂。

(2)采用TiO2引弧劑。

(3)金屬電極造渣。

(4)電渣重熔過程采用氮氣保護，并根據(jù)自耗電極氮含量及重熔進程控制氮氣流量及壓力。

(5)重熔過程全程分階段加Al進行脫氧。

3 試制結(jié)果

化學成分見表8。

低倍組織見表9。

表8 化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 8 Chem ical com position(mass fraction，%)

表9 低倍組織Table 9 M acroscopic structure

表10 高倍組織Table 10 M icroscopic structure

表11 力學性能Table 11 M echanical properties

高倍組織見表10。

力學性能見表11。

超聲檢測結(jié)果符合標準要求。

4 結(jié)論

采用CaF2/Al2O3/MgO三元渣系、TiO2引弧劑、自耗電極引弧、氮氣保護及重熔過程脫氧等工藝措施，生產(chǎn)的HEA304電渣錠滿足標準要求，試制取得成功。HEA304的試制成功為今后開發(fā)生產(chǎn)核反應(yīng)堆管材用鋼，如TP316LN、SA376低碳含氮不銹鋼的生產(chǎn)積累了寶貴經(jīng)驗。

編輯 杜青泉

Trial Production of HEA304 ESR Ingot for Nuclear Reactor Core

Huang Yubin，Yang Yunzhi

HEA304 steel is likely to be outof limit in carbon and nitrogen content aswell as grain size.Bymeans of experiments on ESR slag system and ESR process，the slag system and key process are determined，and qualified HEA304 forgings used for nuclear are produced.

HEA304;ESR ingot;trial production

TF14

B

2013—08—01

黃宇彬(1973—)，男，冶煉工程師，從事電渣冶煉工藝研究。