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核1级耐高温控氮manbetx998无缝管的国产化研制进程

来源:至德钢业 日期:2020-07-31 10:57:52 人气:148

  核1级耐高温控氮manbetx998无缝管是核电站建设的必备材料,采用外场凝固细晶技术与先进周轧技术以及国际先进的高洁净钢冶炼技术和大截面无缝钢管热处理技术两项成熟技术,通过集成创新,形成核1级耐高温控氮manbetx998无缝管的成套制造技术与装备,最终各项技术指标达标,实现国产化并在国内各核电项目中得到了广泛应用。


 为优化能源产业结构,政府提出“优先发展水电,积极发展核电,优化发展火电”的能源政策,核电是目前唯一可以大规模使用的清洁能源。我国《核电中长期发展规划(2005-2020年)》目标是到2020年核电运行装机容量争取达到4000万千瓦、在建1800万千瓦。据国家电监会预测,到2020年我国电力装机容量将突破12亿千瓦。5%,即6000万千瓦。按此规划,至少每年新建4台百万机组核电项目。一台百万机组需要manbetx998无缝管约400吨。这类核级材料过去大部分依靠进口,进口产品价格高,供货不及时,往往影响工期,同时由于欧美国家前几十年所建的核电站已进入更新期,也需要大量核级manbetx998无缝钢管,为此核电用manbetx998无缝管国产化成为必然趋势。


  CPR 1000技术核电机组用核级ManBetx道牌号有Z2CN1810、Z2CND17-12和Z2CND 18-12N等,其中Z2CN1810、Z2CND17-12的成分和性能分别类似于ASTM标准304L和316L(对钴、硼等元素含量有特殊要求)。304L和316L国内manbetx998的生产工艺比较成熟,国内已实现国产化应用。核1级ManBetx(Z2CND18-12N)由于对氮、钴、硼含量上限有控制要求,没有类似的美标牌号,尚未实现国产化。该牌号的核级ManBetx道主要用于反应堆冷却剂系统、安全注入系统和余热排出系统等关键系统,其技术指标要求严格,研制难度大。


  鉴于此原因,中广核工程有限公司与国内某公司合作研发核1级manbetx998无缝管道,对解决核电站重要材料的国产化有重要意义。


一、研制过程


  核1级耐高温控氮manbetx998无缝管为耐酸、耐腐蚀、耐高温高压材料,主要用于反应堆冷却剂系统、安全注入系统和余热排出系统系统。该项目主要科技内容为采用外场凝固细晶技术与先进周轧技术,以及国际先进的高洁净钢冶炼技术和大截面无缝钢管热处理技术两项成熟技术,通过集成创新,形成核1级耐高温控氮manbetx998无缝管成套制造技术与装备,该技术集成属国际首创。该技术实现了核级耐高温控氮manbetx998无缝管的锻造脉冲电流处理后的钢坯,以及周期/可逆多功能轧管机轧制成型技术的产业化,打破国外技术垄断,实现能源关键部件、关键技术的自主创新。且本项目产品长度大大高于国外产品,在国内外具有先进水平。


 1. 产品技术路线


  精选原材料→中频炉粗炼+氩氧炉精炼→模铸钢锭→钢锭修磨→1200 t水压机锻坯→钢坯定尺→钢坯定心→钢坯剥皮→钢坯修磨→热穿孔荒管→酸洗→内检→切平→荒管超声波探伤检查→润滑→轧机→去油→固溶处理→矫直→稳定化处理→矫直→酸洗→检验→超声探伤→水压检验(压力大于33.2 MPa,氯离子浓度小于25 ppm)→抛光→涡流探伤→液体渗透检验→酸洗→表面检查→定尺→加工坡口→喷砂→钝化→清洗→喷标→称重包装→发货


 2. 产品技术水平、主要技术指标


  研制核1级耐高温控氮manbetx998无缝管是国家核电工程用材国产化项目,材料的化学成分,除对manbetx998常规化学元素含量做严格控制外,对氮、钴、硼元素均有严格的要求,冶炼时必须保证符合法国核电1级用材标准RCC-MM3304。


  钢管的外径公差为±0.75%,比国家标准GB 5310、GB 13296、GB 9948要求高;超声波探伤、力学性能、晶间腐蚀等指标都高于国家标准。通过电炉配料和AOD智能精炼解决含钼控氮的化学成分;严格控制轧、拔工模具的尺寸精度,用专用模具控制钢管外径和壁厚的尺寸精度;增加一台核级ManBetx专用热风搅拌电加热炉,加热温度偏差确保≤±10℃;完善热处理加工工艺规范,确保成品管的力学性能和晶间腐蚀符合规定要求。


  用manbetx998离心浇铸钢坯经内、外表面加工后,加热到规定温度,在周期/可逆式往复周轧管机上轧制出无缝钢管。成品管中未出现夹渣和裂纹等缺陷,晶间腐蚀试验合格,性能均达到或超过RCC-M核电标准。所得大口径厚壁无缝钢管的长度长于国外垂直热挤压法成形的无缝管的长度。此种无缝管的使用将大大降低能源管道焊缝的长度,提高核电系统的安全性。另外,可使吨钢成本降低为传统工艺的50%。项目产品各项技术性能部分超过国外先进指标,完成现行大口径无缝轧管技术的升级,使中国能源用无缝钢管生产工艺水平达到国际先进水平。其主要技术指标如下:


  a. 化学成分


  ①. manbetx998牌号为Z2CND1812N,熔炼分析和成品分析的化学成分应符合如下规定:C≤0.035%;Si≤0.75%;Mn≤2.00%;P≤0.035%;S≤0.030%;17.00%≤Cr≤18.00%;11.50%≤Ni≤12.50%;2.25%≤Mo≤2.75%;Cu≤1.00%;N≤0.080%;Co≤0.20%。所有钢管,其成品B含量≤0.0015%,Co含量目标值≤0.10%。


  ②. 化学成分分析。成品钢管,每批取一根管子,按照RCC-M MC1350,进行成品化学成分检查。


   b. 晶间腐蚀试验


   奥氏体manbetx998应按RCC-M MC1310规定用敏化过的试样作晶间腐蚀试验,并符合要求:


  ①. 敏化处理加热温度为725±10℃,升温至规定温度的时间不超过5分钟,保温时间30分钟。试样在炉内以60±5℃/小时的恒温缓慢冷却到500℃后空冷,并确保冷却均匀。


  ②. 溶液的配制为10%结晶硫酸铜、10%密度为1.83的硫酸、80%蒸馏水。


  ③. 腐蚀试验:试样在沸腾中浸泡24 小时,每块试样应完全浸在一个单独装有250 cm3试剂的容器中,溶液只可作一次试验。


  ④. 腐蚀后检验要求:试样掉落至金属表面上具有清脆金属声;试样经90°弯曲的内外表面不应有任何晶间腐蚀倾向。


   c. 力学性能


  ①. 固溶热处理温度1050~1150℃的牌号为Z2CND1812N的manbetx998钢管的力学性能应满足表中的要求。


  ②. 按RCC-M MC1272标准进行压扁试验,试验分为两个阶段。压扁后第一阶段不得出现裂缝和裂口,第二阶段壳体不得呈现任何剥层或其它明显的不均匀性。


  d. 晶粒度


  按RCC-M MC1331标准,每批取一根钢管,测定奥氏体晶粒度≥4级。


  e. 超声波检验


  每根钢管必须按RCC-M MC2500的规定进行超声波检验,并考虑以下附加要求。超声波检验应在交货状态的钢管上进行。


  f. 水压试验


  对钢管逐根进行水压试验。试验压力使管壁上产生的应力不应小于规定的最小屈服强度的50%,试验压力或应力按式(2)求得:


  式中:P为水压试验压力,MPa;S为管壁产生的应力,MPa;t为规定的公称壁厚,相当于最小壁厚的1.143倍,mm;D为规定的外径。按式(2)计算水压试验压力,当水压试验压力低于7 MPa时应精确到0.5 MPa,其它试验压力应精确到1 MPa。水压试验压力不得超过50 MPa,保压时间为5 秒。


  g. 尺寸公差


  钢管的公称外径为323.80 mm,外径允许偏差为±2.43 mm。外径公差包括椭圆度。


 3. 产品测试结果说明


  产品通过采用“EF电弧炉+AOD氩氧炉”双联精炼工艺,能达到成分均匀、钢水纯净、材质优良、化学成分等完全符合RCC-M M3304和《RCC-M 1、2、3级manbetx998无缝钢管技术规格书》。其中,力学性能、屈服强度、工艺性能、晶粒度、无损检验等指标均超过标准和技术协议要求。


二、主要技术创新点


  1. 本项目技术路线可省去粗轧、扩孔等工序,缩短生产周期,降低能耗和排放量,提高金属收得率,产生较好的经济效益。此外,由于传统周期轧机在钢管上需切除管道两端以保证产品性能,而新型轧机不需切除两端,因此可以提高成材率。本项技术可总共节约金属30%~40%,降低生产成本25%~30%。


  2. 用低磷纯铁和高纯电解合金为原料,电弧炉(EF)+亚氧炉AOD(VOD)双联精炼工艺,控制夹杂物的形状,降低钢坯的气体(H、O)含量。


  3. 该核1级耐高温控氮manbetx998无缝管长度长,提高能源运行系统管道的使用年限。采用同时具有周期轧管和二辊可逆式轧管功能的多功能轧机,所生产的核1级耐高温控氮manbetx998无缝管长度可达12~15 m,大大长于国外垂直热挤压大口径厚壁无缝管4 m的长度,可大大降低回路管道中焊缝的长度,减少安装中的焊接工作量并提高管道的安全和使用年限。


  4. 特殊的管坯锻压加热办法,加工得到均匀的低倍组织,减少了管坯的微裂纹。通过在核1级耐高温控氮manbetx998无缝管的铸造、周期/可逆多功能轧管机成型技术的产业化工程中的实现应用创新和工艺创新,使我国在核级无缝管关键成型技术产业化领域占据了一席之地。


三、应用情况


  国产化的核1级耐高温控氮manbetx998无缝管现已用于国家多个核电站项目,如昌江核电项目、方家山核电项目、福清核电项目、台山核电项目、阳江核电项目、防城港核电项目、宁德核电项目、三门核电项目、海阳核电项目等。


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