核电站控制棒驱动机构驱动杆及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种核电站控制棒驱动机构驱动杆的制备方法，其包括以下步骤：1)选取原料并电炉冶炼+AOD精炼+LF炉精炼，获得钢水；2)将钢水浇注成电极；3)将电极电渣重熔获得钢锭，其中，以重量百分比计，钢锭含有≤0.150%C、≤1.00%Mn、≤1.00%Si、≤0.030%S、≤0.030%P、≤0.50%Ni、11.50-13.50%Cr、≤0.06%Co、≤0.001%B和余量Fe；4)将钢锭锻造成管坯，对管坯进行热轧、热穿孔，获得荒管；以及5)将荒管加工成核电站控制棒驱动机构驱动杆。根据本发明方法制备的CRDM驱动杆在CRDM中运行时，与钩爪啮合时耐磨性非常理想，不挠曲、不变形且有一定的刚度，在负载条件下可安全运行，寿命满足CRDM的设计规范和国家标准要求，质量也达到了国外同类产品的先进水平，实现了CRDM驱动杆的国产化。
【专利说明】核电站控制棒驱动机构驱动杆及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于核电【技术领域】，更具体地说，本发明涉及一种核电站控制棒驱动机构驱动杆及其制备方法。
【背景技术】
[0002]核电站核安全级设备一控制棒驱动机构(CRDM)是核电站反应堆系统中重要的机械设备，作为反应堆控制和保护系统的一部份，CRDM是极其重要的执行机构，其主要功能是驱动控制棒在堆芯中上、下运动实现反应堆启动、提升功率、保持功率、负荷跟踪、正常停堆和事故停堆。
[0003]压水堆核电站CRDM是根据反应堆控制和保护系统信号，通过驱动杆部件的运动，带动控制棒组件在堆芯内上、下运动的。驱动杆位于驱动机构中心位置，驱动杆管坯总长7160mm,外径44.5mm,内径22mm,直线度要求全长小于等于4mm,外园开环形槽与钩爪卩齿合，以完成提升和下降动作。因此，要求材料有一定的强度和刚度、很好的耐磨性，在制造过程中要防止变形。
[0004]但是，核电站CRDM驱动杆长期被国外少数几个国家垄断，他们长期控制着全球核电项目的CRDM驱动杆供货市场。完全依赖于国外少数CRDM设备生产厂家供货，我国不仅需要多付出昂贵的采购成本，而且供货周期不确定，风险大，曾经不同程度影响到我国在建核电新项目的工期进度。
[0005]有鉴于此，确有必要提供一种核电站控制棒驱动机构驱动杆及其制备方法。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的在于:提供一种核电站控制棒驱动机构驱动杆及其制备方法。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站控制棒驱动机构驱动杆的制备方法，其包括以下步骤:
[0008]I)选取原料并电炉冶炼+AOD精炼+LF炉精炼，获得钢水；
[0009]2)将钢水浇注成电极；
[0010]3)将电极电渣重熔获得钢锭，其中，以重量百分比计，钢锭含有≤0.150%C、≤1.00%Μη、≤ 1.00%S1、≤ 0.030%S、≤0.030%P、≤ 0.50%N1、ll.50-13.50%Cr、≤ 0.06%Co、≤0.001%B 和余量 Fe ；
[0011]4)将钢锭锻造成管坯，对管坯进行热轧、热穿孔，获得荒管；以及
[0012]5)将荒管加工成核电站控制棒驱动机构驱动杆。
[0013]作为本发明制备方法的一种改进，步骤I)中，采用高碳铬铁、中碳铬铁、低P原料、金属猛、娃铁作为原料。
[0014]作为本发明制备方法的一种改进，步骤2)中的浇注电极在氩气保护气氛中进行。
[0015]作为本发明制备方法的一种改进，步骤4)中，所述钢锭在加热保温后采用快锻开坯和径锻制成管坯。[0016]作为本发明制备方法的一种改进，步骤4)中，钢锭加热保温的工艺为:先自(700°C缓慢加热至950± 10°C，保温2~2.25小时后再缓慢加热至1180± 10°C，保温3~4小时后，缓慢冷却后出炉锻造。
[0017]作为本发明制备方法的一种改进，步骤4)中，锻造时钢锭镦粗二次，镦粗保温后钢坯出炉进行拔长锻造，经多次锻造后钢坯锻到所需中间坯尺寸，开坯后切除钢锭头、尾。
[0018]作为本发明制备方法的一种改进，步骤4)中，所述钢坯在径锻加热炉中加热，加热温度> 1100°C，加热4~6小时，钢坯出炉后在径锻机上锻造到毛坯尺寸。
[0019]作为本发明制备方法的一种改进，步骤5)中，将荒管加工成核电站控制棒驱动机构驱动杆包括:荒管酸洗、冷轧、酸洗、矫直、润滑、冷轧、成品加工和调质热处理。
[0020]作为本发明制备方法的一种改进，步骤5)中，矫直后的弯曲度≤2mm/2.5m。
[0021]作为本发明制备方法的一种改进，步骤5)中，调质热处理包括淬火处理和回火处理，淬火处理为将钢管在≤650°C保温0.5~0.75小时之后，缓慢加热至960~1000± 10°C并保温1.0~1.2小时，然后进行油淬；回火处理为将淬火后的钢管在≤550°C保温0.5~
0.75小时，然后，加热至660~680°C，保温3~3.5小时之后，进行空冷。
[0022]作为本发明制备方法的一种改进，步骤I)中，AOD精炼+LF炉精炼时通过添加合金料来获得钢锭的成份。
[0023]为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种核电站控制棒驱动机构驱动杆，以重量百分比计，所述核电站控制棒驱动机构驱动杆含有≤0.150%C、≤1.00%Mn、(1.00%S1、≤ 0.030%S、( 0.030%P、( 0.50%N1、11.50-13.50%Cr、( 0.06%Co、( 0.001%B
和余量Fe。
[0024]作为本发明核电站控制棒驱动机构驱动杆的一种改进，所述核电站控制棒驱动机构驱动杆通过前述制备方法获得。
[0025]相对于现有技术，本发明核电站控制棒驱动机构驱动杆及其制备方法具有以下优点。
[0026]1.通过化学成份的优化组合，确定钢管的冷轧工艺和热处理规范，CRDM驱动杆达到力学性能和功能性的要求，在负载条件下可安全运行，且寿命满足CRDM的设计规范和国家标准要求，质量也达到国外同类产品的先进水平，实现了 CRDM驱动杆的国产化。
[0027]2.可利用国内现有的工艺设备加工制造，利于批量生产，加速国产化进程。
[0028]3.经实际检验，根据本发明方法制备的CRDM驱动杆安装在设备CRDM中运行时，各项指标性能优良，与钩爪啮合时耐磨性非常理想，不挠曲、不变形，且具有一定的刚度。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]下面结合附图和实施例，对本发明核电站控制棒驱动机构驱动杆及其制备方法进行详细说明，附图中:
[0030]图1为本发明核电站控制棒驱动机构驱动杆的制备方法中，电渣重熔获得的钢锭脱模后的退火工艺曲线图。
[0031]图2为本发明核电站控制棒驱动机构驱动杆的制备方法中，快锻开坯钢锭的加热工艺曲线图。
[0032]图3为根据本发明核电站控制棒驱动机构驱动杆的制备方法中，管坯径锻时的退火工艺曲线图。
[0033]图4和图5为本发明核电站控制棒驱动机构驱动杆的制备方法中，钢管热处理的淬火和回火工艺曲线图。
实施例
[0034]为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
[0035]本发明核电站控制棒驱动机构驱动杆的制备方法的主要工艺包括:电炉冶炼+AOD精炼+LF炉精炼一烧注电极一电禮:重熔一锻造开还一热轧管还一管还定切、剥皮一热穿孔一荒管酸洗一精整修磨一润滑一冷轧一去油一中间坯热处理一酸洗一矫直一润滑一
冷轧一......(循环加工)一成品加工一调质热处理(淬火、回火)一取样一性能检测一
矫直一精磨一尺寸、外观检查一入库。
[0036]1.电炉冶炼+AOD精炼+LF炉精炼:
[0037]原料采用高碳铬铁、中碳铬铁、低P原料、金属锰和硅铁，原料在电炉中熔化获得钢水；然后，将钢水倒入AOD精炼炉中吹氧脱碳，加入合金料，调整化学成分；达到炼钢工艺规范规定的成分和钢水温度后出钢，钢水倒入钢包。
[0038]随后，钢包移入 LF精炼炉进行第二次精炼，根据炉前分析结果加入合金料，调整化学成分、同时调整钢水温度，待钢水达到满足炼钢工艺规范要求的化学成分及出钢温度后出钢。
[0039]2.浇铸电极:将钢水浇注成电极，为了保护钢水在浇铸过程中不氧化或少氧化，采用氩气保护浇铸。
[0040]3.电渣重熔:为了提高钢的冶金质量，将浇注的电极进行电渣重熔二次冶炼，以提高钢的纯净度，减少钢中的夹杂物，减小夹杂物的尺寸和改变夹杂物的分布。
[0041]在电渣重熔前，对电极表面进行清理，以清除表面氧化皮。此外，为了去除渣料中的水分，使用前，可采用电阻炉烘烤渣料。
[0042]电渣重熔时采用CaF2 = Al2O3 二元渣系，采用不锈钢通用的电渣重熔工艺，通过控制电压和电流，保证电渣重熔过程平稳进行。
[0043]为了保证钢的性能满足技术要求，对钢的主要元素进行控制，各主要元素及其含量见表1。
[0044]表1钢的主要元素及含量(重量百分比)
【权利要求】
1.一种核电站控制棒驱动机构驱动杆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)选取原料并电炉冶炼+AOD精炼+LF炉精炼，获得钢水； 2)将钢水浇注成电极； 3)将电极电渣重熔获得钢锭，其中，以重量百分比计，钢锭含有≤0.150%C、≤1.00%Μη、≤ 1.00%S1、≤ 0.030%S、≤ 0.030%P、≤ 0.50%N1、ll.50-13.50%Cr、≤0.06%Co、≤0.001%B 和余量 Fe ； 4)将钢锭锻造成管还，对管还进行热轧、热穿孔，获得荒管；以及 5)将荒管加工成核电站控制棒驱动机构驱动杆。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤I)中，采用高碳铬铁、中碳铬铁、低P原料、金属猛、娃铁作为原料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中的浇注电极在氩气保护气氛中进行。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述钢锭在加热保温后采用快锻开坯和径锻制成管坯。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，钢锭加热保温的工艺为:先自≤700°C缓慢加热至950± 10°C，保温2~2.25小时后再缓慢加热至1180± 10°C，保温3~4小时后，缓慢冷却后出炉锻造。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，锻造时钢锭镦粗二次，镦粗保温后钢坯出炉进行拔长锻造，经多次锻造后钢坯锻到所需中间坯尺寸，开坯后切除钢徒头、尾。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述钢坯在径锻加热炉中加热，加热温度> 1100°c，加热4~6小时，钢坯出炉后在径锻机上锻造到毛坯尺寸。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，将荒管加工成核电站控制棒驱动机构驱动杆包括:荒管酸洗、冷轧、酸洗、矫直、润滑、冷轧、成品加工和调质热处理。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，矫直后的弯曲度≤2mm/2.5m。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，调质热处理包括淬火处理和回火处理，淬火处理为将钢管在< 650°C保温0.5~0.75小时之后，缓慢加热至960~1000±10°C并保温1.0~1.2小时，然后进行油淬；回火处理为将淬火后的钢管在≤5500C保温0.5~0.75小时，然后，加热至660~680°C，保温3~3.5小时之后，进行空冷。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，AOD精炼+LF炉精炼时通过添加合金料来获得钢锭的成份。
12.一种核电站控制棒驱动机构驱动杆，其特征在于，以重量百分比计，所述核电站控制棒驱动机构驱动杆含有≤0.150%C、≤1.00%Μη、≤1.00%S1、≤0.030%S、≤0.030%P、≤0.50%N1、ll.50-13.50%K 0.06%Co、≤ 0.001%B 和余量 Fe。
13.根据权利要求12所述的核电站控制棒驱动机构驱动杆，其特征在于，所述核电站控制棒驱动机构驱动杆是通过权利要求1-11中任一项所述的制备方法获得。
【文档编号】C22C38/32GK103789684SQ201410038763
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】杨春乐, 杨孟嘉, 陈志强, 冉小兵, 邓小云, 戴长年, 刘宝亭, 米大为, 唐茂, 吴昊 申请人:中广核工程有限公司, 中国广核集团有限公司