当前位置:首页 > 新闻信息 > 详细内容

核电耐海水腐蚀核级双相不锈钢无缝管道的研制

发布时间:2018-09-11

当初cpr1000系列核电机组打仗海水的工艺管道(如cfi系统等)少数是核级z2cn1810不锈 钢或许内壁衬胶核级碳钢管道,这类材料抗海水腐化才能较弱,轻易出现管道锈蚀泄漏成绩,在役时期的保护和改换工作也很复杂。处理这一成绩的传统思路是通过增加阴极保护或防腐涂层, 但不是阴极保护系统太复杂、可靠性不高,就是涂层零落成绩。双相不锈钢材料是到当初为止最有效耐海水腐化的材料,假如在上述系统中得以运用,则能够防止上述成绩的发生,进步安全性的同时,增加了帮助保护系统和正常保护, 绝对降低了本钱。

2205材料自20世纪70年代投入商业运用,阅历40多年的运用和改进,特别是aod和vod等炉外精炼技巧的成熟运用,以及连铸技巧的开展, 提升了质量稳定性,已归入astm标准,无缝钢管 标准astm a789和astm a790,相对应我国的国 家标准gb/t 21833中的商标为022cr22ni5mo3n, 具体的标准身分请求如表1。

6)占有各种脆性相析出的偏向,如475℃ 相和σ相称脆性相,因而不宜在高于300℃的温度下运用。

表2列出2205无缝钢管的常温密度, 20℃到 100℃、200℃、300℃的比热参考值,线膨胀系数和弹性模量参考值,以及无缝钢管的现实测试线膨胀系数和弹性模量。表3列出2205无缝钢管的室温和低温力学机能。

抗点蚀机能、铁素体比例和力学机能是2205双相钢的三个重要特征,这三种特征很大水平上受热处理影响,因而,对热处理的研讨是双相钢生产的重要名目。

成品钢管按nb/t 20004停止晶间腐化实验,试样按b法停止 “敏化” 处理,敏化温度为725℃,保温30min,在加入铜屑的沸腾硫酸铜溶液中浸泡24h。经弯曲90°后的试样未见裂口或裂纹,如图13。

4)占有精良的耐腐化疲乏和磨损腐蚀性能。

1)含钼双相不锈钢在低应力下有精良的抗氯化物应力腐蚀性能。正常的18-8型奥氏体不锈钢轻易在60℃以上的中性氯化物溶液中发生应力腐化开裂,而双相不锈钢占有精良的抗性。

3)占有较高的强度和疲乏强度,屈服强度是18-8不锈钢的两倍。

规格3:355.6×12.7mm 圆棒(Φ310mm)→ 进厂检验 → 管坯加 工→ 热穿孔(310×27mm)→ 冷扩(409× 22.5mm)* → 冷拔(355.6×12.7mm)* → 热处理 → 酸洗钝化 → 检验 → 入库

由于2205强度硬度高,塑性差,冷轧的压应力前提更有利于冷变形,因而,在前提允许的情形下,2205双相钢运用冷轧变形更好。

注:*旁边冷拔工序循环频仍,即冷扩-脱 脂-热处理-矫直-酸洗。

本测试的第一步,设置了四种差别的出钢温 度:1120℃、1150℃、1170℃、1200℃,其余穿孔前提固定,测试运用的管坯商标为s31803,成 分满意astm a789标准请求,规格Φ63mm,穿孔荒管规格为68×6mm,设定送进角为10°,轧辊距 56~57mm,导板距62~63mm,顶头前伸量为45~55mm,轧辊转速190rpm。运用3支管坯一 组,控制出钢温度。结果如表4所示,出钢温度为 1170℃时,荒管内外名义失掉精良的品质。

成品钢管按astm a923c法停止点腐化实验,其腐化速度应不大于8mdd。点蚀实验结果见表10,相符客户标准请求。

为保障2205无缝钢管在严苛的腐化前提下占有精良的耐蚀性,对管坯夹杂物控制,按astm jk评级图,a、b、c、d四类夹杂物均不得大于1.5级,不得出现σ相称有害相。

当采用部分热处理时, 除需热处理部分到达热处理划定温度外,在不需热处理部分之过渡区,可能已处于σ相析出敏感区和 “475℃脆性” 改变区,假如在850~950℃加热时光过长,可出现σ相和其余金属间化合物,招致材料耐蚀机能降低,退役中发生选择性腐化。假如在 “475℃脆 性” 改变区停顿时光过长,可能招致材料开裂。 对部分热处理应采用快速升温,保温后,快速冷却的办法停止。

吴玖等人对双相钢的研讨指出,2205双相钢合适的热处理温度是1020~1100℃。核电双相钢技巧前提也对2205的提出了在1020~1100℃ 停止热处理并急冷的请求。本名目在这一范围的基础下,对2205双相钢停止了进一步实验探索,取2205冷加工去油洗净后试样,在实验室电阻炉中停止热处理实验。设置了1020℃、1040℃、 1060℃、1080℃、1100℃,并保温15min以确保试样充足失掉加热,出炉后敏捷水冷。对实验后的试样停止点腐化检验,铁素体比例检验,力学机能检验。结果分述如下:

对成品钢管按实验请求做压扁实验。试样压扁后未见裂缝和裂口,检验结果相符客户请求。 对19.05×1.65mm的2205钢管做扩口实验。实验的顶心锥度为60°,扩口后试样的外径最小扩口率为10%,扩口后试样未见裂缝和裂口,检验结果相符客户请求。检验结果如表8、图10、图11所示。解释材料占有精良的工艺机能。

设备和热交换器设计中,存眷材料的线膨胀系数,2205双相不锈钢线膨胀系数低于正常奥氏体不锈钢,占有降低设备和热交换器在升/降温时发生热膨胀/压缩招致的应力,对进步结构稳定性有利。同时,在管道和交换器管程中为有腐化特征的介质,壳程为正常介质的设计中,采用双相钢无缝钢管,可运用碳钢或合金钢的外壳或管 板,以降低设备制造本钱,在结构设计中,不用斟酌采用奥氏体不锈钢管时所需的膨胀波级管。 高于奥氏体不锈钢的导热率,可使热交换器的热率提升。

容大占有一批在业内失掉明显成就的专业技巧人员,对行业内的检测需要懂得较深,并且有丰硕的检测教训,本着精益求精的准则,针对差别样品树立差别领域的技巧小组停止分析、实验,由相干专业教训最丰硕的高等工程师担当负责人。保障每个报告的准确性、谨严性。实用于钢铁企业、石化行业、科研院所、大专院校等部分的相干研讨和测试。

5)双相不锈钢的焊接机能精良,热裂偏向小,可与普通18-8奥氏体不锈钢或碳钢停止异种焊接。

4.2.3 力学机能试样经过热处理实验后,对其停止常温拉力检验和硬度检验,结果如图8所示。

经批量测试,控制出钢温度为1170℃,轧制速度设定在190rpm的工艺下,2205双相钢荒管失掉较精良的名义品质,其检验合格率到达95%。

以下介绍几种2205双相钢管的冷加工办法及留心点。

成品管按gb/t 230.1或gb/t 231.1停止的硬度 实验,产品硬度结果见表7。相符客户标准划定。

试样按astm a923c停止点蚀实验,实验温度为25±1℃,在6%氯化铁溶液中腐化24h后检测腐化速度,结果如图5所示,2205在1020~1100℃ 的范围内固溶热处理,其点腐化速度均不高,处于小于1mdd的水平,尤其在1040~1060℃的点腐化速度更低。

2205材料对冶炼技巧的控制,应采用电炉冶炼,经aod或vod精炼,确保钢水之清净度,钢水在冷却熔化过程有crc、crn、χ相、mc6、σ 相称金属间化合物和有害相析出成绩,加快冷却速度,对降低析出有利,故采用连铸工艺优于模铸工艺。

2205双相钢无缝管的热穿孔机能由管坯温度和热穿孔变形速度来决议,管坯温度在斜轧穿孔中由斜底加热炉的出钢温度来控制。

双相不锈钢在室温下占有奥氏体相和铁素体相两相的不锈钢,联合了奥氏体不锈钢所占有的精良韧性和焊接性,和铁素体不锈钢所占有的耐氯离子腐蚀性。

文章内容来自网络,如有侵权请接洽管理员

综合以上,2205双相钢的成品热处理温度选择1050℃,可失掉最好的抗点蚀机能,铁素体比例亲热50%,力学机能精良。而旁边品热处理温度选择更高的1080℃,可失掉较低的强硬度和更好的塑性,更有利于后续冷加工。

对2205材料停止热处理,需斟酌铁素体相和奥氏体相的比例,平日而言,2205材料在奥氏体相和铁素体相两相各占50%时的加工性、塑性和耐腐蚀性是最好的,根据材料的现实化学身分,在 1020~1100℃范围内,选择合适的热处理制度,经快速冷却后,可失掉50%左右的铁素体相,2205 管材经1050℃固溶处理后的金相照片如图1所示, 随着温度降低,铁素体含量会逐步增加,因而, 热处理炉温度的平均性和稳定性,对控制两相比例的稳定性异样重要,热处理炉温度不平均或温度稳定较大时,可能招致统一工件差别部位之两比拟例不平均和差别批次材料的两相比例稳定较 大,可能招致材料在退役过程中发生选择性腐化。

成品钢管按nb/t20004停止常温拉伸机能, 其结果见表6,相符客户标准请求。

冷轧过程中必须控制更小的车速和送进量, 其冷轧变形量不得大于70%。不然会出现轧裂的情形。

根据研发方案,制订研制三种规格的2205双相钢无缝管

σ相是一种双相不锈钢中伤害最大的析出相,它硬而脆,会显着降低钢的塑性、韧性,并且由于其富含铬,会在其四周出现贫铬区,造成耐腐蚀性能降低。σ相在sem下的描写和身分如图3所示。

双相不锈钢自1930年代运用于工业化生产以来,已开展了80多年,现已开展出了三代的双相不锈钢,第一代是以含cr18%的s31500为代表, 其含铬含钼的身分使得其耐点蚀机能精良,由于超低的碳含量(c≤0.03%),其焊接机能失掉很好的改进;第二代以含cr22%的s31803为代表,增加了铬、氮,该钢种优良的耐腐蚀性能使其在海水、石油、化工领域等失掉广泛运用;第三代是以s32750为代表,由于其低碳、高铬、高 钼和高氮,占有优良的耐点蚀才能(抗点蚀当量 pren>40)和耐应力腐化和漏洞腐化才能,又称为超级双相不锈钢。

图8表明, 2205双相钢的强度和硬度随着热处理温度的降低而有所降低,而伸长率随着温度的降低而进步,到1080℃时到达最高,随后有所降低。因而,对须要做冷加工的2205双相钢旁边品而言,较低的强度、硬度和较高的塑性无疑是所须要的。旁边品热处理温度可定在1080℃。

对2205,冷拔变形量应严厉控制,苏式冷拔的变形量不得大于15%,扩径冷拔的变形量不得大于10%,中式冷拔的变形量不得大于20%, 不然会出现拉毛的成绩。

双相不锈钢由于占有独特的两相构造结构, 比拟单相奥氏体不锈钢, 其低温塑性较低, 在热加工(尤其是热穿孔)过程中极易造成开裂。再者,由于双相不锈钢占有较高的合金含量,轻易造成各种析出物,如σ相、χ相、cr2n等析出物,这些析出物硬而脆,会降低钢种的塑性韧性。

试样经过热处理实验后,取其横向面抛光并运用10%naoh溶液停止电解腐化,运用光学显微镜观察其金相构造,如图6所示。运用图像分析软件盘算铁素体比例,结果如图7所示。热处理温度对铁素体比例有线性影响,温度越高,铁素体比例越高。在所实验的温度范围中,2205的铁素体比例在48%~53%范围内。

热处理状态下成品钢管的金相构造为奥氏体和铁素体双相构造,铁素体含量为40%~60% 。金相检验结果见表9、图12。

由于2205强度、硬度高,需愈加留心冷拔模具质量,冷拔过程中,必须逐支检验内外名义质量,如发生有拉毛景象必须检查并抛磨模具。

avesta公司研讨了2205双相钢冷加工特征, 如图9所示,他们以为2205占有精良的冷加工机能,能够运用与普通不锈钢一样的冷加工变形办法,如冷轧、冷拔、冷扩。但其初始强度、硬度较普通奥氏体不锈钢高,须要冷加工设备、模具占有更高的强度。平日,经过10%以上的冷加工变形后,必须经过固溶热处理使其恢复塑性。

对采用部分热处理或团体设备热处理,应做好热处理工艺评定,须停止力学机能、析出物、 比拟例,以及腐化机能的评估。

同时斟酌焊接接头热影响区之两相比例的均衡,防止焊接热影响区内,因温度过高,铁素体相比例降低,对ni和n身分需按下限控制,以保障在焊接热影响区内,低温铁素体逆转成充足二次奥氏体相,以提升焊接接头之耐蚀性。

上述金属间化合物的发生和析出相的析出, 可降低材料之耐蚀机能和材料的韧性,在350℃ ~525℃范围内,发生 “475℃脆性” 改变。故对 2205停止热处理时,应采用快速冷却,防止在 850~950℃和在350~525℃范围内长时光停顿。

第二步,为了测试穿孔变形速度的影响,在第一步得出的出钢温度(1170℃)的基础上,通过改变轧辊轧制速度来改变变形速度,本次测试设定190、200、210rpm三种轧制速度,每组速度运用5支管坯来测试,其余前提与第一步雷同,结果如表5,绝对低速的190和200rpm荒管名义更优良,总体来说,轧制速度在190~210rpm的前提下荒管名义品质基本邻近。

2205材料化学身分有21%~23%cr和 2.5%~3.5%mo和0.14%~0.20%n,图2为2205的ttc(温度-时光-析出)曲线。从图中可看出,由于 mo和cr元素的含量较高,以及c、n等元素的感化,在850~950℃范围,2205占有发生金属间化合物和复杂的析出成绩,如cr2n、χ相、m23c6,以 及σ相称。

舒先进等人对双相钢2205停止了gleeble实验研讨,其应力应变曲线如图4。在1100℃以上的温度变形时峰值应力后的应力应变曲线出现稳态的平台,即应变增加的同时应力保持不变,试样发生稳态的塑性变形,这解释材料在热变形时硬化速度与硬化速度到达均衡状态。稳态区越长, 表明材料的热塑性越好,因而2205双相不锈钢在1100℃以上的热塑性较好。

宋红梅等人对双相不锈钢2205的热加工机能研讨发明,双相钢在低温下热加工时,双相钢中的铁素体相以静态中兴,造成晶界平直的亚晶,而奥氏体相在经过大变形后发生静态再结晶,两相经过各自的办法硬化中兴,使得两相相界呈圆钝化,减弱因变形带来的应力会合。而当材料在低温下变形或应变速度进步时,铁素体和奥氏体这两相构造的变形难以折衷,在相界处出现尖锐的地区,使得变形发生的应力会合得不到硬化,从而萌生裂纹源。因而,变形温度、应变速度是影响双相钢热加工的重要原因。

2)含钼含氮双相不锈钢占有精良的抗点蚀机能。抗点蚀当量pren(pren= cr% +3.3mo% +16n%)是用于表征材料的抗点蚀才能的值。 2205由于含较高的铬、钼、氮,其抗点蚀才能和抗漏洞腐化才能超越了316l。

因2205双相钢无缝钢管重要用于点蚀环境,应力腐化环境和严苛的平均腐化前提, 特别是耐海水腐化的工作环境下,必须斟酌材料之抗点蚀当量pren。以保障材料在点蚀环境中,占有较好的耐点蚀才能,其盘算公式 pren=%cr+3.3%mo+16%n。n可提升奥氏体相耐点蚀的才能,与富含cr、mo的铁素体相失掉腐化均衡,提升材料团体抗点蚀才能,降低选择性腐化。

规格2:219.08×12.7mm圆棒(Φ210mm)→ 进厂检验 → 管坯加工 → 热穿孔(214×18mm)→ 冷扩(246×17mm) * → 冷拔(219.08×12.7mm)* → 热处理 → 酸洗 钝化 → 检验 → 入库

规格1:19.05×1.65mm圆棒(Φ65mm)→ 进厂检验 → 管坯加工→ 热穿孔(68×6mm)→ 冷轧(33.4×3mm) → 冷 轧(19×1.65mm) → 热处理 → 酸洗钝化 → 检 验 → 入库

腐化实验 阀门检测 金相分析 身分分析 拉伸检测 无损探伤 生效分析 微观分析 可靠性实验 实验室建设 环保测试 纺织品检测 阻燃测试