核反应堆堆芯用HEA304电渣锭的试制

黄宇彬 杨云志

(北满特殊钢有限责任公司，黑龙江161041)

核反应堆堆芯用HEA304电渣锭的试制

黄宇彬 杨云志

(北满特殊钢有限责任公司，黑龙江161041)

HEA304钢电渣重熔后易出现碳、氮含量及晶粒度超标。经过对电渣重熔渣系及电渣工艺的摸索试验，确定电渣重熔渣系及工艺要点，生产出优质的核材用HEA304锻件。

HEA304;电渣锭;试制

HEA304是核反应堆堆芯用钢，其使用寿命直接影响到反应堆寿命。由于使用环境特殊，要求材料有极高的均匀性、纯洁度、优良的高温性能和抗腐蚀性。此材料长期依靠进口，我公司与钢铁研究总院经过多年的摸索，并经过前期工艺试验攻关，试制取得成功。

1 主要技术指标

HEA304熔炼成分及成品化学成分要求见表1。成品力学性能要求见表2。低倍组织要求见表3。高倍组织要求见表4。锻件内部必须经过100%超声检测，超声检测结果应符合JB/T 4730.3第4.7节中的Ⅰ级要求。

2 试制工艺

2.1 试制工艺流程

试制工艺流程为:电炉冶炼+AOD+LF+VD→浇注钢锭(或连铸坯)→开坯→电渣重熔→电渣锭加热→锻造→粗加工→热处理→检测→检验、检查→入库。

2.2 电渣重熔工艺试验

2.2.1 电渣重熔难点

表1 HEA304化学成分要求(质量分数，%)Table 1 Required chem ical composition of HEA304(mass fraction，%)

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

表3 低倍组织Table 3 M acroscopic structure

HEA304属低碳奥氏体含氮不锈钢，锻件成品要求［C］≤0.030%，用正常石墨电极造渣易增碳。同时成品要求［N］:0.10%～0.12%，范围要求窄，且电渣重熔渣系及过程对氮变化的影响无基础数据。由于使用环境特殊，要求材料有极高的均匀性、纯洁度、优良的高温性能和抗腐蚀性。

表4 高倍组织Table 4 M icroscopic structure

表5 自耗电极成分控制Table 5 Com position control of consumable electrode

表6 HEA304电渣重熔工艺试验参数Table 6 Test parameters of ESR process for HEA304

表7 HEA304电渣重熔工艺试验结果(质量分数，%)Table 7 Test results of ESR process for HEA304(mass fraction，%)

2.2.2 电渣重熔工艺试验

(1)考虑到电渣重熔过程对［C］、［N］成分控制的难度，结合电渣重熔特点，制定自耗电极成分控制要求，见表5。为掌握电渣重熔过程［C］、［N］变化规律，确定电渣重熔工艺，在生产前进行了工艺试验，见表6。

(2)试验结果见表7。

试验结果表明:

除试验炉号1锭尾［C］超标准0.009%外，其余均满足标准要求。

［C］成分控制:头［C］与自耗电极相当，尾［C］有增碳趋势，主要是从渣料中进入及石墨电极造渣带入。

［N］成分控制:试验炉号2、3电渣重熔过程采用氮气保护，重熔后钢中［N］有所增加。试验炉号1未采用氮气保护，尾［N］略有降低。

2.3 确定电渣重熔试制工艺

(1)采用CaF2/Al2O3/MgO三元渣系，MgO采用电熔镁砂。

(2)采用TiO2引弧剂。

(3)金属电极造渣。

(4)电渣重熔过程采用氮气保护，并根据自耗电极氮含量及重熔进程控制氮气流量及压力。

(5)重熔过程全程分阶段加Al进行脱氧。

3 试制结果

化学成分见表8。

低倍组织见表9。

表8 化学成分(质量分数，%)Table 8 Chem ical com position(mass fraction，%)

表9 低倍组织Table 9 M acroscopic structure

表10 高倍组织Table 10 M icroscopic structure

表11 力学性能Table 11 M echanical properties

高倍组织见表10。

力学性能见表11。

超声检测结果符合标准要求。

4 结论

采用CaF2/Al2O3/MgO三元渣系、TiO2引弧剂、自耗电极引弧、氮气保护及重熔过程脱氧等工艺措施，生产的HEA304电渣锭满足标准要求，试制取得成功。HEA304的试制成功为今后开发生产核反应堆管材用钢，如TP316LN、SA376低碳含氮不锈钢的生产积累了宝贵经验。

编辑 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

黄宇彬(1973—)，男，冶炼工程师，从事电渣冶炼工艺研究。