由低碳含量的奧氏體不銹鋼制成的預(yù)制體生產(chǎn)用于核反應(yīng)堆的耐磨損且耐腐蝕的包層的 ...的制作方法
【專利摘要】本方法包括以下步驟：提供由奧氏體不銹鋼制成的管狀預(yù)制體，所述奧氏體不銹鋼的碳含量小于或等于0.03重量％；使所述預(yù)制體成形；精加工所述預(yù)制體以形成包層(21)；通過擴散原子種類來硬化所述包層(21)的外表面(29)；在所述提供步驟之前或者在所述成形步驟或精加工步驟期間，使所述預(yù)制體經(jīng)受至少一次固溶退火，所述固溶退火具有以下子步驟：將所述預(yù)制體加熱至足夠高的溫度并持續(xù)足夠長的時間以使可選地存在的沉淀物溶入溶液中；以使可以在室溫下保持不含沉淀物和亞穩(wěn)態(tài)的奧氏體結(jié)構(gòu)的速率使所述預(yù)制體淬火。
【專利說明】由低碳含量的奧氏體不銹鋼制成的預(yù)制體生產(chǎn)用于核反應(yīng)堆的耐磨損且耐腐蝕的包層的方法、相應(yīng)的包層及相應(yīng)的控制簇
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造不銹鋼的部件，該部件的耐磨損性和耐腐蝕性經(jīng)由通過擴散一種或多種原子種類的硬化處理而被改進。
[0002]本發(fā)明特別適用于制造旨在用于輕水反應(yīng)堆(light water reactor,LWR)且特別是加壓水反應(yīng)堆(Pressurized Water Reactor, PffR)中的中子吸收棒。
【背景技術(shù)】
[0003]中子吸收棒通常被集合成控制簇(control cluster)。在這些簇中，一些簇在操作時經(jīng)常在導(dǎo)軌(guide)中移動并摩擦導(dǎo)軌。這些簇在水流的影響下還振動。因此，其中所含有的棒冒著變得磨損和失去它們部分的中子吸收能力(正是反應(yīng)堆安全的本質(zhì))的風(fēng)險。中子吸收棒的包層(cladding)和端塞(end plug)尤其暴露于這種磨損風(fēng)險中。
[0004]特別是當以負荷跟蹤模式(load-following mode)使用反應(yīng)堆時,一些吸收棒運動的頻率和振幅，特別是對于保持在固定位置的簇，一些吸收棒振動的頻率和振幅是這樣的:考慮到由摩擦引起的磨損，經(jīng)常有必要盡早控制并確保更換一定數(shù)量的簇。
[0005]為了對抗這種磨損，已經(jīng)提出通過滲氮(nitriding)來硬化包層的外表面。文獻FR-2604188、EP-446083、EP-537062 和 EP-801142 描述了等離子體滲氮步驟。 [0006]這些滲氮步驟為對抗吸收棒的包層的磨損提供了有效的防護。
[0007]然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如此滲氮的一些表面具有不足的耐腐蝕性，并且在制造之后的運輸期間、貯存期間或當使控制簇運行時，可能開始生銹。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的之一是通過提出一種允許制造具有良好的耐磨損性和良好的耐腐蝕性的部件的方法來克服上述缺點。
[0009]為此，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)用于核反應(yīng)堆的耐磨損且耐腐蝕的不銹鋼的包層的方法，所述方法包括以下步驟:
[0010]提供奧氏體不銹鋼的管狀坯件(blank)，所述奧氏體不銹鋼的碳含量等于或小于
0.03重量％ ；
[0011]使所述坯件成形；
[0012]精加工(finishing)所述還件以形成所述包層；
[0013]通過擴散一種或多種原子種類(atomic species)來硬化所述包層的外表面；
[0014]在所述提供步驟之前或者在所述成形步驟或精加工步驟期間，使所述坯件經(jīng)受至少一次固溶退火(solution annealing),所述固溶退火具有以下子步驟:
[0015]將所述坯件加熱至足夠高的溫度并持續(xù)足夠長的時間以使任何存在的沉淀物溶解；[0016]以使所述奧氏體結(jié)構(gòu)在室溫下保持在亞穩(wěn)態(tài)且不含沉淀物的速率使所述坯件淬火。
[0017]根據(jù)所述方法的其它可選特征:
[0018]所述加熱子步驟是在1020 °C和1100 °C之間的溫度下進行，優(yōu)選在1040 °C和1080°C之間的溫度下進行；
[0019]所述加熱子步驟進行I分30秒和30分鐘之間的時間，優(yōu)選進行3分鐘和10分鐘之間的時間；
[0020]在所述淬火子步驟期間，所述坯件在少于3分鐘內(nèi)從淬火初始溫度冷卻至低于850°C，并且在少于一刻鐘內(nèi)冷卻至低于450°C ；
[0021]在所述成形步驟期間或所述精加工步驟期間，所述固溶退火之后沒有進行產(chǎn)生表面拉應(yīng)力的操作；
[0022]在所述成形步驟期間或所述精加工步驟期間，所述固溶退火之后沒有進行研磨(grinding)、涂刷(brushing)、拋光(polishing)或磨光(buffing)；
[0023]所述精加工步驟包括所述包層的外表面的至少一種去除表層(stripping)或摩擦精加工(tribo-finishing)；
[0024]所述部件的外表面的硬化步驟包括等離子體滲氮；
[0025]所述包層的外表面的硬化步驟包括碳氮共滲(carbonitriding)或氮碳共滲(nitrocarburizing)；
[0026]所述硬化步驟包括滲碳(carburizing)或表面硬化(case hardening);以及
[0027]所述坯件沒有焊縫(weld)。
[0028]本發(fā)明還涉及按照如上所述的方法所得到的包層。
[0029]本發(fā)明還涉及一種用于加壓水型核反應(yīng)堆的控制簇，所述控制簇包括多腳架組件(spider assembly)和由所述多腳架組件支撐的吸收棒,所述吸收棒具有含有至少一種中子吸收材料的包層和包層端塞，其特征在于，至少一些所述吸收棒的包層是如上所述的包層。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]通過僅作為例子并且參考附圖而給出的以下描述，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將變得顯而易見:
[0031]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的控制簇的吸收棒的局部橫截面示意圖；
[0032]圖2給出在滲氮之前和之后AISI 316L包層的強度/電勢曲線；
[0033]圖3~圖5示出由對滲氮包層所進行的恒電勢測試而來的曲線圖，圖3~圖5對應(yīng)于不同的奧氏體鋼組成和不同的滲氮條件；
[0034]圖6給出在滲氮前由焊接的坯件和非焊接的坯件而來的包層的強度/電勢曲線圖； [0035]圖7是在滲氮后由焊接的坯件和非焊接的坯件而來的包層類似于圖6的視圖?！揪唧w實施方式】
[0036]在圖1中，可以看到部分的核燃料組件I和部分的控制簇3，該控制簇3控制該組件I負載在其中的核反應(yīng)堆的芯的反應(yīng)性。
[0037]常規(guī)地，組件I包括一束核燃料棒(未示出)和保持且支撐該束的骨架。骨架5包括下端件7、上端件9以及連接下端件7和上端件9的導(dǎo)管11。單個導(dǎo)管(guide tube) 11示于圖1中。
[0038]控制簇3包括僅能在圖1中看到一個的中子吸收棒13和多腳架結(jié)構(gòu)15，該多腳架結(jié)構(gòu)15支撐且保持吸收棒13在適當?shù)奈恢茫沟盟鼈兲幱诒舜似叫胁⑶已刂c組件I的導(dǎo)管11相同的網(wǎng)格陣列橫向地放置，該組件I上有控制簇3。
[0039]多腳架結(jié)構(gòu)15包括連接體部分17和側(cè)翼(wing) 19，該連接體部分17將控制簇3連接到移動機構(gòu)(未示出)，該側(cè)翼19接合到連接體部分17，其中，每個側(cè)翼19都被固定到一個或多個吸收棒13上。
[0040]圖1中所示的棒13包括含有至少一種中子吸收材料(例如，以碳化硼B(yǎng)4C的一堆丸粒23的形式)的包層21。該包層21是例如長度為3.8m、外徑為9.70mm且厚度為0.5mm的管。該包層21被上端塞25和下端塞27封閉。下端塞27的底部例如向下收斂。
[0041]常規(guī)地，為了調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的反應(yīng)性，將控制簇3插入反應(yīng)堆芯中或從反應(yīng)堆芯提取出，以便使吸收棒13在相應(yīng)的導(dǎo)管11內(nèi)部并且沿著導(dǎo)軌(未示出)移動，該導(dǎo)軌位于該反應(yīng)堆的上部內(nèi)元件(upper inner element)中。
[0042]包層21是由例如AISI304或AISI316型奧氏體鋼(一般是低碳AISI304L或AISI316L)制成。端塞27是由例如AISI308奧氏體鋼(一般是低碳AISI308L)制成。這些鋼的組成(以鑄造后的重量％計)列于表1中:
[0043]表1
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種制造用于核反應(yīng)堆的耐磨損且耐腐蝕的包層(21)的方法，所述方法包括以下步驟: 提供奧氏體不銹鋼的管狀坯件，所述奧氏體不銹鋼的碳含量等于或小于0.03重量％ ； 使所述坯件成形； 精加工所述坯件以形成所述包層(21)； 通過擴散一種或多種原子種類來硬化所述包層(21)的外表面(29)； 在所述提供步驟之前，或者在所述成形步驟或精加工步驟期間，使所述坯件經(jīng)受至少一次固溶退火，所述固溶退火具有以下子步驟: 將所述坯件加熱至足夠高的溫度并持續(xù)足夠長的時間以使任何存在的沉淀物溶解； 以使所述奧氏體結(jié)構(gòu)在室溫下保持在亞穩(wěn)態(tài)且不含沉淀物的速率使所述坯件淬火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加熱子步驟是在1020°C和1100°C之間的溫度下進行，優(yōu)選在1040°C和1080°C之間的溫度下進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述加熱子步驟進行I分30秒和30分鐘之間的時間，優(yōu)選進行3分鐘和10分鐘之間的時間。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，在所述淬火子步驟期間，所述坯件在少于3分鐘內(nèi)從淬火初始溫度冷卻至低于850°C，并且在少于一刻鐘內(nèi)冷卻至低于450。。。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，在所述成形步驟期間或所述精加工步驟期間，所述固溶退火之后沒有進行產(chǎn)生表面拉應(yīng)力的操作。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，在所述成形步驟期間或所述精加工步驟期間，所述固溶退火之后沒有進行研磨、涂刷、拋光或磨光。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，所述精加工步驟包括所述包層(21)的外表面(29)的至少一次去除表層或摩擦精加工。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，所述包層(21)的外表面(29)的硬化步驟包括等離子體滲氮。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述包層(21)的外表面(29)的硬化步驟包括碳氮共滲或氮碳共滲。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~7中任意一項所述的方法，其中，所述硬化步驟包括滲碳或表面硬化。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中，所述坯件不是焊接的。
12.一種按照根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法所得到的奧氏體不銹鋼的包層(21)。
13.一種用于加壓水型核反應(yīng)堆的控制簇(3)，所述控制簇(3)包括多腳架結(jié)構(gòu)(15)和由所述多腳架支撐的吸收棒(13)，所述吸收棒(13)包括含有至少一種中子吸收材料(23)的包層(21)和封閉所述包層(21)的端塞(25、27)，其特征在于，至少一些所述吸收棒 (13)的包層(21)是根據(jù)權(quán)利要求12所述的包層。
【文檔編號】C21D6/00GK103958703SQ201280058742
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月30日
【發(fā)明者】多米尼克·赫茲 申請人:阿?，m核能公司