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        核電廠大型鍛件重要工藝參數(shù)控制研究

        2015-11-30 03:27:17中廣核工程有限公司袁育龍梁書華
        金屬加工(熱加工) 2015年21期
        關(guān)鍵詞:鋼錠大綱鍛件

        ■中廣核工程有限公司 劉 嶠,袁育龍,梁書華

        核電廠大型鍛件重要工藝參數(shù)控制研究

        ■中廣核工程有限公司 劉 嶠,袁育龍,梁書華

        核電廠大型鍛件內(nèi)部質(zhì)量極度依賴于制造工藝,工藝參數(shù)選擇及操作穩(wěn)定性是鍛件采購(gòu)過(guò)程中極其重要的環(huán)節(jié),通過(guò)分析國(guó)內(nèi)制造廠在重要工藝參數(shù)方面與國(guó)外企業(yè)的差距,提出工藝參數(shù)控制的措施和建議,力爭(zhēng)提升國(guó)內(nèi)制造企業(yè)制造工藝參數(shù)的穩(wěn)定性和均勻性。

        核電廠大型鍛件屬于極限制造部件,性能要求已經(jīng)接近所用材料的最佳性能狀態(tài),且在核電站運(yùn)行期間較難更換和替代,所以鍛件的性能直接影響著核電廠的安全運(yùn)行。由于鍛件內(nèi)部質(zhì)量極度依賴于制造工藝,且無(wú)法直接檢驗(yàn),因此工藝參數(shù)選擇及操作穩(wěn)定性是鍛件采購(gòu)過(guò)程中極其重要的環(huán)節(jié),是保證鍛件批量化生產(chǎn)成功率的關(guān)鍵手段。

        1. 大型鍛件各部位性能分布受工藝影響較大

        材料的性能取決于制造過(guò)程的多種因素,尤其是核電站使用的大型鍛件,尺寸較大,形狀各異,部分部件具有較大的厚度,工藝過(guò)程對(duì)部件各個(gè)部位的性能產(chǎn)生較大影響,如圖1所示。

        可以看出,大型鍛件的熱加工工藝參數(shù)決定了大型鍛件各部位的性能無(wú)法保證均勻。某些部件的特殊部位性能與驗(yàn)收試驗(yàn)部位會(huì)有較大差異(某一大型鍛件見(jiàn)圖2)。

        圖1

        圖2

        2. 國(guó)內(nèi)大型鍛件部分重要參數(shù)存在的差距

        國(guó)內(nèi)企業(yè)比國(guó)外在大型鍛件工藝參數(shù)研究方面的起步較晚,在部件工藝制造過(guò)程中存在一定的操作不嚴(yán)格,工藝參數(shù)不穩(wěn)定等問(wèn)題。

        (1)國(guó)內(nèi)外鍛件力學(xué)性能比較 我們依據(jù)現(xiàn)有資料對(duì)國(guó)內(nèi)外鍛件的力學(xué)性能做了一些分析比較,發(fā)現(xiàn)國(guó)外核電廠大型鍛件強(qiáng)度和韌性的絕對(duì)值要明顯高于國(guó)產(chǎn)鍛件,尤其是基準(zhǔn)溫度RTNDT和抗拉強(qiáng)度,國(guó)外鍛件力學(xué)性能的均勻性要明顯好于國(guó)內(nèi)鍛件。最重要的是,國(guó)內(nèi)制造企業(yè)鍛件的性能并不是不能達(dá)到國(guó)外的水平,主要在性能的均勻性和穩(wěn)定性上均存在差距(見(jiàn)表1)。

        (2)國(guó)內(nèi)外鍛件鋼錠利用率比較 表2是國(guó)內(nèi)外鍛件制造企業(yè)在核電廠核島主設(shè)備大型鍛件的鋼錠利用率方面的比對(duì)。

        通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),國(guó)內(nèi)制造廠的鋼錠利用率要低于國(guó)外先進(jìn)廠家,這說(shuō)明我國(guó)冶煉、鑄錠的水平與國(guó)際先進(jìn)水平還有較大差距。研究表明,國(guó)內(nèi)外在冶煉裝備方面并沒(méi)有明顯的差距,所以在原材料成分控制、冶煉參數(shù)操作穩(wěn)定性上還存在一定的不足?,F(xiàn)階段我們還沒(méi)有切實(shí)的技術(shù)手段有效提高鋼錠質(zhì)量之前,應(yīng)該切實(shí)重視對(duì)大型鋼錠制造工藝的研究(冶煉現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖3)。

        在無(wú)法進(jìn)一步改善鋼錠純凈度和偏析的前提下,我們是通過(guò)加大切除量來(lái)保證澆口端的沉積錐區(qū)和冒口端的縮孔區(qū)不進(jìn)入鍛件。但如果鍛工在鍛造過(guò)程中沒(méi)有嚴(yán)格按鍛造工藝規(guī)定的尺寸切除(人為減小或調(diào)整水冒口的切除量),就會(huì)改變部件在鋼錠中的位置,會(huì)使?jié)?、冒口端的?wèn)題區(qū)域進(jìn)入到鍛件本體,從而使通過(guò)增加切除量來(lái)保證鍛件質(zhì)量的效果大打折扣,甚至使鍛件報(bào)廢。在實(shí)際操作過(guò)程中,鍛造操作工為了防止后續(xù)的鍛造操作不當(dāng)而導(dǎo)致的鍛件“缺肉”,往往有強(qiáng)烈的意愿去加大下料尺寸(也就是減小切除率)。有些鍛件在超聲檢測(cè)過(guò)程中,恰恰是在近冒口端或近澆口端發(fā)現(xiàn)了超標(biāo)缺陷,可能與上述操作有關(guān)聯(lián)。

        圖3

        表1 國(guó)內(nèi)外鍛件基準(zhǔn)溫度的比較

        表2 國(guó)內(nèi)外鍛件鋼錠利用率比較

        3. 工藝評(píng)定參數(shù)控制

        工藝評(píng)定參數(shù)控制的目的是在核島關(guān)鍵部件或制品正式制造前,驗(yàn)證制造廠所制造的這些部件或制品的整體質(zhì)量能夠滿足設(shè)計(jì)和核安全的要求;驗(yàn)證制造廠能按照事先制定的制造技術(shù)大綱成功地制造出相關(guān)部件或制品的技術(shù)能力、生產(chǎn)能力和管理能力,以保證制造過(guò)程的規(guī)范性和檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性。固化制造工藝流程和主要工藝參數(shù),以保證部件或制品制造工藝流程的可重復(fù)性、產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和制造工期的可控性;驗(yàn)證采購(gòu)技術(shù)要求所規(guī)定的檢驗(yàn)要求的代表性和有效性,從而為降低制造成本、縮短制造周期,以及批量制造提供有利條件(具體要求見(jiàn)圖4)。

        4. 工藝評(píng)定參數(shù)有效性

        鍛件性能的穩(wěn)定性是核電廠大型鍛件質(zhì)量的保證,而工藝參數(shù)的有效性和穩(wěn)定性尤為重要,所以在鍛件制造過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)鍛件制造工藝的有效性和穩(wěn)定性管理工作(采購(gòu)技術(shù)要求見(jiàn)圖5、大鍛件見(jiàn)圖6)。

        5. 國(guó)內(nèi)企業(yè)工藝過(guò)程控制建議

        (1)工藝參數(shù)一定要固化,制造大綱是部件制造的基本要求和主線,不能隨意變動(dòng),工藝主要參數(shù)不能反復(fù)改變(如鍛造工序和尺寸,熱處理保溫溫度和時(shí)間等)。

        (2)對(duì)同一部件如果評(píng)定了兩種工藝,應(yīng)該合理選擇工藝進(jìn)行制造,當(dāng)有經(jīng)驗(yàn)后應(yīng)該固定一種工藝進(jìn)行制造。確認(rèn)新的工藝后,應(yīng)該有條件地廢除舊工藝。

        (3)各類評(píng)定文件應(yīng)有固定模板或格式。評(píng)定過(guò)程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)不同人編制的文件(制造大綱、評(píng)定大綱、評(píng)定報(bào)告)在結(jié)構(gòu)和描述上存在較大差異。

        (4)制造大綱及廠內(nèi)工藝應(yīng)有效覆蓋和傳遞(如落錘試驗(yàn)溫度)。

        (5)操作層應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行大綱和工藝要求(如鋼錠的切除率等)。

        (6)重視各類設(shè)備的檢定、檢測(cè),如加熱爐、熱電偶、記錄儀及熱處理爐等。

        (7)善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),積極改進(jìn)工藝。

        圖4

        圖5

        圖6

        20150906

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