■ 趙學(xué)文，王維寧

1.引言

兩件加氫環(huán)氧乙烷反應(yīng)器上、下管板，材質(zhì)為S A-508 GR.3 CL1，交貨尺寸為φ6268mm×310mm（見圖1），是制造廠首次生產(chǎn)如此大直徑管板鍛件。

此類鍛件壁厚小直徑大，在熱處理生產(chǎn)方面有很大困難，難點(diǎn)有：

（1）管板能否正常落入水槽及性能容易波動(dòng) 受熱處理冷卻設(shè)備所限，存在管板能否正常落入水槽及性能容易波動(dòng)的兩大問題。

制造分廠現(xiàn)有淬火冷卻設(shè)備共有2個(gè)，分別是1#立噴、2#立噴，對于管板鍛件，2個(gè)淬火冷卻設(shè)備的的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1#立噴：1#立噴尺寸比2#立噴大，管板在1#立噴淬火入水較方便，但在1#立噴淬火時(shí)只能選擇浸水式冷卻方式，浸水冷卻時(shí)管板下部水流動(dòng)性差，管板下部瞬間集聚大量氣泡且氣泡破裂時(shí)間較長，冷速緩慢不利于管板整體性能，調(diào)質(zhì)后性能容易出現(xiàn)波動(dòng)；另外，在淬火蒸汽膜階段，蒸汽膜破裂時(shí)會(huì)對管板底部產(chǎn)生很大的向上壓力，使管板鍛件向上跳動(dòng)，此管板鍛件直徑大，僅用吊具兩點(diǎn)支撐，劇烈跳動(dòng)易發(fā)生脫落，造成生產(chǎn)事故，因此，浸水淬火對管板性能、尺寸和生產(chǎn)安全都會(huì)產(chǎn)生不利影響。

圖1 精加工圖

2#立噴：若在2#立噴浸水淬火，也會(huì)存在和1#立噴同樣的問題，而2#立噴的優(yōu)點(diǎn)是有各種配套附具，管板下部可以通過內(nèi)環(huán)噴嘴提高冷卻能力，但是，2#立噴配套的各種外環(huán)、內(nèi)芯和墊鐵都是根據(jù)其他專用產(chǎn)品尺寸量身定制，加氫管板尺寸能否和淬火設(shè)備配套的附具相適應(yīng)也是存在的問題之一，這需要我們通過選取適合的附具、冷試、試吊來驗(yàn)證方案的可行性。另外，2#立噴尺寸本身就小且受外環(huán)管的影響，管板能否正常落入水槽也是當(dāng)時(shí)存在的主要問題。

分析表明，冷卻設(shè)備對管板淬火的影響主要在于兩大方面：一是管板能否正常自由落入水槽，二是管板下部冷卻能力差對性能的影響。

（2）熱處理調(diào)質(zhì)后變形風(fēng)險(xiǎn)大 根據(jù)技術(shù)條件的性能試料要求編制的粗加工圖如圖2所示，增加性能試料區(qū)和粗加工余量后粗加工尺寸變?yōu)棣?430mm×350mm。雖然在工藝準(zhǔn)備時(shí)充分考慮到變形因素并適當(dāng)增加厚度方向上的余量，力求在源頭上保證熱處理變形后尺寸能夠滿足精加工要求，但管板直徑大、壁厚小、高徑比小，熱處理調(diào)質(zhì)時(shí)容易變形，調(diào)質(zhì)后變形風(fēng)險(xiǎn)大。

2.方案研究及實(shí)施

從以上分析可以看出，該項(xiàng)目管板淬火主要存在3大難點(diǎn)：管板能否正常落入水槽、性能波動(dòng)問題和防止尺寸變形問題。針對以上難題，逐一研究，落實(shí)具體措施。

（1）淬火能否正常落入水槽問題 根據(jù)淬火設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選用2#立噴淬火。在試吊期間，發(fā)現(xiàn)南立噴外環(huán)有5個(gè)外環(huán)管（4#、8#、9#、10#、19#）開度不夠大，阻礙管板落入。針對以上問題，制造廠會(huì)同維修人員一起研究問題解決方案，經(jīng)過1天時(shí)間，維修人員順利對5根外環(huán)管全部矯直，矯直后再次進(jìn)行試吊，管板可正常落入水槽（見圖3）。

（2）性能波動(dòng)問題 為解決管板性能問題，采取措施：①成分調(diào)控。我們梳理了SA-508 GR.3 CL1材質(zhì)的核電堆芯筒體、管板等的性能數(shù)據(jù)、成分和金相報(bào)告，綜合考慮各種因素后，重新制訂了管板化學(xué)成分方案。②調(diào)質(zhì)熱處理工藝方案。根據(jù)化學(xué)成分、性能要求和取樣位置等，編制熱處理工藝（見圖4）。

（3）淬火前模擬吊運(yùn) 工藝要求淬火時(shí)間為10min，為確保嚴(yán)格按工藝要求時(shí)間執(zhí)行，淬火前我們對管板進(jìn)行模擬吊運(yùn)，實(shí)際吊運(yùn)結(jié)果：從拉臺(tái)車到落至2#立噴共計(jì)時(shí)9min，可滿足工藝淬火時(shí)間要求，在確保滿足工藝要求的前提下才開始裝爐。

（4）合理選用淬火設(shè)備結(jié)合管板尺寸和各種內(nèi)芯、墊鐵，我們對可用淬火內(nèi)芯和墊鐵先在計(jì)算機(jī)上1∶1模擬裝配組合，較為直觀選取淬火效果最好的內(nèi)芯和墊鐵組合，最終我們選用4#內(nèi)芯和1#+6#墊鐵（見圖5）組合，4#內(nèi)芯上部有一圈噴嘴，更有利于管板下部的冷卻和氣體排出，克服了浸水淬火時(shí)的缺陷；同時(shí)淬火時(shí)將管板放置在四組墊鐵上可進(jìn)一步提高冷卻能力，減少熱處理變形，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 粗加工圖

圖3 矯直后管板可正常落入

圖4 調(diào)質(zhì)熱處理工藝

圖5 管板用內(nèi)芯和墊鐵示意

（5）熱處理過程控制 在熱處理過程中，嚴(yán)格按照工藝要求執(zhí)行，提高了鍛件過程控制質(zhì)量。

（6）跟蹤性能取料及加工

重點(diǎn)跟蹤試料切取過程，要求按粗加工圖示取樣位置執(zhí)行，并跟蹤試樣加工過程，保證按圖示方向加工。

以上六大關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制，真正做到了事前控制、事中控制和事后控制，確保了管板的最終性能質(zhì)量。

3.熱處理變形量的控制

（1）粗加工合理留量 在工藝準(zhǔn)備時(shí)我們充分考慮到變形因素和經(jīng)濟(jì)因素，熱處理余量僅40mm，力求在源頭上保證變形后尺寸能夠滿足精加工要求。

（2）加強(qiáng)熱處理過程控制

我們重點(diǎn)跟蹤和檢查熱處理裝爐及回火裝爐等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，主要控制變形過程如下：裝爐時(shí)，管板下部用3根墊鐵支撐，有縫隙處用墊鐵、稍鐵、墊片等塞嚴(yán)實(shí)（見圖6）。淬火時(shí)，將管板放置在4組墊鐵上進(jìn)行冷卻?；鼗鹧b爐時(shí)，根據(jù)電爐墊鐵特點(diǎn)將管板旋轉(zhuǎn)45°裝爐以防止變形，有縫隙處用墊鐵、墊片等塞實(shí)（見圖7）?；鼗鹂绽鋾r(shí)，不立即吊下，而是空冷8h后待溫度下降后再吊下放置在墊鐵上（見圖8）。

圖6 調(diào)質(zhì)裝爐

圖7 回火裝爐

圖8 回火后空冷

4.最終結(jié)果

（1）性能結(jié)果 如附表所示。

（2）熱處理變形情況 調(diào)質(zhì)后，2件管板變形量僅為11mm、28mm，其結(jié)果滿足精加工要求。

性能結(jié)果

5.結(jié)語

針對反應(yīng)器上下管板熱處理中存在的難點(diǎn)，逐一對標(biāo)研究，深入一線落實(shí)具體措施，確保了管板的質(zhì)量，真正做到了事前控制、事中控制和事后控制，最終反應(yīng)器上下管板性能和尺寸均一次性合格，順利發(fā)往用戶。