湯振東

摘 要：AP1000蒸汽發(fā)生器為核島的主要設(shè)備，制造工藝嚴(yán)密，且要求嚴(yán)格。該文首先簡要分析了AP1000蒸汽發(fā)生器的主要鍛件，分別從鋼錠制備、鍛造和鍛后熱處理等方面探討了其水室封頭鍛件具體的制造工藝，最后指出了對應(yīng)的制造要點，希望能對該領(lǐng)域的研究、制造有所幫助。

關(guān)鍵詞：AP1000蒸汽發(fā)生器；水室封頭；鍛件制造

中圖分類號：TG316 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在整個壓水堆核電站當(dāng)中，蒸汽發(fā)生器為其核心設(shè)備，是島中一、二回路開展熱能轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)闹匾獰峤粨Q設(shè)備。AP1000蒸汽發(fā)生器的基礎(chǔ)類型為△125型，屬抗震I類與安全A級設(shè)備，主要由汽水分離器、筒體組件、水室封頭組件以及管束組件等構(gòu)成。其中，針對一次側(cè)來講，其接觸于反應(yīng)堆主冷卻劑，作用是把一回路當(dāng)中的熱量向二回路介質(zhì)不斷傳遞，此外，其還是第二道安全屏障，對放射性物質(zhì)具有包容作用，其可靠性與性能直接影響著蒸汽發(fā)生器的運作效率。該文結(jié)合相關(guān)廠家的制造經(jīng)驗，以AP1000蒸汽發(fā)生器水室封頭鍛件為對象，探討其具體的制造工藝。

1 AP1000蒸汽發(fā)生器核心鍛件分析

對AP1000蒸汽發(fā)生器來說，其鍛件材料大多采用的是錳-鉬-鎳低合金鋼，在最新修訂的ASME規(guī)范中，SA508 Gr3Cl2為其材料牌號，要求總鍛造比≥3.5；另外，在治療過程中不能有任何形式的補(bǔ)焊。由于蒸汽發(fā)生器有比較大的體積，各臺設(shè)備大鍛件均達(dá)10個，水室封頭、錐形筒體及管板為其核心鍛件。

2 制造工藝

2.1 鋼錠制備

鋼錠是整個蒸汽發(fā)生器當(dāng)中的重要鍛件，多采用SA-508M Gr.3Cl.2鋼制造，要求此種鋼在無延性轉(zhuǎn)變溫度（NDTT）上要盡量低，而且受凝固與冶金特性的影響，使鋼錠過程中難免會出現(xiàn)諸如偏析、夾雜及孔隙等缺陷，鋼錠越大，那么缺陷越突出。所以，在實際制造時，需要嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化的冶煉與澆筑流程?，F(xiàn)階段，在世界范圍內(nèi)，大多選用的是雙真空冶煉澆注技術(shù)。通過合理、優(yōu)質(zhì)地選擇鐵合金與其他相關(guān)原材料，去除其中存在的非金屬夾雜物，以此達(dá)到提升鋼液純凈度的目的。此外，還需要對冶金過程、凝固過程進(jìn)行相應(yīng)地改進(jìn)與優(yōu)化，最大程度地降低由夾雜性缺陷所帶來或引起的鍛件質(zhì)量問題。

2.2 鍛造

針對大型化的整鍛封頭來講，其成形工藝通常情況下包括預(yù)鍛、終鍛等過程。針對AP1000蒸汽發(fā)生器相配套的水室封頭而言，由于毛坯件有著比較大的單體質(zhì)量，為了能夠制造出比較滿意且符合標(biāo)準(zhǔn)的鍛件，需要注意如下方面：其一，鍛前預(yù)熱。在鍛造鍛件之前，需要先進(jìn)行預(yù)熱，通過對加熱溫度、保溫時間、最大升溫速度進(jìn)行有效控制，并合理地采用介質(zhì)保護(hù)、快速加熱等方法，確保加熱的穩(wěn)定性與均勻性，減少可能出現(xiàn)的氧化燒損情況；在始鍛溫度比較高的情況下，確保保溫時間充足，并保證坯料有較均勻的溫度，這樣有助于偏析擴(kuò)散。而在鍛造溫度方面，通常情況下，會將其控制在800 ℃～1200 ℃的區(qū)間內(nèi)。其二，控制鍛造比。對于鍛造比而言，其較大程度地影響著塑性指標(biāo)，但卻不會對強(qiáng)度指標(biāo)造成比較大的影響。有報道指出，如果將鍛造比控制在1.5～3的范圍內(nèi)，那么可以大幅改善鍛件性能，此外，還能較好的改善鋼錠的原始組織；如果將鍛造比維持在4～6，此時變化比較平穩(wěn)；如果大于6時，變化基本沒有。根據(jù)相關(guān)鍛造經(jīng)驗得知，應(yīng)將該鍛件的鍛造比控制在≥3.5。但需要指出的是，如果增加鍛造比，那么會改變材料的各項力學(xué)性能，并使材料的不均勻性增大，所以，需要合理控制鍛造比。

2.3 鍛后熱處理

針對鍛后熱處理而言，從廣義層面來分析，其主要包括正火及回火、去應(yīng)力熱處理、淬火及回火及試樣模擬焊后熱處理等階段。其中，針對除試樣模擬焊后熱處理以外的其他三階段，其熱處理結(jié)果的好壞，會對鍛件的力學(xué)性能以及金相組織起到?jīng)Q定作用。

2.3.1 正火及回火

正火加熱保溫的溫度區(qū)間值為885 ℃～935 ℃，而保溫時間一般為45 h，與空氣后自然冷卻。而針對回火處理保溫來講，其溫度一般控制在600 ℃～647 ℃，而保溫時間則為37 h，在爐內(nèi)自然冷卻。當(dāng)進(jìn)行正火處理之后，碳化物的分布會變得更加均勻，晶粒細(xì)化物的分布也會變得更為均勻，因此能夠大幅減少象魏氏組織、帶狀組織等缺陷，從而得到更高質(zhì)量的索氏體組織與鐵素體。在進(jìn)行高溫回火處理后，能夠?qū)⒄鹄鋮s過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力消除掉，而且還能保持鍛件在性能與尺寸方面的穩(wěn)定性，得到具有各項力學(xué)性能的優(yōu)質(zhì)回火索氏體組織，從而提高韌性，最終就能實現(xiàn)塑性與韌性的提高。

2.3.2 淬火及回火

對于淬火加熱溫度來講，一般控制在875 ℃～885 ℃，而保溫時間可達(dá)10 h，水冷。而針對回火保溫溫度來分析，其一般維持在630 ℃～646 ℃，保溫13 h，空冷。借助于淬火及回火處理操作，能夠使下貝氏體組織或馬氏體組織的硬度、強(qiáng)度得到大幅提升。

2.3.3 去應(yīng)力熱處理

當(dāng)完成鍛件機(jī)加后，為了能夠最大程度地消除機(jī)加時所形成的應(yīng)力，減輕其對組織性能造成的影響，需要實施系統(tǒng)化的去應(yīng)力熱處理。在進(jìn)行熱處理時，將其溫度控制在575 ℃～597 ℃，保溫3 h，爐冷。經(jīng)過此操作，能夠得到性能好的結(jié)構(gòu)組織。

3 制造要點

3.1 鋼錠制備的要點分析

為避免出現(xiàn)鋼液氧化情況，需要將鋼液當(dāng)中的O2以及H2等其他有害氣體清除掉，從中得到更高純度的鋼。在澆筑過程中，需要采用更加規(guī)范且合理的澆筑工藝，對碳及其他元素成分進(jìn)行合理控制，最大程度地減少鋼錠凝固時可能出現(xiàn)的各種偏析。此外，還需要注意的是，需要準(zhǔn)確標(biāo)識冒口、澆口位置，方便澆冒口的去除。而在鍛造鋼錠時，為了能夠讓那些比較優(yōu)質(zhì)的金屬均留于鍛件上，通常情況下，需要合理地設(shè)定冒口的比例，以16 %～23 %為宜。

3.2 鍛造的要點

首先，對鍛模形狀加以改善，不能讓其與試件接觸，預(yù)防裂紋的產(chǎn)生。此外，還需采取有效措施，降低鍛件心部的壓力，使變形的均勻性得到提高。其次，對變形量進(jìn)行嚴(yán)格控制，減少應(yīng)力，避免應(yīng)變集中；最后，對變形量以及終鍛火次進(jìn)行合理控制，對能夠用眼觀察到的夾雜性缺陷進(jìn)行修復(fù)，防止出現(xiàn)混晶情況。

3.3 熱處理要點

首先，在進(jìn)行熱處理前，需要對鍛件表面進(jìn)行全面、細(xì)致地檢查，當(dāng)將缺陷消除后，開展有針對性地裝爐熱處理。此外，還需要對鍛件入爐的溫度進(jìn)行合理控制。其次，在進(jìn)行淬火及回火熱處理操作前，需要首先開展正火及高溫回火處理，最大程度減少細(xì)化晶粒，強(qiáng)化調(diào)質(zhì)熱處理的作用與效果。最后，在進(jìn)行調(diào)質(zhì)時，需要對淬火溫度以及保溫時間進(jìn)行嚴(yán)格化控制，防止晶粒長大；此外，還需對鍛件停留時間以及冷卻水溫進(jìn)行合理控制。

4 結(jié)語

綜上所述，AP1000蒸汽發(fā)生器水室封頭鍛件有著比較復(fù)雜且煩瑣的鍛造工藝，另外，有較多因素會對其鍛造質(zhì)量造成影響，象變形量、鍛造方法、鋼錠質(zhì)量及鍛模類型等，這些因素會影響到鍛件內(nèi)部的溫度場、金屬的流動以及應(yīng)力場等，還會對鍛件質(zhì)量造成影響。因此，需要基于標(biāo)準(zhǔn)工藝，認(rèn)真落實與執(zhí)行，消除缺陷與不良操作，提高水室封頭鍛件的鍛造質(zhì)量。

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