張璐 劉樹奇

摘要：主泵又稱核反應堆冷卻劑主泵，是為核電站運行期間長期穩(wěn)定運行而規(guī)定的，主泵就像核電站核反應堆的心血管，根據一回路冷卻劑通過主管和傳熱管將核反應堆堆芯裂變鏈式反應產生的熱量傳遞到第二控制回路，使二次側給排水氣化成為常規(guī)推廣，島上汽輪發(fā)電機產生的干燥飽和水蒸氣是壓水堆核電站最重要的關鍵設備之一?；诖?，本文將主要針對核電廠主泵泵殼鑄造以及其質量控制展開分析。

關鍵詞：核電廠;主泵泵殼;質量控制

引言：

核電站主泵鑄造泵殼是核電站武器裝備中重要的限壓部件。其結構復雜，質量規(guī)定十分嚴格。我國核電站基礎建設所需的主泵鑄造泵殼依賴國外進口，不僅要消耗大量資產，而且不能滿足我國核電站基礎建設的要求。

1核電主泵鑄造泵殼概況

核電站主泵鑄造泵殼是核電站的核心部件。原材料采用馬氏體-鐵素體不銹鋼板。其結構繁瑣，質量規(guī)定嚴格。整個過程及相關文件必須符合相關政策法規(guī)。核電站主泵的鑄造泵殼有一根進水管和一個出水口，內含三個支點。鑄造泵殼件規(guī)格為：3500mm×3150mm×2400mm（長×寬×高），凈重約30t。加吹增段后的輪廓規(guī)格為：3720mm×3150mm×2620mm（長×寬×高）。從上述情況可以看出，核電站主泵鑄造泵殼外形尺寸大，結構復雜，鑄件壁厚變化較大（最小壁厚約140mm，較大的壁厚約為 350 毫米）。

2.鋼水冶煉

根據舍弗勒曲線圖，根據冶煉和成品分析結果對鐵素體含量進行測量計算，鐵素體含量規(guī)定在12%～25%的中間。在開發(fā)冶煉廠時，必須根據需要處理成分以確保指定特性。為確保碳含量保障措施，鉻元素質量濃度控制目標為20%，鎳元素質量濃度控制目標為10%。主泵殼鑄件是由馬氏體和少量鐵素體組成的不銹鋼板。大量使用珍貴的鋁合金。從冶煉的成本來看，采用吹氧或裝料的方式發(fā)展冶煉廠最為有效。但如果采用返法冶煉，則在冶煉全過程中不能合理去除磷含量，不利于鋼水磷含量的調節(jié)。根據高鉻、高鎳的特點，為保證鋼水中磷含量的調節(jié)，采用空氣氧化冶煉爐更為有效。馬氏體不銹鋼板鋼液主泵殼采用EAF LF VOD加工工藝?；厥諒U料由含硫、磷等低殘留元素的優(yōu)質廢鋼、鑄鐵、鎳、鉬鐵組成，控制含碳量（質量濃度）0.4%～0.6%，進行粗加工。在電弧爐加熱爐中熔煉，粗熔后鋼水成分規(guī)定為C（質量濃度）≤0.15%，P（質量濃度）≤0.010%，鋼水溫度≥1660℃。在加熱爐中粗冶煉后，經冶煉分析確定鋼水成分符合要求后，將鋼水從加熱爐倒入LF精煉爐，供另一冶煉廠使用。鋼水倒入加熱爐前，向LF精煉爐底部加入鋁、輕燒氧化鎂和產生的爐渣。鋼水倒入LF精煉爐后，分階段加入螢石粉和石灰粉，使用輕燒氧化鎂粉和硅。風機在冶煉廠進行爐渣調整。當LF精煉爐中的煤灰呈白色且循環(huán)良好時，根據成分和調味料的下限將鋁合金加入冶煉廠。當溫度≥1600℃時，根據分析結果調整鋼水成分。當鋼水溫度為1630～1 650℃時，可從精煉爐中宣布。同時進行鋼包排渣，保證排渣量≥95%。測溫，調整氡工作壓力為0.2～0.4MPa，VOD吹氫溫度控制在1540～1560℃，VCD溶解后，取樣分析后進行脫氧，VD真空泵將進行10分鐘左右解決。澆包前采用外排法，實際操作后吹氫氣。最后，冶煉廠鋼水的鋼包澆注溫度控制在1530～1550℃之間。

3澆筑與熱處理

主泵殼鍛件采用木制實體模型，采用全樹脂砂型砂型鑄造，造型設計為樹脂砂造型設計，面砂為新鉻砂，背砂為再生硅砂，并使用硬脂肪。鈣酸和硫酸銨環(huán)氧固化劑，可多次涂刷鋯石粉建筑涂料。采用三箱式底部回流澆注。實體模型充滿氡氣進行維護。在整個澆注過程中，水口滑動，采用冷鐵，提高金屬型鑄造的實際效果，完成順序冷凝，防止鑄件裂紋。澆注時間控制在五分鐘以內。當鑄件冷卻至200℃時，進行拆包，拆除鑄件冒口預埋容量，對主泵鑄件進行熱處理和回火熱處理工藝。熱處理回火熱處理工藝溫度為（1100±20）℃，保溫時間不少于24小時，采用車載式天然氣熱處理設備進行，熱處理回火熱處理工藝升溫，隔熱保溫降溫工藝 溫度由電子計算機自動控制系統測量，采用熱電阻。升溫速率不大于50℃/h。在熱處理和回火熱處理工藝公布后10分鐘內將鑄件放入經過熱處理的不銹鋼水槽中。，熱處理不銹鋼水箱應為8m×8m×5m的熱處理水箱，采用水淬方式，保證不銹鋼水箱冷卻循環(huán)水連續(xù)充足的流動性，熱處理時間不小于5小時。

4力學性能檢驗

主泵殼鑄件本身經過熱處理和回火熱處理工藝后，取泵殼鑄件的澆筑試塊任意試樣進行物理性能試驗，拉伸試驗根據 ASTMA370 規(guī)范進行，也包含合金成分和應力腐蝕試驗等。試驗結果應無應力腐蝕裂紋，合金成分應具有馬氏體鐵素體不銹鋼板的特征。當鑄件的物理性能不符合要求時，可再次進行熱處理和回火熱處理工藝，但最多允許一次。經過熱處理和回火工藝的主泵殼鑄件在數控龍門銑床、加工中心和數控鏜床上進行初步加工。生產加工規(guī)格由計算機系統根據生產加工工程圖紙進行控制。初加工后，依次對鑄件表面進行砂輪打磨和規(guī)格檢驗，表面粗糙度規(guī)定為6.3μm。對主泵殼鑄件經初步加工拋光后的內外表面進行100%檢驗和100%液體顏色滲透檢驗。檢查光強不低于1000 LUX。該檢查基于 ASME Vol.五“無損檢測”?！芬髨?zhí)行，規(guī)定鑄件內外表面應完好，不得有縮孔、裂紋、氣孔、雜質或其他不良影響。液體顏色滲透試驗按照ASME NB-2576的要求進行。滲透檢測劑 介質氯化物氟化物≤200×10-6，硫酸鹽≤200×10-6，檢測結果不能是線性指示，5mm以上的離散系統指示，密集型指示等液體后發(fā)現的缺點通過研磨和拋光去除已滲透的著色。排除缺陷后的主泵殼鑄件按ASME NB-2575的要求進行100%輻射檢測。輻射測試和驗收標準為ASTME186和E280，不接受D、E、F和G類。在滲透檢測和輻射檢測中發(fā)現的缺陷去除后，采用焊接方法認證的焊接方法進行電焊修復，對修復后的缺陷進行液體滲透檢測。焊補試驗達標后，泵殼鑄件需進行至少48小時的穩(wěn)定熱處理工藝，采用天然氣熱處理設備，貼5個熱敏電阻，熱處理工藝溫度為（400± 20）℃。經過穩(wěn)定的熱處理工藝后，鑄件按照工程圖紙和規(guī)范進行加工制造，然后對泵殼進行耐壓試驗。實驗工作壓力為一回路工作壓力的1.25倍，即22 MPa。

結語：

主泵殼采用質量濃度為8%～11%鎳和18%～21%鉻的馬氏體鐵素體不銹鋼板鑄件，其中鐵素體質量濃度為8%～20%，采用EAF LF VOD冶煉廠加工工藝采用木質實體模型、全樹脂砂型砂型鑄造、三箱式底部回流澆注、實體模型內充氡氣維護，澆注溫度控制在1530℃左右～1550℃，澆注時間控制在5分鐘以內，澆注時間控制在 5分鐘內完成，成功實施主泵泵殼的鑄造以及質量控制。

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作者簡介：張璐，1987年4月29日出生，男，漢族，本科，黑龍江省哈爾濱市，科員，研究方向：核工程方向。