| 标题 | 基于AP1000蒸汽发生器水室封头锻件制造工艺 |
| 范文 | 汤振东 摘 要：AP1000蒸汽发生器为核岛的主要设备，制造工艺严密，且要求严格。该文首先简要分析了AP1000蒸汽发生器的主要锻件，分别从钢锭制备、锻造和锻后热处理等方面探讨了其水室封头锻件具体的制造工艺，最后指出了对应的制造要点，希望能对该领域的研究、制造有所帮助。 关键词：AP1000蒸汽发生器；水室封头；锻件制造 中图分类号：TG316 文献标志码：A 在整个压水堆核电站当中，蒸汽发生器为其核心设备，是岛中一、二回路开展热能转换与传输的重要热交换设备。AP1000蒸汽发生器的基础类型为△125型，属抗震I类与安全A级设备，主要由汽水分离器、筒体组件、水室封头组件以及管束组件等构成。其中，针对一次侧来讲，其接触于反应堆主冷却剂，作用是把一回路当中的热量向二回路介质不断传递，此外，其还是第二道安全屏障，对放射性物质具有包容作用，其可靠性与性能直接影响着蒸汽发生器的运作效率。该文结合相关厂家的制造经验，以AP1000蒸汽发生器水室封头锻件为对象，探讨其具体的制造工艺。 1 AP1000蒸汽发生器核心锻件分析 对AP1000蒸汽发生器来说，其锻件材料大多采用的是锰-钼-镍低合金钢，在最新修订的ASME规范中，SA508 Gr3Cl2为其材料牌号，要求总锻造比≥3.5；另外，在治疗过程中不能有任何形式的补焊。由于蒸汽发生器有比较大的体积，各台设备大锻件均达10个，水室封头、锥形筒体及管板为其核心锻件。 2 制造工艺 2.1 钢锭制备 钢锭是整个蒸汽发生器当中的重要锻件，多采用SA-508M Gr.3Cl.2钢制造，要求此种钢在无延性转变温度（NDTT）上要尽量低，而且受凝固与冶金特性的影响，使钢锭过程中难免会出现诸如偏析、夹杂及孔隙等缺陷，钢锭越大，那么缺陷越突出。所以，在实际制造时，需要严格执行标准化的冶炼与浇筑流程。现阶段，在世界范围内，大多选用的是双真空冶炼浇注技术。通过合理、优质地选择铁合金与其他相关原材料，去除其中存在的非金属夹杂物，以此达到提升钢液纯净度的目的。此外，还需要对冶金过程、凝固过程进行相应地改进与优化，最大程度地降低由夾杂性缺陷所带来或引起的锻件质量问题。 2.2 锻造 针对大型化的整锻封头来讲，其成形工艺通常情况下包括预锻、终锻等过程。针对AP1000蒸汽发生器相配套的水室封头而言，由于毛坯件有着比较大的单体质量，为了能够制造出比较满意且符合标准的锻件，需要注意如下方面：其一，锻前预热。在锻造锻件之前，需要先进行预热，通过对加热温度、保温时间、最大升温速度进行有效控制，并合理地采用介质保护、快速加热等方法，确保加热的稳定性与均匀性，减少可能出现的氧化烧损情况；在始锻温度比较高的情况下，确保保温时间充足，并保证坯料有较均匀的温度，这样有助于偏析扩散。而在锻造温度方面，通常情况下，会将其控制在800 ℃～1200 ℃的区间内。其二，控制锻造比。对于锻造比而言，其较大程度地影响着塑性指标，但却不会对强度指标造成比较大的影响。有报道指出，如果将锻造比控制在1.5～3的范围内，那么可以大幅改善锻件性能，此外，还能较好的改善钢锭的原始组织；如果将锻造比维持在4～6，此时变化比较平稳；如果大于6时，变化基本没有。根据相关锻造经验得知，应将该锻件的锻造比控制在≥3.5。但需要指出的是，如果增加锻造比，那么会改变材料的各项力学性能，并使材料的不均匀性增大，所以，需要合理控制锻造比。 2.3 锻后热处理 针对锻后热处理而言，从广义层面来分析，其主要包括正火及回火、去应力热处理、淬火及回火及试样模拟焊后热处理等阶段。其中，针对除试样模拟焊后热处理以外的其他三阶段，其热处理结果的好坏，会对锻件的力学性能以及金相组织起到决定作用。 2.3.1 正火及回火 正火加热保温的温度区间值为885 ℃～935 ℃，而保温时间一般为45 h，与空气后自然冷却。而针对回火处理保温来讲，其温度一般控制在600 ℃～647 ℃，而保温时间则为37 h，在炉内自然冷却。当进行正火处理之后，碳化物的分布会变得更加均匀，晶粒细化物的分布也会变得更为均匀，因此能够大幅减少象魏氏组织、带状组织等缺陷，从而得到更高质量的索氏体组织与铁素体。在进行高温回火处理后，能够将正火冷却过程中所产生的应力消除掉，而且还能保持锻件在性能与尺寸方面的稳定性，得到具有各项力学性能的优质回火索氏体组织，从而提高韧性，最终就能实现塑性与韧性的提高。 2.3.2 淬火及回火 对于淬火加热温度来讲，一般控制在875 ℃～885 ℃，而保温时间可达10 h，水冷。而针对回火保温温度来分析，其一般维持在630 ℃～646 ℃，保温13 h，空冷。借助于淬火及回火处理操作，能够使下贝氏体组织或马氏体组织的硬度、强度得到大幅提升。 2.3.3 去应力热处理 当完成锻件机加后，为了能够最大程度地消除机加时所形成的应力，减轻其对组织性能造成的影响，需要实施系统化的去应力热处理。在进行热处理时，将其温度控制在575 ℃～597 ℃，保温3 h，炉冷。经过此操作，能够得到性能好的结构组织。 3 制造要点 3.1 钢锭制备的要点分析 为避免出现钢液氧化情况，需要将钢液当中的O2以及H2等其他有害气体清除掉，从中得到更高纯度的钢。在浇筑过程中，需要采用更加规范且合理的浇筑工艺，对碳及其他元素成分进行合理控制，最大程度地减少钢锭凝固时可能出现的各种偏析。此外，还需要注意的是，需要准确标识冒口、浇口位置，方便浇冒口的去除。而在锻造钢锭时，为了能够让那些比较优质的金属均留于锻件上，通常情况下，需要合理地设定冒口的比例，以16 %～23 %为宜。 3.2 锻造的要点 首先，对锻模形状加以改善，不能让其与试件接触，预防裂纹的产生。此外，还需采取有效措施，降低锻件心部的压力，使变形的均匀性得到提高。其次，对变形量进行严格控制，减少应力，避免应变集中；最后，对变形量以及终锻火次进行合理控制，对能够用眼观察到的夹杂性缺陷进行修复，防止出现混晶情况。 3.3 热处理要点 首先，在进行热处理前，需要对锻件表面进行全面、细致地检查，当将缺陷消除后，开展有针对性地装炉热处理。此外，还需要对锻件入炉的温度进行合理控制。其次，在进行淬火及回火热处理操作前，需要首先开展正火及高温回火处理，最大程度减少细化晶粒，强化调质热处理的作用与效果。最后，在进行调质时，需要对淬火温度以及保温时间进行严格化控制，防止晶粒长大；此外，还需对锻件停留时间以及冷却水温进行合理控制。 4 结语 综上所述，AP1000蒸汽发生器水室封头锻件有着比较复杂且烦琐的锻造工艺，另外，有较多因素会对其锻造质量造成影响，象变形量、锻造方法、钢锭质量及锻模类型等，这些因素会影响到锻件内部的温度场、金属的流动以及应力场等，还会对锻件质量造成影响。因此，需要基于标准工艺，认真落实与执行，消除缺陷与不良操作，提高水室封头锻件的锻造质量。 参考文献 [1]郑张利，吴志远，曹阳.AP1000蒸汽发生器水室封头出口接管与主泵泵壳焊接超声波检测要求探讨[J].科技风，2014（23）：14-15. [2]程耀楠，钱俊，卢真真，等.核电水室封头高效切削加工及刀具失效分析[J].哈尔滨理工大学学报，2014，19（5）：50-55. [3]杨帅.AP1000蒸汽发生器封头锻造方案的选择[J].科技风，2013（3）：10-11. |
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