核電AP1000 MSR循環(huán)蒸汽入口接管的試制

白 泉 梁治斌 張英云 平 萍

(1.太原重工鑄鍛分公司工藝所，山西030024；2.太原重工煤化工分公司設(shè)計(jì)所，山西030024)

循環(huán)蒸汽入口接管(以下簡(jiǎn)稱為接管)材質(zhì)為SA182 Gr.F22CL3，屬于低合金鋼。其成品交貨尺寸為?1 044+2mm /?980-2mm×380 mm，壁厚僅為32 mm，制成后焊接在MSR的殼體上。接管需在高溫、高壓狀態(tài)下工作，環(huán)境惡劣，其質(zhì)量直接影響到設(shè)備的可靠性與安全性。因此要求接管具有較好的塑、韌性、焊接性及較高的室溫強(qiáng)度。我公司對(duì)核電AP1000 MSR循環(huán)蒸汽入口接管進(jìn)行了技術(shù)研究及試制，對(duì)其中30件半精加工接管進(jìn)行了生產(chǎn)過程的跟蹤控制。最終檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)均符合用戶采購標(biāo)準(zhǔn)要求，且質(zhì)量穩(wěn)定，合格率達(dá)到100%。

1 主要技術(shù)指標(biāo)要求

1.1 材料牌號(hào)及化學(xué)成分

材料牌號(hào)為SA182 Gr.F22CL3，化學(xué)成分見表1。

1.2 冶煉方法

此鋼種為完全鎮(zhèn)靜細(xì)晶粒鋼，采用堿性吹氧轉(zhuǎn)爐或電爐加爐外精煉(LF)和真空脫氣(VD)方法冶煉。

1.3 力學(xué)性能

力學(xué)性能指標(biāo)要求見表2。

1.4 無損檢驗(yàn)

1.4.1 超聲波檢驗(yàn)

超聲檢驗(yàn)按照ASTM A388M逐件進(jìn)行縱波和橫波檢驗(yàn)。

1.4.2 磁粉檢驗(yàn)

磁粉檢驗(yàn)按照ASTM A275M逐件進(jìn)行。

1.4.3 目視檢驗(yàn)

鍛件需逐件檢驗(yàn)，表面應(yīng)該保持清潔、干燥、平滑、均勻，不得有裂紋、機(jī)加工毛刺、刮痕、凹坑等缺陷。

表1 SA182鋼的化學(xué)成分及氣體含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition and gas content of SA182 steel (mass fraction，%)

表2 SA182鋼的力學(xué)性能Table 2 The mechanical properties of SA182 steel

2 工藝制造流程

備料→電爐冶煉→LF加熱還原、VD真空脫氣→鑄錠→鍛造→粗加工→UT探傷→熱處理→取樣檢驗(yàn)→半精加工→尺寸檢驗(yàn)→UT、MT、VT檢測(cè)→包裝發(fā)運(yùn)。

3 重點(diǎn)技術(shù)分析

3.1 煉鋼

為了達(dá)到較好的理化力學(xué)性能要求，重點(diǎn)對(duì)煉鋼的化學(xué)成分進(jìn)行了微調(diào)，采用我公司制定的內(nèi)控成分進(jìn)行冶煉。同時(shí)工藝要求冶煉前將爐料進(jìn)行烘烤以減少鋼液中氣體含量，控制好過程中的脫碳量、出鋼溫度、真空度及吊包溫度，選用小高徑比和大錐度的鋼錠模，使鋼水在錠模中順序凝固，減少軸心的疏松及縮孔缺陷，從煉鋼源頭來提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.2 鍛造

接管鍛件交貨重量為0.32 t，壁厚僅為32 mm，交貨圖見圖1。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備條件，工藝為：

下料→鐓粗→沖孔→擴(kuò)孔→成型，在12.5 MN水壓機(jī)上完成。為保證接管鍛件內(nèi)部不會(huì)出現(xiàn)疏松、縮孔和裂紋缺陷，并且能更好的滿足探傷要求，工藝中要求實(shí)際鍛造比≥3。

鍛造過程中沖孔嚴(yán)格對(duì)中不偏心，避免折疊的產(chǎn)生；擴(kuò)孔時(shí)壓下量、轉(zhuǎn)動(dòng)量要均勻，避免出現(xiàn)壁厚不均、兩端口徑大小不一等質(zhì)量問題。

3.3 熱處理

接管鍛件以正火+回火狀態(tài)交貨，試樣進(jìn)行正火+回火及模擬焊后熱處理。熱處理工藝見圖2、圖3。

對(duì)工號(hào)為HY2#-23的5件接管進(jìn)行檢驗(yàn)，從結(jié)果看效果令人滿意。故將此種工藝形式作為后續(xù)25件接管的固化工藝。

圖1 接管交貨圖Figure 1 The delivery chart of the nozzle

圖2 SA182 Gr.F22CL3鋼正火+回火熱處理曲線圖Figure 2 The curve chart of normalized and tempered heat treatment of SA182 Gr.F22CL3 steel

圖3 SA182 Gr.F22CL3鋼模擬焊后熱處理曲線圖Figure 3 The curve chart of simulated post-weld heat treatment of SA182 Gr.F22CL3 steel

4 生產(chǎn)試制結(jié)果

4.1 力學(xué)性能

通過對(duì)30件接管鍛件的化學(xué)成分、氣體含量及力學(xué)性能等各項(xiàng)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)，結(jié)果分別見表3、表4。

由表3可見，鋼錠熔煉分析與成品分析成分偏析不大，氣體含量中[H]、[O]、[N]均很低，這說明煉鋼工藝的執(zhí)行及過程控制較好。

由表4可見，采用此項(xiàng)工藝獲得了良好的力學(xué)性能，說明工藝方案可行。

表3 SA182鋼的化學(xué)成分及氣體含量檢驗(yàn)結(jié)果Table 3 The examined results for the chemical composition of and gas content of SA182 steel

表4 SA182鋼力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果Table 4 The testing results for the mechanical properties of SA182 steel

4.2 無損檢測(cè)

對(duì)試制的30件接管進(jìn)行經(jīng)過超聲波、磁粉及目視檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果無粗晶、疏松、白點(diǎn)等缺陷，均滿足技術(shù)要求。

5 結(jié)論

通過對(duì)30件接管的試制工作，確定了較為合理的工藝方案。在冶煉初期對(duì)化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)整控制，為后續(xù)的鍛造及熱處理起到保證作用；在熱處理過程中控制鍛件的冷卻速度，使得熱處理取得較好效果。最終檢驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)品質(zhì)量完全滿足技術(shù)條件要求，產(chǎn)品試制成功。

[1] 康大韜.大型鍛件材料及熱處理.北京：龍門書局，1998.

[2] ASME鍋爐及壓力容器委員會(huì)材料分委員會(huì).ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第二卷材料A篇鐵基材料：中國(guó)《ASME規(guī)范產(chǎn)品》協(xié)作網(wǎng)(CACI).2004版.