核電中小型鍛件的質(zhì)量控制

蘇州熱工研究院有限公司電站設(shè)備監(jiān)理工程技術(shù)研究中心（江蘇 215004）周 波 郭紅芳 周小兵

隨著人類(lèi)生活水平的提高，世界各國(guó)對(duì)能源需求的急劇增加，核電工業(yè)已成火電之外的重要能源工業(yè)。核電年發(fā)電量占世界發(fā)電總量17%，隨著化石燃料的逐漸枯竭，這一比例將會(huì)越來(lái)越高。而我國(guó)核能裝機(jī)量只占總裝機(jī)量的1.3%，核能具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，雖然核電現(xiàn)在面臨挫折，但前景依然值得期待。

隨著我國(guó)核電項(xiàng)目的不斷建設(shè)，設(shè)備制造的國(guó)產(chǎn)化率也在不斷提高，目前核電用中小型鍛件已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。按照《民用核安全設(shè)備設(shè)計(jì)制造安裝和無(wú)損檢測(cè)監(jiān)督管理規(guī)定》（HAF601）要求，民用核設(shè)施營(yíng)運(yùn)單位應(yīng)當(dāng)對(duì)民用核安全設(shè)備的制造活動(dòng)進(jìn)行質(zhì)量管理和過(guò)程控制。設(shè)備監(jiān)造的目的是為協(xié)助和促進(jìn)制造廠保證設(shè)備制造質(zhì)量，嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，努力消滅常見(jiàn)性、多發(fā)性、重復(fù)性質(zhì)量問(wèn)題，把產(chǎn)品缺陷消除在出廠以前。本文根據(jù)監(jiān)造工作實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，以CPR1000中不銹鋼鍛件為例，介紹中小型鍛件在制造過(guò)程中的質(zhì)量控制。

1.鍛件概況

核電中小型鍛件可分為法蘭、圓棒、貫穿件及各種設(shè)備鍛件，廣泛應(yīng)用在核電管道預(yù)制、安裝及設(shè)備制造過(guò)程中，因此，鍛件質(zhì)量直接影響核設(shè)施的安全。鍛件不銹鋼材質(zhì)主要有Z2CN18-10、Z2CND18-12N、Z2CND17-12。主要制造流程為：鋼錠→鍛造→熱處理→理化檢驗(yàn)→超聲波檢測(cè)→PT、VT→最終檢查→完工報(bào)告審查，詳見(jiàn)圖1。

圖1 制造流程

2.中小型鍛件制造過(guò)程質(zhì)量控制

為保證鍛件質(zhì)量，監(jiān)造人員開(kāi)工前應(yīng)認(rèn)真審查制造廠制造檢驗(yàn)大綱、質(zhì)量保證大綱、質(zhì)量計(jì)劃、試驗(yàn)和檢驗(yàn)規(guī)程，以及試驗(yàn)和檢驗(yàn)人員資格。根據(jù)質(zhì)量計(jì)劃，對(duì)關(guān)鍵工序設(shè)立質(zhì)量控制點(diǎn)，并由監(jiān)造人員對(duì)其進(jìn)行見(jiàn)證，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求，并加強(qiáng)日常制造過(guò)程的巡檢，以確保鍛件質(zhì)量。

（1）鋼錠 原材料鋼錠質(zhì)量包括化學(xué)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。核電用不銹鋼材料，采用電爐真空吹氧脫碳精煉方法冶煉，進(jìn)廠后按MC1350要求分爐批號(hào)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，其中要特別控制Cu、P、Co等元素含量，因?yàn)镃u、P等元素易引起中子輻照脆化，Co元素經(jīng)中子輻照后會(huì)生成Co60，引起不必要的放射性增加，將直接威脅參與部件在役檢查人員的健康。

鋼錠內(nèi)部結(jié)構(gòu)取決于澆注時(shí)鋼液在鋼錠模內(nèi)的結(jié)晶條件，由此產(chǎn)生的縮孔、偏析等缺陷會(huì)對(duì)最終鍛件質(zhì)量產(chǎn)生影響。電渣重熔鋼錠通過(guò)二次精煉，H、O、S等有害氣體低，夾雜物數(shù)量少，質(zhì)量明顯優(yōu)于普通鋼錠，采用電渣重熔鋼錠可進(jìn)一步控制微觀組織晶粒度，改善偏析，其生產(chǎn)鍛件質(zhì)量也能相應(yīng)提高。因此，在開(kāi)工檢查階段監(jiān)督員可根據(jù)不同類(lèi)型原材料鋼錠，有重點(diǎn)地進(jìn)行監(jiān)督見(jiàn)證。

（2）鍛造 鋼錠澆口、冒口部分質(zhì)量比較不穩(wěn)定，為確保鍛件無(wú)縮孔和嚴(yán)重偏析等缺陷，對(duì)鋼錠頭尾切除百分比應(yīng)保證25%。在某鍛造廠監(jiān)造中就發(fā)現(xiàn)過(guò)不銹鋼圓棒一端生銹的問(wèn)題（見(jiàn)圖2），化學(xué)成分分析檢查發(fā)現(xiàn)端部C、Cr、Ni元素含量明顯偏離標(biāo)準(zhǔn)值，這不僅是鋼液純凈度的問(wèn)題，也與制造廠為提高鋼錠成材率而在鋼錠切除率方面控制不嚴(yán)有很大關(guān)系。

圖2 不銹鋼圓棒生銹

中小型鍛件的鍛造方法有自由鍛、模鍛兩種，前者利用沖擊力使金屬在上下兩個(gè)抵鐵間產(chǎn)生變形以獲得所需鍛件，自由鍛由于鍛件形狀簡(jiǎn)單，操作靈活，適用于單件，小批量；后者使金屬坯料在具有一定形狀的鍛模模膛內(nèi)受壓變形而獲得鍛件，模鍛可制作形狀復(fù)雜，加工余量小，大批量的產(chǎn)品。按照M380要求，鍛件主截面部分的總鍛造比不得小于3，這可以通過(guò)審查原材料的下料記錄來(lái)驗(yàn)證。合理的始鍛溫度和終鍛溫度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有一定影響，始鍛溫度應(yīng)低于過(guò)燒溫度，較高的終鍛溫度可使鍛件有足夠塑性。冬季毛坯材料表面與內(nèi)部的溫差大，鍛造溫度范圍窄，降低金屬塑性和提高變形抗力，鍛件裂紋、過(guò)燒及尺寸超差等缺陷數(shù)量明顯增多，對(duì)此監(jiān)造人員一方面要求制造廠嚴(yán)格控制每一火次的鍛造溫度，另外，適當(dāng)增加無(wú)損檢測(cè)的抽檢比例，防止不合格鍛件流出。

（3）熱處理及性能檢驗(yàn) 熱處理過(guò)程應(yīng)該滿(mǎn)足MF8000的各項(xiàng)要求，其中每批熱處理應(yīng)由同一爐罐號(hào)，經(jīng)相同制造工藝、同爐熱處理及尺寸相近的鍛件組成，以上條件缺一不可。中小型鍛件由于規(guī)格多，有時(shí)需要不同尺寸的鍛件組成同一批次，這時(shí)有必要對(duì)鍛件批組進(jìn)行審查，注意最大鍛件厚度與最小鍛件厚度比不能大于1.1。不銹鋼鍛件按固溶熱處理狀態(tài)交貨，固溶熱處理溫度為1050～1150℃。在保溫期間，每一鍛件偏離熱處理規(guī)定溫度的最大允許偏差為±15℃。這要求溫度的測(cè)量要比較準(zhǔn)確，對(duì)于測(cè)溫?zé)犭娕肌㈦娮与娢徊钣?jì)等儀表，監(jiān)督人員要確定其在合格有效期內(nèi)，且熱電偶安裝位置應(yīng)符合相應(yīng)工藝文件的要求，熱處理現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 熱處理現(xiàn)場(chǎng)

試樣應(yīng)在熱處理后截取，中小型鍛件因尺寸限制，有時(shí)會(huì)專(zhuān)門(mén)制作一個(gè)取樣件，這時(shí)取樣件必須與鍛件產(chǎn)品屬于同一熱處理批次。監(jiān)督人員可根據(jù)取樣圖對(duì)取樣位置、數(shù)量及試樣標(biāo)識(shí)情況進(jìn)行核對(duì)。當(dāng)某項(xiàng)性能不合格時(shí)，可進(jìn)行重新熱處理，但次數(shù)不允許超過(guò)2次。

對(duì)于RCC—M1、2級(jí)不銹鋼鍛件，制造廠還應(yīng)提供成品分析報(bào)告，其中大多數(shù)與熔煉分析要求相同，但也有一些不同，如成品分析中增加了Nb+Ta小于0.15%要求，如果檢驗(yàn)人員沒(méi)有注意到這一點(diǎn)，那出具的鍛件成品分析報(bào)告將是不完整的。

（4）無(wú)損檢測(cè) 無(wú)損檢測(cè)是判定鍛件內(nèi)部和表面缺陷的重要工序，對(duì)無(wú)損檢測(cè)工序監(jiān)督的內(nèi)容應(yīng)包括對(duì)操作文件的審查、人員和設(shè)備檢查、檢測(cè)過(guò)程監(jiān)督及檢測(cè)記錄的審查等。

超聲波檢測(cè)應(yīng)在粗加工后馬上進(jìn)行，一旦等鍛件加工出圓角和孔洞后，就會(huì)形成檢測(cè)盲區(qū)，因此，監(jiān)督員應(yīng)要求制造廠不能盲目追求進(jìn)度而錯(cuò)失最佳檢測(cè)時(shí)機(jī)。另外，對(duì)于小型圓棒粗加工后直徑不到30mm，這種情況下超聲波檢測(cè)會(huì)有一定的盲區(qū)，之前就因?yàn)檫@個(gè)原因造成少量帶缺陷圓棒進(jìn)入預(yù)制場(chǎng)，針對(duì)此情況監(jiān)督員與制造廠分析研究后確定，小型圓棒鍛造時(shí)放大余量，在粗加工之后保證達(dá)到直徑35mm以上，這樣超聲波檢測(cè)的效果比較好一點(diǎn)，此方法雖然一定程度上增加了生產(chǎn)成本，但是能夠更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量，體現(xiàn)了核電制造質(zhì)量第一的理念（見(jiàn)圖4）。

圖4 超聲波檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)

液體滲透檢測(cè)是在精加工后，通常沒(méi)有多少加工余量，一旦出現(xiàn)較深損傷很難處理，因此，在翻轉(zhuǎn)鍛件時(shí)候應(yīng)特別注意。液體滲透檢測(cè)時(shí)，根據(jù)MC4000被檢工件要求，使用滲透液的溫度在整個(gè)檢驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)保持為10～50℃，因此在冬季溫度低于10℃時(shí)，需采取加熱工件和滲透液方式，否則不允許進(jìn)行液體滲透檢測(cè)。

無(wú)損檢測(cè)人員應(yīng)有相應(yīng)資格，嚴(yán)禁無(wú)證操作。隨著國(guó)內(nèi)核電站的不斷興建及設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的要求，制造廠接到的核電訂單越來(lái)越多，而培養(yǎng)合格的無(wú)損檢測(cè)二級(jí)人員需要花費(fèi)一定的時(shí)間，制造廠不同程度地出現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)人員緊張現(xiàn)象，導(dǎo)致鍛件在粗加工后不得不停工等待無(wú)損檢測(cè)，這種情況下監(jiān)督員一方面要督促制造廠盡快讓符合條件的人員去取證，另外更要加強(qiáng)巡檢，防止出現(xiàn)無(wú)證人員進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)操作。

3.結(jié)語(yǔ)

鍛件質(zhì)量是煉鋼、鍛造、熱處理等專(zhuān)業(yè)綜合技術(shù)水平的標(biāo)志，以中小型不銹鋼鍛件制造工藝為基礎(chǔ)，綜述其制造工藝及質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)不同生產(chǎn)工藝，提出相應(yīng)質(zhì)量控制要求。通過(guò)保證制造質(zhì)量的可控性，減少缺陷鍛件的產(chǎn)生。

要求核電設(shè)備制造過(guò)程的監(jiān)督人員具有一定專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平和管理協(xié)調(diào)能力，能夠發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的質(zhì)量問(wèn)題并及時(shí)推動(dòng)解決，同時(shí)也應(yīng)認(rèn)識(shí)到，監(jiān)督人員只是保證核電鍛件質(zhì)量其中的一道屏障，主要質(zhì)量工作還是由制造廠來(lái)完成，因此，監(jiān)督督人員除了日常見(jiàn)證活動(dòng)和審查文件外，加強(qiáng)對(duì)制造廠人員核電質(zhì)量文化宣貫，督促制造廠構(gòu)建良好的質(zhì)量文化也是重要的工作之一。只有參與核電制造的人員具有了核文化的意識(shí)，才能從根本上保證核電鍛件的質(zhì)量。