CN104624892A - 一种细化ap1000核电站主管道锻件管嘴部位晶粒的方法 - Google Patents

一种细化ap1000核电站主管道锻件管嘴部位晶粒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种细化AP1000核电站主管道锻件管嘴部位晶粒的方法，属于不锈钢异型钢坯整体锻造细晶化控制技术领域。首先将钢坯预成型，预成型后的锻件形状尺寸满足截面为正八边形，主体段部分正八边形高度为980-1050mm，预留凸台部位正八边形高度大于1480mm，使其有足够的变形量来锻造管嘴。然后在不同方向上对其压下至一定程度，最后通过机加工获得最终形状尺寸。本发明的优点在于可减少锻造火次，提高锻造效率，既满足主管道凸台部位的尺寸，又达到了晶粒度2级以上目标的要求。

Description

一种细化AP1000核电站主管道锻件管嘴部位晶粒的方法
技术领域
本发明属于不锈钢异型钢坯整体锻造细晶化控制技术领域，具体涉及一种细化AP1000压水堆核电站一回路主管道锻件管嘴部位晶粒的方法。
背景技术
核电是一种技术成熟的清洁能源，与火电相比，核电不排放二氧化硫、烟尘、氮氧化物和二氧化碳。以核电替代部分煤电，是电力工业减排污染物的有效途径，也是减缓地球温室效应的重要措施。虽然日本福岛核电事故对核电发展带来一定影响，但从长远发展来看，在我国核电仍然是同时解决电力供应紧张和二氧化碳减排两大问题的主要手段，风能、太阳能等其他可再生能源还需要一定的时间解决效率、成本、并网等问题。但同时，福岛事故也警示我们要更加重视核电安全问题，第三代核电技术在安全性方面进行了革命性的改进，全面提高了核电站的整体安全性，特别是AP1000堆型采取非能动安全体系，与传统压水堆相比，更加安全、简单、有效，是世界市场现有的最安全、最先进、经过验证的核电站，其堆芯损毁概率只有2.5×10-7，因此我国从美国西屋公司引进了全套AP1000技术，并将作为未来核电建设的主力堆型，同时在AP1000基础上发展我国自主的CAP1400和CAP1700堆型。国家《核电中长期发展规划(2005～2020)》指出：到2020年，核电运行装机容量争取达到4000万千瓦，核电年发电量达到2600-2800亿千瓦时。同时，考虑核电的后续发展，2020年末在建核电容量应保持1800万千瓦左右。根据国家核电建设的计划，在第三代核电站技术消化吸收完成后，我国的新建核电站将全部采用三代技术，因此从现在开始到2020年前的新增核电站中将有一半左右采用三代核电技术。
主管道是核岛核安全I级重大装备。由于AP1000技术目前还只有设计，我国是首次图纸落地，加之其主管道又采用了革新化设计，主管道能否制备成功直接关系到AP1000示范工程能否顺利建设。为了提高核电站安全性、可靠性、可维修性，AP1000主管道采用316LN超低碳控氮不锈钢整体锻造制作成形，不允许焊制。而且制作难度最大的主管道热段管成品外径达到Φ956mm，壁厚达到85mm，弯曲部位角度56.4°，小曲率弯曲半径1.5D0且弯头两端带有很长的直管段，弯头本体上还带有两个大口径支管管嘴(Φ457×45)，展开总长度约6m。目前国内外还没有这样管件的制作经验可以借鉴。同时，该主管道采用的316LN超低碳控氮不锈钢锻造温度区间窄、加热温度要求高、变形抗力大，锻造过程中容易开裂。主管道的形状和材质的特点，使得锻制的难度非常高，被业内公认为是目前世界核电主管道制造难度之最。在锻造过程中既要保证两管嘴分度准确，又要保证两管嘴之间的距离，同时还要兼顾整个锻件的形状和尺寸。由于锻造时间长、火次多，反复的高温加热，增加了细化晶粒的难度。因此，需要优化主管道锻造工艺，减少锻造火次，以最大限度地细化晶粒。
目前AP1000一回路主管道热段成型方式为大型水压机整体锻造成型，国内厂家采用的锻造工艺多为：加热—压钳口—反复镦粗拔长—压肩分料—分段拔长。管道的主体管段由于形状较为简单，采用自由锻较易达到形状尺寸以及晶粒度要求。但是由于两个互成45°的管嘴的存在，在压肩分料和分段拔长过程中会预留出两个凸台，而这两个凸台在锻造过程中往往会出现晶粒粗大的问题，晶粒度往往只有1级左右，达不到主管道整体晶粒度2级以上要求的目标。
发明内容
316LN不锈钢常温下组织为单一的奥氏体。由于热处理时无相变，因此无法通过热处理的方式细化晶粒，只能通过塑性变形打碎晶粒使其发生再结晶的方式细化晶粒，这使得细化凸台部位的晶粒非常困难。本发明要解决的技术问题是提供一种针对AP1000主管道热段锻件凸台部位的锻造工艺，采用合理的工艺路线生产出满足锻件形状尺寸的工件并保证2级以上晶粒度的要求。
钢锭的材质为316LN超低碳控氮奥氏体不锈钢，采用吨位大于8000吨的水压机锻造。本发明包括下列步骤：
第一步，坯料预成形。预成形的锻件可通过反复镦粗拔长、压肩分料以及分段拔长获得。预成形的锻件必须满足以下要求：截面为正八边形，主体段部分正八边形高度为980-1050mm，预留凸台部位正八边形高度大于1480mm，使其有足够的变形量来锻造管嘴。
第二步，加热。将预成形的锻件随炉加热至1100-1150℃，保温3-4小时。
第三步，采用上、下平砧对锻件进行第一道次压下，直到锻件与下砧接触的凸台部分与主体管段平齐。
第四步，将第三步所得锻件逆时针旋转90°，采用上、下平砧对锻件进行第二道次压下，直到锻件与下砧接触的凸台部分与主体管段平齐。
第五步，将第四步所得锻件逆时针旋转45°或顺时针旋转135°，采用上、下平砧对锻件进行第三道次压下，直到锻件与下砧接触的凸台部分与主体管段平齐。
第六步，将第五步所得锻件顺/逆时针旋转90°，使凸台部位向上，采用上平砧、下平台对锻件进行第四道次压下，直到上平砧与下平台之间高度为1480mm。锻造过程中使锻件温度始终保持在900℃～1150℃之内。
第七步，将锻件旋转45°之后按照第三步至第六步的工艺对另一个凸台进行锻造。
第八步，锻件成品后，放置于通风处，加速冷却至室温，以避免晶粒在高温下长大。
第九步，机加工。按照设计要求的形状尺寸对凸台部位进行机加工，切除多余部分。
本发明的优点在于可减少锻造火次，提高锻造效率，既保证了凸台部位的形状尺寸要求，又达到了晶粒度2级以上目标的要求。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为钢锭预成型后的示意图，
图2为锻件的第一道次压下示意图，
图3为锻件的第二道次压下示意图，
图4为锻件的第三道次压下示意图，
图5为锻件的第四道次压下示意图(+Y方向)，
图6为锻件的第四道次压下示意图(+X方向)，
图7为凸台终锻件机加工示意图。
具体实施方式
第一步，坯料预成形。预成形的锻件如图1所示，可通过反复镦粗拔长、压肩分料以及分段拔长获得。预成形的锻件必须满足以下要求：截面为正八边形，主体段部分正八边形高度为980-1050mm，预留凸台部位正八边形高度大于1480mm，使其有足够的变形量来锻造管嘴。
第二步，加热。将预成形的锻件随炉加热至1100-1150℃，保温3-4小时。
第三步，如图2所示，采用上、下平砧对锻件进行第一道次压下，直到锻件与下砧接触的凸台部分与主体管段平齐。
第四步，如图3所示，将第三步所得锻件逆时针旋转90°，采用上、下平砧对锻件进行第二道次压下，直到锻件与下砧接触的凸台部分与主体管段平齐。
第五步，如图4所示，将第四步所得锻件逆时针旋转45°或顺时针旋转135°，采用上、下平砧对锻件进行第三道次压下，直到锻件与下砧接触的凸台部分与主体管段平齐。
第六步，如图5和图6所示，将第五步所得锻件顺/逆时针旋转90°，使凸台部位向上，采用上平砧、下平台对锻件进行第四道次压下，直到上平砧与下平台之间高度为1480mm。锻造过程中使锻件温度始终保持在900℃～1150℃之内。
第七步，将锻件旋转45°之后按照第三步至第六步的工艺对另一个凸台进行锻造。
第八步，锻件成品后，放置于通风处，加速冷却至室温，以避免晶粒在高温下长大。
第九步，机加工。按照设计要求的形状尺寸对凸台部位进行机加工，切除多余部分，如图7所示。

Claims (3)

1.一种细化AP1000核电站主管道锻件管嘴部位晶粒的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，坯料预成形：预成形的锻件通过反复镦粗拔长、压肩分料以及分段拔长获得；
第二步，加热：将预成形的锻件随炉加热至1100-1150℃，保温3-4小时；
第三步，采用上、下平砧对锻件进行第一道次压下，直到锻件与下砧接触的凸台部分与主体管部分平齐；
第四步，将第三步所得锻件逆时针旋转90°，采用上、下平砧对锻件进行第二道次压下，直到锻件与下砧接触的凸台部分与主体管段平齐；
第五步，将第四步所得锻件逆时针旋转45°或顺时针旋转135°，采用上、下平砧对锻件进行第三道次压下，直到锻件与下砧接触的凸台部分与主体管段平齐；
第六步，将第五步所得锻件顺/逆时针旋转90°，使凸台部位向上，采用上平砧、下平台对锻件进行第四道次压下，直到上平砧与下平台之间高度为1480mm。锻造过程中使锻件温度始终保持在900℃～1150℃范围之内；
第七步，将锻件旋转45°之后按照第三步至第六步的工艺对另一个凸台进行锻造；
第八步，锻件成品后，放置于通风处，加速冷却至室温，以避免晶粒在高温下长大；
第九步，机加工：按照设计要求的形状尺寸对凸台部位进行机加工，切除多余部分。
2.根据权利要求1所述的细化AP1000核电站主管道锻件管嘴部位晶粒的方法，其特征在于，实施第一步时预成型后的锻件形状尺寸满足截面为正八边形，主体段部分正八边形高度为980-1050mm，预留凸台部位正八边形高度大于1480mm，使其有足够的变形量来锻造管嘴。
3.根据权利要求1所述的细化AP1000核电站主管道锻件管嘴部位晶粒的方法，其特征在于，钢锭的材质为316LN超低碳控氮奥氏体不锈钢，采用吨位大于8000吨的水压机锻造。
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