CN105328110B - 一种ap1000核电站一回路主管道整体锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种AP1000核电站一回路主管道整体锻造方法，属于不锈钢异型钢坯整体锻造技术领域。首先对电渣熔铸钢锭进行反复的镦粗和拔长以打碎粗大的铸造组织，然后分别锻制出主管道的主体段和凸台，最后对凸台部位进行锻打以获得细小的晶粒组织。采用本方法可以减少锻件的回炉次数和时间，提高锻造效率，满足锻件形状尺寸要求，同时还可以细化锻件组织，使各部位均达到晶粒度2级以上目标的要求。

Description

一种AP1000核电站一回路主管道整体锻造方法
技术领域
本发明属于不锈钢异型大尺寸钢坯整体锻造技术领域，具体涉及一种AP1000压水堆核电站一回路主管道的锻造方法。
背景技术
第三代核电技术AP1000堆型是世界市场现有的最安全、最先进、经过验证的核电站，2007年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。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。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而成。这种制造方式能够最大限度地提高核电站在设计基准事故乃至超设计基准事故状况下的可靠性和安全性，使设计使用寿命提高到60年。而且整体锻造管不存在焊缝，可大大降低核电站的在役检查工作量。在主管道***中，热段外形较为复杂，其尺寸及晶粒度要求极其严格：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相对角度为45°的大口径支管管嘴(φ457mm×45mm)，展开总长度约6m。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。此外，由于锻造时间长、火次多，反复的高温加热，还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。虽然朴振胜(中国发明专利CN102825207A)、张灵芳(中国发明专利CN102019334A)等人在锻造工艺方面有所创新，但他们提出的的锻造加工方法周期较长，良品率较低，特别是锻造过程中锻件反复回炉易造成晶粒长大，最终很难满足晶粒度设计要求。这主要是由于锻坯体积大，锻造过程中温度和变形分布不均匀所致，尤其是在管道的管嘴部位，晶粒度常常只能达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
AP1000核电站一回路主管道锻件属于异形整体大尺寸锻件，锻造过程复杂。锻压过程为高温、不均匀、多因素、非稳态塑性加工，产品质量要求高、生产成本高、加工周期长。本发明提供一种针对AP1000主管道热段锻件的锻造工艺，采用科学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，加热。将电渣熔铸的不锈钢钢锭(约φ1750mm×3200mm)加热至1220—1250℃，保温24小时；
第二步，拔长。采用上平砧、下平台，总压下量150mm，锻造比1.2，每次压下量控制在50—100mm，拔长至大约φ1600mm×3750mm；
第三步，镦粗。采用球面镦粗盖、下平台，总压下量1000mm，锻造比1.4；
第四步，拔长。采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比1.5，每次压下量控制在50—100mm；
第五步，加热。将钢锭加热至1150—1200℃，保温12—24小时；
第六步，镦粗。采用球面镦粗盖、下平台，总压下量1800mm，锻造比1.7；
第七步，拔长。采用上平砧、下平台，每次压下量控制在50—100mm，拔长时应保证钢锭在拔长之后截面为高度大于1480mm的正八边形，使其有足够的变形量来锻造管嘴，锻造比1.96；
第八步，加热。将钢锭加热至1150—1200℃，保温12—24小时；
第九步，拔长主体段Ⅰ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2.1，每次压下量控制在50—100mm；
第十步，拔长主体段Ⅱ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2.1，每次压下量控制在50—100mm；
第十一步，锻造凸台A。采用上平砧、下平台，总压下量480mm，锻造比1.1；
第十二步，加热。将钢锭加热至1150—1200℃，保温3—6小时；
第十三步，拔长主体段Ⅲ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2，每次压下量控制在50—100mm；
第十四步，锻造凸台B。旋转工件使其与凸台A呈45°角，采用上平砧、下平台，总压下量480mm，锻造比1.1；
第十五步，采用上、下平砧，局部锻打两个凸台以细化晶粒；
第十六步，精整，锻件成品后放置于通风处，加速冷却至室温。
本发明的优点在于减少锻件在锻造过程中的回炉次数和时间，提高锻造效率，满足锻件形状、尺寸和晶粒度要求。
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为锻件的成品示意图。
图2为锻件的第九步锻造后示意图。
图3为锻件的第十步锻造后示意图。
图4为锻件的第十一步锻造后示意图。
图5为锻件的第十三步锻造后示意图。
图6为锻件的第十四步锻造后示意图。
图7为实施例1锻后金相组织，晶粒度6级。
图8为实施例2锻后金相组织，晶粒度5.5级。
图9为实施例3锻后金相组织，晶粒度5.5级。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
AP1000核电站一回路主管道锻件为异型整体大锻件，图1为其成品锻件示意图。
实施例1
具体锻造步骤如下：
第一步，加热。将电渣熔铸的不锈钢钢锭(约φ1750mm×3200mm)加热至1250℃，保温24小时；
第二步，拔长。采用上平砧、下平台，总压下量150mm，锻造比1.2，每次压下量控制在50mm，拔长至大约φ1600mm×3750mm；
第三步，镦粗。采用球面镦粗盖、下平台，总压下量1000mm，锻造比1.4；
第四步，拔长。采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比1.5，每次压下量控制在50mm；
第五步，加热。将钢锭加热至1150℃，保温24小时；
第六步，镦粗。采用球面镦粗盖、下平台，总压下量1800mm，锻造比1.7；
第七步，拔长。采用上平砧、下平台，每次压下量控制在50mm，拔长时应保证钢锭在拔长之后截面为高度大于1480mm的正八边形，使其有足够的变形量来锻造管嘴，锻造比1.96；
第八步，加热。将钢锭加热至1150℃，保温24小时；
第九步，拔长主体段Ⅰ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2.1，每次压下量控制在50mm，结果如图2所示；
第十步，拔长主体段Ⅱ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2.1，每次压下量控制在50mm，结果如图3所示；
第十一步，锻造凸台A。采用上平砧、下平台，总压下量480mm，锻造比1.1，结果如图4所示；
第十二步，加热。将钢锭加热至1150℃，保温6小时；
第十三步，拔长主体段Ⅲ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2，每次压下量控制在50mm，结果如图5所示；
第十四步，锻造凸台B。旋转工件使其与凸台A呈45°角，采用上平砧、下平台，总压下量480mm，锻造比1.1，结果如图6所示；
第十五步，采用上、下平砧，局部锻打两个凸台以细化晶粒；
第十六步，精整，锻件成品后放置于通风处，加速冷却至室温。
对成品锻件取样，用金相显微镜观察，组织均匀，且无混晶产生，晶粒度为6级，如图7所示。
实施例2
具体锻造步骤如下：
第一步，加热。将电渣熔铸的不锈钢钢锭(约φ1750mm×3200mm)加热至1225℃，保温24小时；
第二步，拔长。采用上平砧、下平台，总压下量150mm，锻造比1.2，每次压下量控制在75mm，拔长至大约φ1600mm×3750mm；
第三步，镦粗。采用球面镦粗盖、下平台，总压下量1000mm，锻造比1.4；
第四步，拔长。采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比1.5，每次压下量控制在75mm；
第五步，加热。将钢锭加热至1175℃，保温18小时；
第六步，镦粗。采用球面镦粗盖、下平台，总压下量1800mm，锻造比1.7；
第七步，拔长。采用上平砧、下平台，每次压下量控制在50mm，拔长时应保证钢锭在拔长之后截面为高度大于1480mm的正八边形，使其有足够的变形量来锻造管嘴，锻造比1.96；
第八步，加热。将钢锭加热至1175℃，保温18小时；
第九步，拔长主体段Ⅰ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2.1，每次压下量控制在80mm，结果如图2所示；
第十步，拔长主体段Ⅱ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2.1，每次压下量控制在80mm，结果如图3所示；
第十一步，锻造凸台A。采用上平砧、下平台，总压下量480mm，锻造比1.1，结果如图4所示；
第十二步，加热。将钢锭加热至1175℃，保温5小时；
第十三步，拔长主体段Ⅲ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2，每次压下量控制在80mm，结果如图5所示；
第十四步，锻造凸台B。旋转工件使其与凸台A呈45°角，采用上平砧、下平台，总压下量480mm，锻造比1.1，结果如图6所示；
第十五步，采用上、下平砧，局部锻打两个凸台以细化晶粒；
第十六步，精整，锻件成品后放置于通风处，加速冷却至室温。
对成品锻件取样，用金相显微镜观察，组织均匀，且无混晶产生，晶粒度为5.5级，如图8所示。
实施例3
具体锻造步骤如下：
第一步，加热。将电渣熔铸的不锈钢钢锭(约φ1750mm×3200mm)加热至1240℃，保温24小时；
第二步，拔长。采用上平砧、下平台，总压下量150mm，锻造比1.2，每次压下量控制在100mm，拔长至大约φ1600mm×3750mm；
第三步，镦粗。采用球面镦粗盖、下平台，总压下量1000mm，锻造比1.4；
第四步，拔长。采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比1.5，每次压下量控制在100mm；
第五步，加热。将钢锭加热至1200℃，保温12小时；
第六步，镦粗。采用球面镦粗盖、下平台，总压下量1800mm，锻造比1.7；
第七步，拔长。采用上平砧、下平台，每次压下量控制在50mm，拔长时应保证钢锭在拔长之后截面为高度大于1480mm的正八边形，使其有足够的变形量来锻造管嘴，锻造比1.96；
第八步，加热。将钢锭加热至1200℃，保温12小时；
第九步，拔长主体段Ⅰ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2.1，每次压下量控制在100mm，结果如图2所示；
第十步，拔长主体段Ⅱ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2.1，每次压下量控制在100mm，结果如图3所示；
第十一步，锻造凸台A。采用上平砧、下平台，总压下量480mm，锻造比1.1，结果如图4所示；
第十二步，加热。将钢锭加热至1200℃，保温4小时；
第十三步，拔长主体段Ⅲ。先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2，每次压下量控制在100mm，结果如图5所示；
第十四步，锻造凸台B。旋转工件使其与凸台A呈45°角，采用上平砧、下平台，总压下量480mm，锻造比1.1，结果如图6所示；
第十五步，采用上、下平砧，局部锻打两个凸台以细化晶粒；
第十六步，精整，锻件成品后放置于通风处，加速冷却至室温。
对成品锻件取样，用金相显微镜观察，组织均匀，且无混晶产生，晶粒度为5.5级，如图9所示。

Claims (2)

1.一种AP1000核电站一回路主管道整体锻造方法，其特征在于，锻造过程中若坯料表面产生氧化铁皮，应及时清理，保证锻件表面质量，包括如下步骤：
第一步，加热：将φ1750mm×3200mm电渣熔铸的不锈钢钢锭加热至1225—1250℃，保温24小时；
第二步，拔长：采用上平砧、下平台，总压下量150mm，锻造比1.2，每次压下量控制在50—100mm，拔长至φ1600mm×3750mm；
第三步，镦粗：采用球面镦粗盖、下平台，总压下量1000mm，锻造比1.4；
第四步，拔长：采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比1.5，每次压下量控制在50—100mm；
第五步，加热：第四步所得钢锭加热至1150—1200℃，保温12—24小时；
第六步，镦粗：采用球面镦粗盖、下平台，总压下量1800mm，锻造比1.7；
第七步，拔长：采用上平砧、下平台，每次压下量控制在50—100mm，拔长时要保证钢锭在拔长之后截面为高度大于1480mm的正八边形，使其有足够的变形量来锻造管嘴，锻造比1.96；
第八步，加热：将第七步所得钢锭加热至1150—1200℃，保温12—24小时；
第九步，拔长主体段Ⅰ：先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2.1，每次压下量控制在50—100mm；
第十步，拔长主体段Ⅱ：先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2.1，每次压下量控制在50—100mm；
第十一步，锻造凸台A：采用上平砧、下平台，总压下量480mm，锻造比1.1；
第十二步，加热：将第十一步所得钢锭加热至1150—1200℃，保温3—6小时；
第十三步，拔长主体段Ⅲ：先压痕，再采用上平砧、下平台，总压下量400mm，锻造比2，每次压下量控制在50—100mm；
第十四步，锻造凸台B：旋转工件使其与凸台A呈45°角，采用上平砧、下平台，总压下量480mm，锻造比1.1；
第十五步，采用上、下平砧，局部锻打两个凸台以细化晶粒；
第十六步，精整，锻件成品后放置于通风处，加速冷却至室温；
在第九、十，十一，十三、十四步的分段锻造之后，应修整各部位的形状尺寸以满足锻件设计要求。
2.根据权利要求1所述的AP1000核电站一回路主管道整体锻造方法，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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