CN112683570B - 适用于核电站主泵泵轴锻件制造工艺评定的取样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于核电站主泵泵轴锻件制造工艺评定的取样方法，包括如下步骤：进行化学成分均匀性检测时，将经过锻造粗加工的泵轴表面沿第一纵向母线每间隔第一距离进行取样；沿泵轴端部端面的第一取样直径每间隔第二距离进行取样；进行表面硬度均匀性检测时，将经过性能热处理后的泵轴表面沿第二纵向母线每间隔第三距离进行表面硬度检测，沿泵轴端部端面的第二取样直径每间隔第四距离进行表面硬度检测；进行局部解剖检测时，取样位置至少包括对应于钢锭头部、尾部、中间部位的泵轴上的位置。如一个钢锭制造出一根泵轴，泵轴一端对应于钢锭头部，另外一端对应于钢锭尾部，则至少在泵轴的两端以及中间部位进行解剖取样检测。

Description

适用于核电站主泵泵轴锻件制造工艺评定的取样方法
技术领域
本发明涉及核电锻件制造生产技术领域，具体涉及一种适用于核电站主泵泵轴锻件制造工艺评定的取样方法。
背景技术
作为一种清洁高效的能源，许多国家都在积极发展核电。然而，全世界的核电关键部件的生产能力却十分有限，制造技术主要控制在少数几个制造厂中，这已经不能满足全世界核电发展的需要。结合我国发展核电和核电设备国产化的政策，为实现我国核电发展规划目标，必须实现核电重要锻件国产化。要真正实现核电重要锻件的国产化，在保证质量的条件下实现批量化生产，不仅需要制造厂在制造技术上进行创新，还需要成功完成设备制造的工艺评定工作。
主泵位于安全壳厂房内，通过提供反应堆冷却剂***水的强制循环将堆芯的热量带到蒸汽发生器，随后蒸汽发生器将热量传递给二回路。主泵是反应堆冷却剂压力边界的一部分。泵轴是主泵主要部件之一，泵轴材料是稳定化奥氏体不锈钢，结构上属于长轴类锻件，但是因为对材料各种性能要求较高，各种参数指标不容易达到标准。泵轴用钢锭首先采用AOD或VOD工艺冶炼，然后进行电渣重熔，把得到的电渣钢锭在具有一定能力锻压设备进行锻造，为了防止将来使用过程中变形，锻件还需要在井式炉中进行性能热处理和稳定化热处理，最后进行机加工。
泵轴在正常生产过程中，按照采购技术条件及目前常规检验方式，仅仅是端部进行取样，进行少量的理化检验，现行标准也没有更详细检验要求，这对于泵轴的国产化、泵轴的工艺评定来说是远远不够的，不能评价出泵轴的制造质量和制造工艺。并且由于所用原材料较为昂贵，产品尺寸较大，如果是采用解剖取样来验证和评价，成本太高。
因此必须在工艺评定过程中充分考虑各种制造因素和使用条件，找出一种较低成本且又能全面检验出泵轴质量和制造工艺的取样方法。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种核电站用主泵泵轴锻件制造工艺取样方法，该方法既能全面验证泵轴的制造工艺水平又能有效节省成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种适用于核电站主泵泵轴锻件制造工艺评定的取样方法，把用于制作泵轴的整个钢锭(电渣重熔钢锭或普通钢锭)作为一个整体进行评定，整个钢锭制造出的所有泵轴均作为评定件；所述泵轴具有直径最大部位以及延伸部，所述延伸部为所述直径最大部位向泵轴的端部延伸形成，每根泵轴都需要进行化学成分均匀性检测、表面硬度均匀性检测以及局部解剖检测，所述局部解剖检测包括力学性能检测和理化检测，所述局部至少包括泵轴端部和泵轴直径最大部位；
所述取样方法包括如下步骤：
进行化学成分均匀性检测时，将经过锻造粗加工的泵轴表面沿第一纵向母线每间隔第一距离进行取样；沿泵轴端部端面的第一取样直径每间隔第二距离进行取样；
进行表面硬度均匀性检测时，将经过性能热处理后的泵轴表面沿第二纵向母线每间隔第三距离进行表面硬度检测，沿泵轴端部端面的第二取样直径每间隔第四距离进行表面硬度检测；
进行局部解剖检测时，取样位置至少包括对应于钢锭头部、尾部、中间部位的泵轴上的位置。如一个钢锭制造出一根泵轴，泵轴一端对应于钢锭头部，另外一端对应于钢锭尾部，则至少在泵轴的两端以及中间部位进行解剖取样检测。
泵轴为类似于圆柱形，但是中间部位的直径大一些，两端直径小一些，由两端到中间会有一系列的台阶，在台阶最大处，也就是泵轴直径最大部位。由于锻造和热处理工艺的影响，泵轴直径最大部位处的质量相对会更差一些，所以，泵轴最大直径处应进行取样检验。泵轴直径最大部位力学性能取样，为了节省成本并不整体破坏泵轴，锻造时把泵轴锻件最大直径部位延长形成延伸部，在延伸部上的位置进行取样。
力学性能检测包括拉伸试验和冲击试验。理化检验包括金相组织、晶粒度、非金属夹杂物及化学成分的检验。
根据本发明的一些优选实施方面，所述第一取样直径与所述第一纵向母线对应；所述第二取样直径与所述第二纵向母线对应。
根据本发明的一些优选实施方面，所述第一纵向母线与所述第二纵向母线为同一个纵向母线。
根据本发明的一些优选实施方面，所述化学成分均匀性的取样点与所述表面硬度均匀性的检测点相同。
根据本发明的一些优选实施方面，所述第一距离和第三距离为100-300mm，优选为200mm；所述第二距离和第四距离为20-70mm，优选为50mm。
根据本发明的一些优选实施方面，所述第一距离和所述第三距离相同，所述第二距离和所述第四距离相同。
根据本发明的一些优选实施方面，每个所述局部解剖检测中力学性能检测取样位置的取样方向均包括轴向和切向。泵轴在主泵运转过程中，叶轮安装在泵轴上，泵轴还与主泵电机相连，泵轴在电机的驱动下，带动叶轮旋转，导致泵轴受力会比较复杂。因此，泵轴力学检验选取的试样应在多个方向进行切取，取样方向至少应包括轴向和切向，以更加全面的反应泵轴的质量。具体的，当取样位置为泵轴的端面的轴心位置时，取样方向为轴向和径向(切向)；当取样位置为泵轴的端面的其他位置时，取样方向为轴向和切向；当取样位置为泵轴的直径最大部位时，取样方向为轴向和切向。
根据本发明的一些优选实施方面，所述泵轴端部力学性能检测的取样位置至少包括端面的1/2半径位置和轴心位置。
根据本发明的一些优选实施方面，所述泵轴端部理化检测的取样位置至少包括端面的边缘位置、端面的1/2半径位置和轴心位置。
根据本发明的一些优选实施方面，所述泵轴直径最大部位力学性能检测和理化检测的取样位置在所述延伸部上。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的适用于核电站主泵泵轴锻件制造工艺评定的取样方法，在保持产品完整性的条件下，仅仅在泵轴端部及表面进行典型位置取样检测，可以比较完善的检验出泵轴的制造质量和制造工艺水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明优选实施例中泵轴纵向母线上化学成分均匀性的取样点和表面硬度均匀性的检测点的位置示意图；
图2为本发明优选实施例中泵轴端面上化学成分均匀性的取样点和表面硬度均匀性的检测点的位置示意图；
图3为本发明优选实施例中泵轴的截面示意图；
图4为本发明优选实施例中泵轴端部取样位置示意图；
附图中：1、端部；2、直径最大部位；3、延伸部；4、纵向母线；5、取样直径；6、取样点/检测点；7、轴心线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
某核电站用主泵泵轴制造工艺如下：锻造用钢锭为电渣重熔钢锭，钢锭初步锻造后，切分为两段，锻造形成两根泵轴，泵轴锻造粗加工后进行性能热处理，最后精加工得到最终产品泵轴。
针对此泵轴制造工艺，把用于制作泵轴的整个钢锭(电渣重熔钢锭)作为一个整体进行评定，整个钢锭制造出的两根泵轴均作为评定件；泵轴具有直径最大部位2以及延伸部3，延伸部3为直径最大部位2向泵轴的端部1延伸形成，每根泵轴都需要进行化学成分均匀性检测、表面硬度均匀性检测以及局部解剖检测，局部解剖检测包括力学性能检测和理化检测。其中力学性能检测包括拉伸试验和冲击试验，理化检验包括金相组织、晶粒度、非金属夹杂物及化学成分的检验。
泵轴为类似于圆柱形，但是中间部位的直径大一些，两端直径小一些，由中间部位到两端会有一系列的台阶，在台阶最大处，也就是泵轴直径最大部位2。由于锻造和热处理工艺的影响，泵轴直径最大部位2处的质量相对会更差一些，所以，泵轴最大直径处应进行取样检测。泵轴直径最大部位2力学性能取样，为了节省成本并不整体破坏泵轴，锻造时把泵轴锻件最大直径部位延长形成延伸部，在延伸部上的位置进行取样。
针对上述的泵轴制造工艺确定如下取样方法，包括如下步骤：
1)进行化学成分均匀性检测时，在两根锻造粗加工后的泵轴表面沿第一纵向母线4每间隔第一距离进行取样；沿泵轴端部1端面的第一取样直径5每间隔第二距离进行取样，如图1和2所示。
2)进行表面硬度均匀性检测时，在经过性能热处理后的泵轴表面沿第二纵向母线4每间隔第三距离进行表面硬度检测，沿泵轴端部1端面的第二取样直径5每间隔第四距离进行表面硬度检测，如图1和2所示。
针对步骤1)和2)中的纵向母线4、取样直径5以及取样的间隔距离，本实施例中的第一取样直径5与第一纵向母线4对应，第二取样直径5与第二纵向母线4对应，即取样的直径为纵向母线对应在泵轴端部1形成的直径，第一纵向母线与第二纵向母线为同一个纵向母线4，且第一距离和第三距离相同为200mm，第二距离和第四距离相同为50mm。即本实施例中的化学成分均匀性的取样点6与表面硬度均匀性的检测点6相同。由于泵轴为对称结构，纵向母线的选择可以随机，但是第一纵向母线4的位置固定之后，第二纵向母线4、第一取样直径5和第二取样直径5等就随之确定下来。
3)两根泵轴经过性能热处理后，进行局部解剖检测时，局部解剖检测时的取样位置至少包括对应于钢锭头部、尾部、中间部位的泵轴上的位置。如本实施例中的泵轴一端对应于钢锭头部，另外一端对应于钢锭尾部，则至少在泵轴的两端以及中间部位进行解剖取样检测。
每根泵轴分别在两端部1切取力学性能和理化检测用试样，分别在泵轴最大直径部位2位置对应的延伸部3上切取力学和理化检测用试样。每个局部解剖检测取样位置的取样方向均包括轴向和切向。泵轴在主泵运转过程中，叶轮安装在泵轴上，泵轴还与主泵电机相连，泵轴在电机的驱动下，带动叶轮旋转，导致泵轴受力会比较复杂。因此，泵轴力学检验选取的试样应在多个方向进行切取，取样方向至少应包括轴向和切向，以更加全面的反应泵轴的质量。
其中，端部1取样检测时：泵轴两端的力学性能试样的取样位置为1/2半径位置和轴心位置，1/2半径位置处包括一组切向试样和一组轴向试样，轴心位置包括一组轴向试样和一组径向(切向)试样。其中，每一组试样均包括一根常温拉伸试样、一根高温拉伸试样、一组冲击试样供三个试样，如图4所示。轴心位置即为轴心线7对应的端面位置。
泵轴两端的理化检测试样的取样位置为1/2半径位置、轴心位置、端面的边缘位置，每个位置均取一组理化检验试样。其中，每一组理化检验试样均包括一个金相试样、一个晶粒度试样、一个非金属夹杂物试样、一个化学成分分析试样，如图4所示。图4中由上至下即为端面的边缘位置、1/2半径位置、轴心位置的示意位置。
针对泵轴中间最大直径部位检测的取样位置位于延伸部上且靠近泵轴表面，包含一组力学性能试样和一组理化检验试样，力学性能试样的取样方向为轴向和切向。每组试样具体包括的试样种类和端部取样的种类相同。
上述的切向，指端面同心圆相切的方向，当切向位于端面的直径上时变为径向。
以上为了便于叙述和方便理解，特将步骤进行了区分和编号，实际实施时，以上几个步骤可以同时进行或无先后顺序的进行。
泵轴经过上述步骤执行后，通过力学性能和理化检测结果可以对泵轴的制造工艺进行评价，反映出泵轴的制造质量和制造工艺的优劣。请注意，上述步骤仅仅是本发明的基本方案，阐述了本发明的特征点即取样方法，并未包含泵轴特殊检验项目。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于核电站主泵泵轴锻件制造工艺评定的取样方法，其特征在于，把用于制作泵轴的整个钢锭作为一个整体进行评定，整个钢锭制造出的所有泵轴均作为评定件；所述泵轴具有直径最大部位以及延伸部，所述延伸部为所述直径最大部位向泵轴的端部延伸形成，每根泵轴都需要进行化学成分均匀性检测、表面硬度均匀性检测以及局部解剖检测；
所述取样方法包括如下步骤：
进行化学成分均匀性检测时，将经过锻造粗加工的泵轴表面沿第一纵向母线每间隔第一距离进行取样；沿泵轴端部端面的第一取样直径每间隔第二距离进行取样；
进行表面硬度均匀性检测时，将经过性能热处理后的泵轴表面沿第二纵向母线每间隔第三距离进行表面硬度检测，沿泵轴端部端面的第二取样直径每间隔第四距离进行表面硬度检测；
所述局部解剖检测包括力学性能检测和理化检测，所述局部解剖检测的取样位置至少包括泵轴端部和泵轴直径最大部位；所述局部解剖检测中力学性能检测取样位置的取样方向均包括轴向和切向；所述泵轴直径最大部位力学性能检测和理化检测的取样位置位于所述延伸部上。
2.根据权利要求1所述的取样方法，其特征在于，所述第一取样直径与所述第一纵向母线对应；所述第二取样直径与所述第二纵向母线对应。
3.根据权利要求2所述的取样方法，其特征在于，所述第一纵向母线与所述第二纵向母线为同一个纵向母线。
4.根据权利要求1所述的取样方法，其特征在于，所述化学成分均匀性的取样点与所述表面硬度均匀性的检测点相同。
5.根据权利要求1所述的取样方法，其特征在于，所述第一距离和第三距离为100-300mm，所述第二距离和第四距离为20-70mm。
6.根据权利要求5所述的取样方法，其特征在于，所述第一距离和所述第三距离相同，所述第二距离和所述第四距离相同。
7.根据权利要求1所述的取样方法，其特征在于，所述泵轴端部力学性能检测的取样位置至少包括端面的1/2半径位置和轴心位置。
8.根据权利要求1所述的取样方法，其特征在于，所述泵轴端部理化检测的取样位置至少包括端面的边缘位置、端面的1/2半径位置和轴心位置。
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