核電廠大型鍛件重要工藝參數控制研究

■中廣核工程有限公司 劉 嶠，袁育龍，梁書華

核電廠大型鍛件重要工藝參數控制研究

■中廣核工程有限公司 劉 嶠，袁育龍，梁書華

核電廠大型鍛件內部質量極度依賴于制造工藝，工藝參數選擇及操作穩定性是鍛件采購過程中極其重要的環節，通過分析國內制造廠在重要工藝參數方面與國外企業的差距，提出工藝參數控制的措施和建議，力爭提升國內制造企業制造工藝參數的穩定性和均勻性。

核電廠大型鍛件屬于極限制造部件，性能要求已經接近所用材料的最佳性能狀態，且在核電站運行期間較難更換和替代，所以鍛件的性能直接影響著核電廠的安全運行。由于鍛件內部質量極度依賴于制造工藝，且無法直接檢驗，因此工藝參數選擇及操作穩定性是鍛件采購過程中極其重要的環節，是保證鍛件批量化生產成功率的關鍵手段。

1. 大型鍛件各部位性能分布受工藝影響較大

材料的性能取決于制造過程的多種因素，尤其是核電站使用的大型鍛件，尺寸較大，形狀各異，部分部件具有較大的厚度，工藝過程對部件各個部位的性能產生較大影響，如圖1所示。

可以看出，大型鍛件的熱加工工藝參數決定了大型鍛件各部位的性能無法保證均勻。某些部件的特殊部位性能與驗收試驗部位會有較大差異（某一大型鍛件見圖2）。

圖1

圖2

2. 國內大型鍛件部分重要參數存在的差距

國內企業比國外在大型鍛件工藝參數研究方面的起步較晚，在部件工藝制造過程中存在一定的操作不嚴格，工藝參數不穩定等問題。

（1）國內外鍛件力學性能比較 我們依據現有資料對國內外鍛件的力學性能做了一些分析比較，發現國外核電廠大型鍛件強度和韌性的絕對值要明顯高于國產鍛件，尤其是基準溫度RTNDT和抗拉強度，國外鍛件力學性能的均勻性要明顯好于國內鍛件。最重要的是，國內制造企業鍛件的性能并不是不能達到國外的水平，主要在性能的均勻性和穩定性上均存在差距（見表1）。

（2）國內外鍛件鋼錠利用率比較 表2是國內外鍛件制造企業在核電廠核島主設備大型鍛件的鋼錠利用率方面的比對。

通過數據發現，國內制造廠的鋼錠利用率要低于國外先進廠家，這說明我國冶煉、鑄錠的水平與國際先進水平還有較大差距。研究表明，國內外在冶煉裝備方面并沒有明顯的差距，所以在原材料成分控制、冶煉參數操作穩定性上還存在一定的不足。現階段我們還沒有切實的技術手段有效提高鋼錠質量之前，應該切實重視對大型鋼錠制造工藝的研究（冶煉現場見圖3）。

在無法進一步改善鋼錠純凈度和偏析的前提下，我們是通過加大切除量來保證澆口端的沉積錐區和冒口端的縮孔區不進入鍛件。但如果鍛工在鍛造過程中沒有嚴格按鍛造工藝規定的尺寸切除（人為減小或調整水冒口的切除量），就會改變部件在鋼錠中的位置，會使澆、冒口端的問題區域進入到鍛件本體，從而使通過增加切除量來保證鍛件質量的效果大打折扣，甚至使鍛件報廢。在實際操作過程中，鍛造操作工為了防止后續的鍛造操作不當而導致的鍛件“缺肉”，往往有強烈的意愿去加大下料尺寸（也就是減小切除率）。有些鍛件在超聲檢測過程中，恰恰是在近冒口端或近澆口端發現了超標缺陷，可能與上述操作有關聯。

圖3

表1 國內外鍛件基準溫度的比較

表2 國內外鍛件鋼錠利用率比較

3. 工藝評定參數控制

工藝評定參數控制的目的是在核島關鍵部件或制品正式制造前，驗證制造廠所制造的這些部件或制品的整體質量能夠滿足設計和核安全的要求；驗證制造廠能按照事先制定的制造技術大綱成功地制造出相關部件或制品的技術能力、生產能力和管理能力，以保證制造過程的規范性和檢驗結果的可靠性。固化制造工藝流程和主要工藝參數，以保證部件或制品制造工藝流程的可重復性、產品質量的穩定性和制造工期的可控性；驗證采購技術要求所規定的檢驗要求的代表性和有效性，從而為降低制造成本、縮短制造周期，以及批量制造提供有利條件（具體要求見圖4）。

4. 工藝評定參數有效性

鍛件性能的穩定性是核電廠大型鍛件質量的保證，而工藝參數的有效性和穩定性尤為重要，所以在鍛件制造過程中應加強鍛件制造工藝的有效性和穩定性管理工作（采購技術要求見圖5、大鍛件見圖6）。

5. 國內企業工藝過程控制建議

（1）工藝參數一定要固化，制造大綱是部件制造的基本要求和主線，不能隨意變動，工藝主要參數不能反復改變（如鍛造工序和尺寸，熱處理保溫溫度和時間等）。

（2）對同一部件如果評定了兩種工藝，應該合理選擇工藝進行制造，當有經驗后應該固定一種工藝進行制造。確認新的工藝后，應該有條件地廢除舊工藝。

（3）各類評定文件應有固定模板或格式。評定過程中經常發現不同人編制的文件（制造大綱、評定大綱、評定報告）在結構和描述上存在較大差異。

（4）制造大綱及廠內工藝應有效覆蓋和傳遞（如落錘試驗溫度）。

（5）操作層應嚴格執行大綱和工藝要求（如鋼錠的切除率等）。

（6）重視各類設備的檢定、檢測，如加熱爐、熱電偶、記錄儀及熱處理爐等。

（7）善于總結經驗數據，積極改進工藝。

圖4

圖5

圖6

20150906