核電主蒸汽及主給水大口徑管道制造工藝

姜治凱

摘 要：針對(duì)三棟海陽(yáng)核電廠一期工程主蒸汽及主給水管道，研究其首件產(chǎn)品制造工藝，并試制品進(jìn)行性能試驗(yàn)，結(jié)果表明，試制過程中所采取的技術(shù)措施和生產(chǎn)工藝可行。

關(guān)鍵詞：制造工藝；大口徑管道；核電站

長(zhǎng)期以來，我國(guó)核電管道制造受制于人[1-2]，為了研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核電管道制造技術(shù)，針對(duì)三棟海陽(yáng)核電廠一期工程2x1250Mwe級(jí)核電機(jī)組主蒸汽、主給水大口徑管道，進(jìn)行首件產(chǎn)品試制研究。

1 核電主蒸汽機(jī)主給水管道規(guī)格

為了研究核電主蒸汽及主給水管道的制造工藝，以A335P11，A106B分別選取最大的一種規(guī)格（2支鋼管）作為此次首件試制的鋼管，其具體規(guī)格、材質(zhì)、數(shù)量如表1所示。

2 核電主蒸汽機(jī)主給水管道制造工藝

首件試制的A335P11和A106B兩種材質(zhì)用鋼，采用電爐冶煉加鋼包真空精煉的鎮(zhèn)靜鋼，經(jīng)沖孔一一頂伸法成形，管坯熱處理、性能試驗(yàn)合格后，內(nèi)外表面經(jīng)機(jī)加工成形，并經(jīng)過無損探傷（超聲波探傷、渦流探傷、磁粉探傷）、水壓試驗(yàn)、目視及尺寸檢驗(yàn)合格后防護(hù)、包裝。

2.1 煉鋼

A335P11和A106B首件試制用鋼采用電弧爐粗煉，鋼包精煉爐吹氫攪拌精煉，并經(jīng)真空處理后下注，保證得到細(xì)晶粒的鎮(zhèn)靜鋼。

配料選用優(yōu)質(zhì)廢鋼、料頭、生鐵，將足量的生鐵配入最后一次料中，保證一定的配碳量，化清[P]？燮0.020% [S]？燮0.025%，確保計(jì)劃錠型剛水量。

初煉爐化清溫度T？叟1560℃，開始氧化溫度T？叟1560℃，鋼水中P？燮0.008%時(shí)出鋼，出鋼溫度為1630～1650℃。電爐出鋼中，爐中應(yīng)預(yù)留6噸以上的鋼水，以杜絕氧化渣進(jìn)入精煉包中。爐后加足脫氧劑快速沉淀脫氧。

鋼水進(jìn)入精煉爐后，分批加入石灰（精煉爐石灰必須是優(yōu)質(zhì)干燥的），總渣量約為鋼水的2～4%，用C粉、Si-Ca粉、Si粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧。T？叟1580℃時(shí)開始調(diào)入合金，適當(dāng)調(diào)節(jié)氬氣流量使合金均勻化。全部合金調(diào)整完成后，進(jìn)真空工位進(jìn)行脫氧處理，真空度V？燮133Pa保持13-15分鐘，真空過程中適當(dāng)調(diào)節(jié)Ar氣流量，以保證鋼液均勻激烈沸騰。出真空工位后加Si-Ca 0.5kg/t鋼終脫氧。溫度T=1570℃～1585℃吊包。澆注系統(tǒng)應(yīng)保持清潔干燥，澆注前鎮(zhèn)靜10分鐘～30分鐘，并放足引流鋼水，澆注溫度T=1560℃～1570℃。

2.2 鋼錠及管坯加熱

加熱分鋼錠加熱和沖孔坯、管坯加熱。由于本次首件試制的材質(zhì)A335P11與A106B鋼錠加熱溫度一樣，故采用同爐加熱，其加熱工藝參數(shù)如表2所示。

沖孔坯、管坯作業(yè)完畢后及時(shí)回爐加熱，加熱質(zhì)量是順利沖孔、頂伸制管的關(guān)鍵之一，加熱時(shí)須嚴(yán)格控制始鍛溫度和保溫時(shí)間，防止鍛件加熱不均勻或出現(xiàn)過熱、過燒現(xiàn)象。

2.3 制管

制管分沖孔、頂伸工序，分別在4500T立式水壓機(jī)進(jìn)行沖孔及在2000T臥式水壓機(jī)進(jìn)行頂伸作業(yè)。為防止沖孔偏心，安裝模具時(shí)注意使承力配合面貼牢，緊固件打緊，不用彎曲、變形的沖桿，保證陰模、沖桿中心線重合，作業(yè)時(shí)沖桿冷卻均勻，潤(rùn)滑適度。

2.4 切割兩端工藝棄料

在制管廠將頂伸成型后的管坯的底部端（相當(dāng)于鋼錠底部）及冒口端多余的工藝料頭用氧割或鋸床去掉，底部端棄料長(zhǎng)度為～250mm，冒口端棄料長(zhǎng)度～400mm。保證鋼錠冒口端總切除量～20%，底部端切除量～8%。

2.5 毛坯管熱處理

對(duì)毛坯管進(jìn)行熱處理。為了得到理想的金相組織和力學(xué)性能，對(duì)整根毛坯管進(jìn)行正火+回火熱處理。

2.6 性能試驗(yàn)

對(duì)所述首制毛坯管進(jìn)行化學(xué)分析、拉伸、沖擊、彎曲、硬度、水壓等試驗(yàn)，采用檢驗(yàn)設(shè)備主要有GVM-1014型光譜直讀儀、萬能材料試驗(yàn)機(jī)、高溫拉伸試驗(yàn)機(jī)WDS-200、沖擊試驗(yàn)機(jī)、金相顯微鏡。并對(duì)其進(jìn)行金相分析、超聲波探傷、渦流探傷以及磁粉探傷等。

2.7 機(jī)加工

待有關(guān)試驗(yàn)、檢驗(yàn)合格后，毛坯管方可轉(zhuǎn)機(jī)加工。其工序?yàn)閮?nèi)鐘外車及磨削加工。其中，編號(hào)1的成品壁厚為54mm的鋼管毛坯內(nèi)、外圓單邊加工余量分別為13mm和19mm，編號(hào)2的成品壁厚為54mm的鋼管毛坯內(nèi)、外圓單邊加工余量分別為59.5mm和20.5mm，兩端加工成直角，并保證表面質(zhì)量、尺寸允差、直線度等達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。加工時(shí)注意外形尺寸靠近上偏差，機(jī)加工完畢后，切取無損探傷對(duì)比樣用料。

2.8 表面檢查

鋼管的內(nèi)外表面應(yīng)完好無損，表面不允許有裂紋、結(jié)疤、離層和發(fā)紋及其它有損于使用的缺陷，如有上述缺陷必須清除，其清理深度不得超過公稱壁厚的負(fù)公差，凹坑與周圍表面應(yīng)平滑過渡，不可采用焊補(bǔ)方法填平，管道的有效壁厚應(yīng)保證在允許的公差范圍內(nèi)。

在鋼管的內(nèi)外表面上，如出現(xiàn)肉眼可見的直道，必須打磨清除，清除的深度能超過公稱壁厚的負(fù)偏差，機(jī)加工管直道允許的深度，不大于壁厚的4%，且最大深度不大于0.2mm。

經(jīng)機(jī)加工鋼管的內(nèi)外表面粗糙度不大于Ra12.5。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文系統(tǒng)的研究了三棟海陽(yáng)核電廠一期工程主蒸汽及主給水管道首制工藝，通過對(duì)試制件的化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織、無損探傷和水壓試驗(yàn)結(jié)果、表面質(zhì)量及目視檢查均符合技術(shù)協(xié)議和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，由此表明，試制過程中所采取的技術(shù)措施和生產(chǎn)工藝可行。

參考文獻(xiàn)

[1]劉學(xué)，李國(guó)棟，閏平，等.超超臨界機(jī)組主蒸汽管道熱擠壓T型異徑三通強(qiáng)度分析[J].熱力發(fā)電，2008，37（7）：81-84.

[2]姜鵬.基于可靠性理論的主蒸汽管道壽命預(yù)測(cè)[D].華北電力大學(xué)，2008.