核電主蒸汽及主給水大口徑管道制造工藝

姜治凱

摘 要：針對三棟海陽核電廠一期工程主蒸汽及主給水管道，研究其首件產品制造工藝，并試制品進行性能試驗，結果表明，試制過程中所采取的技術措施和生產工藝可行。

關鍵詞：制造工藝；大口徑管道；核電站

長期以來，我國核電管道制造受制于人[1-2]，為了研發自主知識產權的核電管道制造技術，針對三棟海陽核電廠一期工程2x1250Mwe級核電機組主蒸汽、主給水大口徑管道，進行首件產品試制研究。

1 核電主蒸汽機主給水管道規格

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格（2支鋼管）作為此次首件試制的鋼管，其具體規格、材質、數量如表1所示。

2 核電主蒸汽機主給水管道制造工藝

首件試制的A335P11和A106B兩種材質用鋼，采用電爐冶煉加鋼包真空精煉的鎮靜鋼，經沖孔一一頂伸法成形，管坯熱處理、性能試驗合格后，內外表面經機加工成形，并經過無損探傷（超聲波探傷、渦流探傷、磁粉探傷）、水壓試驗、目視及尺寸檢驗合格后防護、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，并經真空處理后下注，保證得到細晶粒的鎮靜鋼。

配料選用優質廢鋼、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%時出鋼，出鋼溫度為1630～1650℃。電爐出鋼中，爐中應預留6噸以上的鋼水，以杜絕氧化渣進入精煉包中。爐后加足脫氧劑快速沉淀脫氧。

鋼水進入精煉爐后，分批加入石灰（精煉爐石灰必須是優質干燥的），總渣量約為鋼水的2～4%，用C粉、Si-Ca粉、Si粉進行擴散脫氧。T？叟1580℃時開始調入合金，適當調節氬氣流量使合金均勻化。全部合金調整完成后，進真空工位進行脫氧處理，真空度V？燮133Pa保持13-15分鐘，真空過程中適當調節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。澆注系統應保持清潔干燥，澆注前鎮靜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，其加熱工藝參數如表2所示。

沖孔坯、管坯作業完畢后及時回爐加熱，加熱質量是順利沖孔、頂伸制管的關鍵之一，加熱時須嚴格控制始鍛溫度和保溫時間，防止鍛件加熱不均勻或出現過熱、過燒現象。

2.3 制管

制管分沖孔、頂伸工序，分別在4500T立式水壓機進行沖孔及在2000T臥式水壓機進行頂伸作業。為防止沖孔偏心，安裝模具時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，作業時沖桿冷卻均勻，潤滑適度。

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，底部端棄料長度為～250mm，冒口端棄料長度～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

對毛坯管進行熱處理。為了得到理想的金相組織和力學性能，對整根毛坯管進行正火+回火熱處理。

2.6 性能試驗

對所述首制毛坯管進行化學分析、拉伸、沖擊、彎曲、硬度、水壓等試驗，采用檢驗設備主要有GVM-1014型光譜直讀儀、萬能材料試驗機、高溫拉伸試驗機WDS-200、沖擊試驗機、金相顯微鏡。并對其進行金相分析、超聲波探傷、渦流探傷以及磁粉探傷等。

2.7 機加工

待有關試驗、檢驗合格后，毛坯管方可轉機加工。其工序為內鐘外車及磨削加工。其中，編號1的成品壁厚為54mm的鋼管毛坯內、外圓單邊加工余量分別為13mm和19mm，編號2的成品壁厚為54mm的鋼管毛坯內、外圓單邊加工余量分別為59.5mm和20.5mm，兩端加工成直角，并保證表面質量、尺寸允差、直線度等達到規定的技術要求。加工時注意外形尺寸靠近上偏差，機加工完畢后，切取無損探傷對比樣用料。

2.8 表面檢查

鋼管的內外表面應完好無損，表面不允許有裂紋、結疤、離層和發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公差，凹坑與周圍表面應平滑過渡，不可采用焊補方法填平，管道的有效壁厚應保證在允許的公差范圍內。

在鋼管的內外表面上，如出現肉眼可見的直道，必須打磨清除，清除的深度能超過公稱壁厚的負偏差，機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。

經機加工鋼管的內外表面粗糙度不大于Ra12.5。

3 結束語

本文系統的研究了三棟海陽核電廠一期工程主蒸汽及主給水管道首制工藝，通過對試制件的化學成分、力學性能、金相組織、無損探傷和水壓試驗結果、表面質量及目視檢查均符合技術協議和相關標準的要求，由此表明，試制過程中所采取的技術措施和生產工藝可行。

參考文獻

[1]劉學，李國棟，閏平，等.超超臨界機組主蒸汽管道熱擠壓T型異徑三通強度分析[J].熱力發電，2008，37（7）：81-84.

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