AP1000主管道的國(guó)產(chǎn)化試制和制造許可證審評(píng)

那福利

(蘇州熱工研究院，蘇州 215004)

AP1000主管道的國(guó)產(chǎn)化試制和制造許可證審評(píng)

那福利

(蘇州熱工研究院，蘇州 215004)

描述了AP1000主管道的制造技術(shù)要求，對(duì)國(guó)內(nèi)近期AP1000主管道熱段的研制情況進(jìn)行了綜述，介紹了目前AP1000主管道制造許可證的申請(qǐng)和頒發(fā)情況。

AP1000;主管道;試制;許可

1 引言

我國(guó)已投產(chǎn)的核電機(jī)組裝機(jī)容量約900萬(wàn)千瓦。根據(jù)最新的核電發(fā)展規(guī)劃，到2020年，運(yùn)行和在建的核電規(guī)模將超過(guò)10000萬(wàn)千瓦。目前我國(guó)的在建核電機(jī)組數(shù)量居世界第一。在建機(jī)組中，浙江三門、山東海陽(yáng)兩個(gè)電站采用美國(guó)西屋公司開發(fā)的AP1000堆型。同時(shí)，內(nèi)陸的湖北、江西、安徽等省的核電建設(shè)工作也全面展開，這些內(nèi)陸核電廠址選用的均為AP1000堆型。

AP1000屬于第三代核電技術(shù)，其革命性在于采用了非能動(dòng)的安全系統(tǒng)。在事故工況下，非能動(dòng)系統(tǒng)安全功能的實(shí)現(xiàn)無(wú)需依賴能動(dòng)的操作，且不需要人為的干預(yù)，這使得核電機(jī)組的安全性大大提高。

我國(guó)大力發(fā)展核電是滿足能源需求、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的必然選擇。推動(dòng)核電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化則是保證我國(guó)核電持續(xù)健康發(fā)展的必由之路。推進(jìn)核電設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，不僅可以降低核電建設(shè)和維護(hù)成本，還可以推動(dòng)國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)的能力提升和產(chǎn)品升級(jí)。

AP1000技術(shù)在我國(guó)的大范圍推廣，必須解決好兩個(gè)問(wèn)題，一是技術(shù)的引進(jìn)、消化和創(chuàng)新，另一個(gè)是設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。隨著AP1000項(xiàng)目的逐步推進(jìn)，在關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化方面，國(guó)內(nèi)相關(guān)單位協(xié)同配合，共同努力，已經(jīng)取得了很多突破，AP1000主管道的研制就是其中的一個(gè)亮點(diǎn)。

2 AP1000主管道的制造技術(shù)要求

目前，西屋公司已經(jīng)編制了AP1000主管道的制造技術(shù)要求，這些技術(shù)要求的制定基礎(chǔ)是前期西屋公司制定的《AP1000 SA-376M TP316LN主管道熱段鍛件 (ASME IIINB)全尺寸模擬件鑒定試驗(yàn)技術(shù)規(guī)格書》?，F(xiàn)簡(jiǎn)述其中的主要內(nèi)容。

2.1 引用標(biāo)準(zhǔn)

ASME IIINB一級(jí)設(shè)備

ASME SA-376高溫中央電站用無(wú)縫奧氏體鋼公稱管

ASME IISA-745奧氏體鋼鍛件的超聲波檢驗(yàn)

ASTM A262奧氏體不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法

ASTM E112平均晶粒度的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法

ASTM E-1820斷裂韌性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法

ASME SA-370鋼鐵制品的機(jī)械性能測(cè)試方法

ASME SA-336高溫承壓件用合金鋼鍛件

2.2 接受準(zhǔn)則

(1)規(guī)格

外徑:950～956mm

內(nèi)徑:785～791mm

彎曲半徑:1429.3mm

彎曲角度:56.4°

接管嘴 (2個(gè)接管嘴規(guī)格相同)外徑:457.2mm

兩管嘴之間的夾角角度:45°

模擬件的零件圖1所示。

圖1 模擬件的零件圖 (已標(biāo)出取樣位置)

(2)鍛件材料為符合ASME第II卷SA-376 TP316LN要求的奧氏體不銹鋼。

(3)鍛件應(yīng)符合ASME第III卷NB2000的要求。

(4)在沒(méi)有得到西屋公司允許的情況下不允許補(bǔ)焊。

(5)熱處理

鍛件的固溶熱處理應(yīng)滿足SA-376的要求，并滿足下述條件:固溶溫度控制在1038℃～1149℃之間，淬火水池應(yīng)在3min內(nèi)將鍛件冷卻至427℃以下。

(6)機(jī)加工

機(jī)械加工應(yīng)盡可能在最終熱處理前進(jìn)行，如在熱處理后進(jìn)行機(jī)械加工，必須評(píng)估冷作硬化的影響。不允許采用會(huì)在金屬表面產(chǎn)生硬化層的剪切和沖孔等機(jī)械加工方式，除非下一工序 (切削、打磨或固溶熱處理)能完全去除產(chǎn)生的冷作硬化區(qū)。機(jī)械加工應(yīng)遵循下述原則:

a.必須選用鋒利的刀具，否則，可能導(dǎo)致加工表面因過(guò)熱而變色，這是不允許的。

b.每一道精加工的切削量不應(yīng)超過(guò)0.25mm。

c.應(yīng)通過(guò)金相檢查來(lái)確認(rèn)機(jī)加工后的表面沒(méi)有受到冷作硬化的影響，即冷作硬化區(qū)的厚度不應(yīng)超過(guò)0.025mm。

d.對(duì)打磨的限制:

·打磨盡可能在固溶熱處理前進(jìn)行;

·打磨中應(yīng)避免產(chǎn)生材料的過(guò)熱變色;

·應(yīng)優(yōu)先采用切削加工的方法，打磨只能作為第二手段;

·應(yīng)采用新的打磨工具，或者之前僅打磨過(guò)奧氏體不銹鋼或鎳基合金;

·必須采用碳化硅或氧化鋁的打磨材料。

e.如果打磨是在最終的固溶熱處理之后進(jìn)行，應(yīng)滿足下述要求:

·應(yīng)逐級(jí)進(jìn)行打磨，直至消除任何尺寸的表面硬化區(qū)，最終的砂輪粒度應(yīng)為#120或者更細(xì);

·打磨后的表面光潔度至少應(yīng)為3.15μmRMS。

(7)理化性能

a.硬度

·最終加工狀態(tài)下的表面硬度不應(yīng)超過(guò)洛氏B92。為避免過(guò)度的冷加工硬化，每道切削后都應(yīng)測(cè)量管道的表面硬度。

b.化學(xué)成分

· 應(yīng)滿足 SA-376 TP316LN的要求，此外，還應(yīng)滿足C≤0.02%、S≤0.005%、Co≤0.05%、P≤0.025、Cu≤0.1%，并記錄錫、砷、銻等有害元素的含量。

c.機(jī)械性能和金相檢驗(yàn)

·對(duì)兩個(gè)管嘴、一端的直管段以及彎曲部分的拉伸側(cè)和壓縮側(cè)共5個(gè)位置 (模擬件零件圖中的位置①～⑤)分別取樣。每個(gè)取樣部位的檢驗(yàn)項(xiàng)目包括金相組織、晶粒度、晶間腐蝕試驗(yàn)、硬度、化學(xué)成分和拉伸性能，對(duì)于端部直管段，還需進(jìn)行J1C測(cè)試;

·《AP1000 SA-376M TP316LN主管道熱段鍛件 (ASME IIINB)全尺寸模擬件鑒定試驗(yàn)技術(shù)規(guī)格書》給出了詳細(xì)的取樣圖 (包括試樣的位置、數(shù)量和尺寸等);

·常溫拉伸試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)符合SA-376的規(guī)定值，321℃高溫拉伸試驗(yàn)的結(jié)果僅作為參考依據(jù);

·鍛件的晶粒度至少應(yīng)為ASTM 2級(jí)，3級(jí)以上是期望的目標(biāo);

·斷裂韌性J1C試驗(yàn)的結(jié)果供參考，沒(méi)有限值要求;

·晶間腐蝕試驗(yàn)的敏化處理?xiàng)l件為: 649～677℃，1h;

·需根據(jù)SA-376的要求進(jìn)行壓扁試驗(yàn)。

(8)超聲波探傷(UT)

a.精加工和熱處理后的鍛件需進(jìn)行UT檢驗(yàn)，直探頭探傷根據(jù)NB-2540和SA-745 QL-1的要求進(jìn)行，斜探頭探傷根據(jù)NB-2550進(jìn)行;

b.由于主管道產(chǎn)品采用系統(tǒng)水壓試驗(yàn)代替部件水壓試驗(yàn)，所以主管道模擬件不需進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

(9)滲透探傷(PT)

a.在彎管之前，所有的表面都應(yīng)根據(jù)NB-2546進(jìn)行PT檢驗(yàn);

b.彎制后，對(duì)于彎曲區(qū)域及臨近一個(gè)直徑長(zhǎng)度范圍內(nèi)的兩個(gè)直管段，均再次進(jìn)行PT檢驗(yàn)。

3 AP1000主管道熱段的研制

針對(duì)西屋公司提出的技術(shù)要求，國(guó)內(nèi)有多家單位開展了AP1000主管道的試制工作，包括渤海船舶重工有限責(zé)任公司 (以下簡(jiǎn)稱渤船重工)、中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán) (以下簡(jiǎn)稱二重)、吉林中意核管道制造有限公司 (以下簡(jiǎn)稱吉林中意)、中國(guó)第一重型機(jī)械集團(tuán) (以下簡(jiǎn)稱一重)、上海重型機(jī)器廠有限公司 (以下簡(jiǎn)稱上重)等。下面簡(jiǎn)述一下以上各單位的試制情況。

3.1 渤船重工

2008年5月，渤船重工聯(lián)合煙臺(tái)臺(tái)?，斉瑺柡穗娫O(shè)備有限公司 (提供鋼錠，并負(fù)責(zé)最終的熱處理)、鞍鋼重型機(jī)械有限責(zé)任公司(負(fù)責(zé)鍛造)、成都臺(tái)海電力設(shè)備制造有限公司 (負(fù)責(zé)粗加工)等單位，組成研制團(tuán)隊(duì)，共同開展AP1000主管道熱段的試制工作。在該團(tuán)隊(duì)中，渤船重工負(fù)責(zé)AP1000主管道研制項(xiàng)目的組織和協(xié)調(diào)，并承擔(dān)主管道的彎制工作。渤船重工團(tuán)隊(duì)的AP1000主管道熱段試制工作已于2010年6月成功完成。渤船重工團(tuán)隊(duì)試制的 AP1000主管道的制造工藝路線如下:

(1)冶煉

冶煉工藝為EAF+AOD，之后電渣重熔，重熔后鋼錠重量約70t。

(2)鍛造

采用8000t水壓機(jī)，經(jīng)22火次鍛造完成。鋼錠切頭率16%，切尾率10%，材料利用率70%。實(shí)心鍛造，支管采用拐鍛方式成型。鍛后空冷。

(3)粗加工

在整個(gè)試制件的制作過(guò)程中，粗加工工序歷時(shí)最長(zhǎng)，耗時(shí)達(dá)5個(gè)月。粗加工的項(xiàng)目包括外圓加工、鉆孔、鏜內(nèi)孔以及接管嘴的加工等。

(4)彎制

采用冷彎的方式，管道內(nèi)襯芯模，在壓機(jī)上一次彎制成型。

(5)固溶熱處理

固溶處理的溫度控制在1138～1149℃之間，通過(guò)大容量和強(qiáng)制循環(huán)的方式增加工件的冷卻速度。

(6)精加工

精加工工序包含去除加工裕量、接管內(nèi)孔加工、焊接坡口加工等，采用加工專機(jī)和打磨、拋光設(shè)備完成。

3.2 吉林中意

吉林中意是由意大利 IBF S.p.A.公司(以下簡(jiǎn)稱IBF)和吉林省昊宇石化電力設(shè)備制造有限公司于2009年7月注冊(cè)成立的合資公司。IBF是一家管材和管配件的專業(yè)制造商，該公司按照西屋的技術(shù)要求在世界上率先成功完成了AP1000主管道熱段模擬件的研制工作。為在中國(guó)AP1000主管道供貨市場(chǎng)占有一席之地，IBF向其合資企業(yè)——吉林中意轉(zhuǎn)讓了AP1000主管道的制造技術(shù)。

吉林中意也在2010年上半年完成了AP1000主管道熱段試制件的彎制及鑒定工作。對(duì)比渤船重工的試制工作，吉林中意AP1000主管道熱段試制件的主要工藝區(qū)別在于:

(1)冶煉及鍛造

吉林中意僅進(jìn)行管道的彎制、熱處理和精加工工作，其管坯 (粗加工后的鍛制管道)由IBF提供。對(duì)于AP1000主管道的TP316LN材料，IBF同樣采用EAF+AOD冶煉工藝，但其后不對(duì)鋼錠進(jìn)行電渣重熔。IBF的首個(gè)AP1000主管道熱段鍛件是空心鍛件，為提高產(chǎn)品的晶粒度等級(jí)，其后已改為實(shí)心鍛造。

(2)彎制

采用熱彎方法，熱彎前先壓扁，經(jīng)兩次彎制 (配兩種尺寸的上模)成型，最后進(jìn)行模具矯形。

3.3 二重

二重同樣在2010年上半年完成了AP1000主管道熱段模擬件的試制及鑒定工作。

AP1000主管道熱段模擬件的冶煉、鍛造、熱處理、彎制和機(jī)加工工作均由二重自行完成，其中鍛造工作在其16000t壓機(jī)上完成。

除冶煉外，其制造工藝同渤船重工基本相同。二重 AP1000主管道熱段試制件的TP316LN材料采用EAF+LF+VOD冶煉工藝，直接澆注成型。由于未采用電渣重熔工藝，鍛造時(shí)的鋼錠切頭率和切尾率均較大，故二重的AP1000主管道產(chǎn)品的鋼錠利用率低于渤船重工。

3.4 其他企業(yè)

除上述3家單位外，一重、上重等企業(yè)也在進(jìn)行AP1000主管道熱段模擬件的研制工作，但目前均未完成。

一重的AP1000主管道熱段模擬件的試制工藝特點(diǎn)如下:

(1)同二重一樣，采用EAF+LF+VOD冶煉工藝，但之后進(jìn)行真空澆注。

(2)鍛造在15000t壓機(jī)上進(jìn)行，支管未采用拐鍛成型，故鍛造鋼錠的重量較大，超過(guò)了100t。

(3)擬采用的彎制方式為熱成型。

二重的AP1000主管道熱段模擬件的試制工藝特點(diǎn)如下:

(1)外購(gòu)鋼錠，在廠內(nèi)進(jìn)行電渣重熔。

(2)鍛造在16500t壓機(jī)上進(jìn)行，支管拐鍛成型。

(2)擬采用的彎制方式也是熱成型。

從上述國(guó)內(nèi)單位的AP1000主管道熱段模擬件的試制情況可以看出，為保證AP1000主管道產(chǎn)品的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)滿足規(guī)定的技術(shù)要求，并適當(dāng)?shù)亟档椭圃斐杀?，在工藝的選擇上應(yīng)充分考慮下述因素:

(1)冶煉

盡管可通過(guò)AOD或LF+VOD兩種方式進(jìn)行控氮超低碳奧氏體不銹鋼的冶煉，但實(shí)踐表明，LF+VOD的冶煉質(zhì)量較難控制，如再加上真空澆注的話，鋼錠質(zhì)量的穩(wěn)定性就更難保證了。

對(duì)鋼錠進(jìn)行電渣重熔，可得到更為致密的組織，這既可以簡(jiǎn)化鍛造工藝，又可使鋼錠的晶粒度和力學(xué)性能更易于達(dá)到技術(shù)規(guī)格書的要求。此外，鍛造前對(duì)鋼錠進(jìn)行電渣重熔，還可以獲得更高的鋼錠利用率。

(2)鍛造

就鍛造理論而言，為保證最終鍛造產(chǎn)品的質(zhì)量，應(yīng)優(yōu)先選擇大噸位的壓機(jī)。為得到更為細(xì)化的晶粒，在鍛造工藝的設(shè)計(jì)上，應(yīng)盡量減少鍛造的火次。此外，支管的拐鍛方式，顯然即可以降低鋼錠的重量，又可以縮短鍛件粗加工的時(shí)間。

(3)彎制

冷彎、熱彎的方式都有成功的先例，但必須合理組選模具的規(guī)格及布置、彎制次數(shù)、熱彎溫度、壓扁橢圓度等工藝參數(shù)，否則可能導(dǎo)致彎制失敗。

4 AP1000主管道制造許可證的申請(qǐng)和頒發(fā)

我國(guó)自1992年開始對(duì)民用核安全設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和安裝等活動(dòng)實(shí)施市場(chǎng)準(zhǔn)入制度。開展民用核設(shè)備制造活動(dòng)的單位，必須首先取得國(guó)家核安全局頒發(fā)的制造許可證。自2008年以來(lái)，渤船重工、二重、一重、上重、吉林中意等單位先后向國(guó)家核安全局提交了AP1000主管道制造許可證取證申請(qǐng)。為推進(jìn)AP1000項(xiàng)目的順利實(shí)施，國(guó)家核安全局對(duì)上述單位的AP1000主管道制造取證申請(qǐng)非常重視，積極立項(xiàng)，并投入了相當(dāng)大的審評(píng)力量進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)審查。

隨著AP1000主管道熱段模擬件試制及鑒定工作的完成，渤船重工和二重的取證審查工作目前已基本結(jié)束 (目前正處于網(wǎng)上公示和行政審批環(huán)節(jié))，吉林中意的取證審查工作也已進(jìn)入最后的階段。估計(jì)這3家單位會(huì)在2010年內(nèi)拿到國(guó)家核安全局頒發(fā)的AP1000主管道制造許可證。

二重、上重的AP1000主管道制造許可證取證審查工作還在進(jìn)行中，這兩家單位是否能夠獲得AP1000主管道的制造許可，將主要取決于其是否能夠成功完成AP1000主管道熱段模擬件的試制工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)核電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化戰(zhàn)略的逐步推進(jìn)，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，第二代壓水堆核電站關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化比例已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)比較高的水平。核電建設(shè)也推動(dòng)了我國(guó)裝備制造企業(yè)技術(shù)能力和管理水平的提升。但對(duì)于已經(jīng)開工建設(shè)的AP1000、EPR等第三代核電機(jī)組，由于設(shè)計(jì)變化、技術(shù)要求提高等原因，在關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)還必須開展大量的攻關(guān)工作。

AP1000主管道熱段模擬件的試制成功表明，我國(guó)有相當(dāng)一部分企業(yè)已具備了較強(qiáng)的制造能力，尤其表現(xiàn)在裝備能力上。對(duì)于第三代核電站的關(guān)鍵設(shè)備，通過(guò)對(duì)國(guó)外技術(shù)的引進(jìn)和消化，以及企業(yè)自身的重視和投入，國(guó)內(nèi)已經(jīng)具備了國(guó)產(chǎn)化的基礎(chǔ)。然而，我們也應(yīng)該看到，在設(shè)備的質(zhì)量和穩(wěn)定性方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)的研發(fā)能力、工藝水平、管理現(xiàn)狀等同國(guó)外同類企業(yè)相比還存在著不小的差距。對(duì)此，我們必須有清醒的認(rèn)識(shí)。國(guó)內(nèi)裝備制造企業(yè)必須重視企業(yè)創(chuàng)新能力的培育，加大產(chǎn)品研發(fā)的投入，并持續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量保證體系，為第三代核電站關(guān)鍵設(shè)備自主化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造有利條件。

The Localization Developm ent and Manufacture License Review of AP1000 Prim ary Piping

NA Fuli
(Suzhou Nuclear Power Research Institute，Suzhou 215004，China)

The fabrication specification of AP1000 primary piping is described at first，then the domestic development status of AP1000 RCS hot leg piping is summarized，the state of license application and issue is introduced at last.

AP1000;primary piping;development;licensing