核主泵屏蔽電機(jī)屏蔽套C-276薄板國(guó)產(chǎn)化的難點(diǎn)分析

秦　斌，李雅范，徐長(zhǎng)征，鄭吉偉

(1. 哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司， 黑龍江哈爾濱　150066；

2. 寶鋼特鋼有限公司， 上?！?00940 )

核主泵屏蔽電機(jī)屏蔽套C-276薄板國(guó)產(chǎn)化的難點(diǎn)分析

秦斌1，李雅范1，徐長(zhǎng)征2，鄭吉偉1

(1. 哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司， 黑龍江哈爾濱150066；

2. 寶鋼特鋼有限公司， 上海200940 )

摘要：從材料特殊性、國(guó)內(nèi)鋼廠技術(shù)條件不成熟、制造工藝流程、科研投入與產(chǎn)出4個(gè)方面對(duì)屏蔽套C-276薄板在國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中的難點(diǎn)進(jìn)行了分析，并提出后續(xù)的研究重點(diǎn)為熱軋卷取工藝，以及對(duì)整套制造工藝流程的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：核主泵；屏蔽電機(jī)；屏蔽套；C-276

0引言

屏蔽套是核主泵屏蔽電機(jī)中的關(guān)鍵部件之一，實(shí)現(xiàn)屏蔽套材料的國(guó)產(chǎn)化是完成三代核電核主泵屏蔽電機(jī)國(guó)產(chǎn)化的重要任務(wù)之一。

在核主泵屏蔽電機(jī)中，屏蔽套薄板材料為耐蝕非磁性金屬哈氏合金Hastelloy C-276合金，該合金被認(rèn)為是萬(wàn)能的抗腐蝕Ni-Cr-Mo合金，由于其同時(shí)含有16%左右的Mo和Cr元素，因此在氧化性介質(zhì)和還原性介質(zhì)中都具有較強(qiáng)的抵抗能力，又被稱為通用型耐蝕合金。與一般不銹鋼和其它耐蝕材料相比，它在各種腐蝕環(huán)境(包括電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕)中，具有耐各種形式腐蝕破壞(包括均勻腐蝕、局部腐蝕以及應(yīng)力腐蝕等)的能力，兼有很好的力學(xué)性能及加工性能，尤其適宜于化工制造、電廠煙氣脫硫、造紙、海洋開(kāi)發(fā)等眾多領(lǐng)域的苛刻介質(zhì)環(huán)境，也被認(rèn)為是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的鎳基耐蝕合金之一，是具有電阻率高、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好、焊接性能優(yōu)的非磁性材料。

1國(guó)產(chǎn)化難點(diǎn)分析

屏蔽套材料的國(guó)產(chǎn)化是我國(guó)壓水堆核電技術(shù)重大專項(xiàng)的課題任務(wù)之一，但目前尚未完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。通過(guò)分析屏蔽套材料國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，認(rèn)為未能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的難點(diǎn)主要集中在以下4方面。

1.1材料特殊性

1) C-276合金成分復(fù)雜，在凝固過(guò)程中容易產(chǎn)生較嚴(yán)重的成分偏析，且碳、硅含量特別低，因此冶煉時(shí)成分控制的難度很大。

2) C-276合金變形抗力大，且存在著可鍛性差、開(kāi)坯率低、軋制易開(kāi)裂等問(wèn)題，塑性變形困難。

3) 定子屏蔽套產(chǎn)品規(guī)格0.40 mm接近冷軋?jiān)O(shè)備能力極限，同時(shí)要求板寬達(dá)1 020 mm，生產(chǎn)難度極高。該規(guī)格已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國(guó)內(nèi)鎳基薄板的標(biāo)準(zhǔn)要求，國(guó)內(nèi)鋼廠也沒(méi)有相關(guān)業(yè)績(jī)。

4) 對(duì)材料提出電阻率的特殊要求,而在ASTM B575標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)C-276材料沒(méi)有電阻率的要求，因此在成分的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，需要特別考慮產(chǎn)品的電阻率能否達(dá)標(biāo)。

5) 屏蔽套薄板需光亮退火交貨，單張薄板無(wú)法完成光亮退火，因此在制造時(shí)需經(jīng)過(guò)熱軋成卷工序，但由于C-276合金的變形抗力大，熱軋成卷困難。

1.2國(guó)內(nèi)鋼廠制造經(jīng)驗(yàn)不足

目前國(guó)內(nèi)C276合金薄板的生產(chǎn)廠家有寶鋼特鋼有限公司(原上海五鋼公司)、長(zhǎng)城特鋼公司、撫順特鋼公司等。長(zhǎng)城特鋼公司和撫順特鋼公司的產(chǎn)品是以在1 200或1 400 mm 軋機(jī)上生產(chǎn)的1 000 mm×2 000 mm單張板為主，產(chǎn)品規(guī)格不能滿足屏蔽套薄板的要求，現(xiàn)有設(shè)備也不具備生產(chǎn)屏蔽套薄板的能力。寶鋼特鋼有限公司具有國(guó)內(nèi)唯一的一條特種合金板帶產(chǎn)線，其冷軋?jiān)O(shè)備的設(shè)計(jì)能力為厚0.3～4.0 mm、寬1 250 mm, 能夠滿足屏蔽套薄板的尺寸規(guī)格要求。但由于寶鋼特鋼有限公司的此條特種合金板帶生產(chǎn)線是近年新增加的，尚處于設(shè)備調(diào)試和熟悉階段，而C-276合金本身是一種制造非常困難的材料，目前還需突破多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題才具備屏蔽套C276合金薄板的生產(chǎn)能力。此外，由于屏蔽套是應(yīng)用于核電、軍工等敏感行業(yè)，美歐等國(guó)將相應(yīng)的技術(shù)和裝備視為敏感技術(shù)，限制學(xué)術(shù)交流和裝備出口，相應(yīng)的研究報(bào)道很少，必須依靠自主研究來(lái)攻克屏蔽套材料的制造難題。

因此，在屏蔽套材料課題執(zhí)行中，國(guó)內(nèi)可選擇的合作單位僅有寶鋼特鋼有限公司，且其沒(méi)有屏蔽套C-276薄板的制造經(jīng)驗(yàn)。

1.3制造工藝上的難度

依托重大專項(xiàng)課題，哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司與寶鋼特鋼有限公司合作，對(duì)屏蔽套C-276薄板的制造工藝進(jìn)行了研究，確定了屏蔽套C-276薄板的整套制造工藝流程。但由于屏蔽套C-276薄板的技術(shù)要求已超出寶鋼特鋼有限公司在鎳基合金板材的原有制造水平，因此屏蔽套C-276薄板國(guó)產(chǎn)化制造研究貫穿整個(gè)生產(chǎn)制造流程，包括冶煉、鍛造、軋制、熱處理等技術(shù)領(lǐng)域，需要突破以下的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵工藝：

1) 冶煉工藝

C-276合金成分復(fù)雜，冶煉時(shí)成分控制的難度很大，為獲得優(yōu)質(zhì)鋼水，需研究冶煉流程工藝設(shè)計(jì)、合金化成分及有害元素控制、脫氧技術(shù)及非金屬夾雜物控制技術(shù)，從而提高鋼液純凈度，降低有害元素、氣體含量和非金屬夾雜物。

2) 電渣重熔工藝

針對(duì)屏蔽套C-276薄板產(chǎn)品的特性，需要采用大規(guī)格的電渣扁錠。但對(duì)于C-276鎳基合金材料，錠型放大后成分偏析傾向非常明顯，組織均勻性控制難度顯著增大，且鎳基高合金電渣扁錠的技術(shù)在國(guó)內(nèi)還是空白，因此需研究電渣重熔鋼錠的工藝參數(shù)和質(zhì)量控制技術(shù)，確保電渣重熔扁錠的質(zhì)量滿足要求。

3) 鍛造開(kāi)坯工藝

對(duì)于電渣重熔后的扁錠鋼坯，由于扁錠的表面積大，表面散熱快，且該合金變形抗力大，溫度稍低塑性即顯著下降，熱加工性差，開(kāi)坯時(shí)極易開(kāi)裂，因此需對(duì)扁錠的開(kāi)坯工藝，以及合金的熱塑性、高溫性能、析出相狀態(tài)等開(kāi)展研究。

4) 熱軋工藝

C-276合金高溫變形抗力大，最高可達(dá)普碳鋼5倍以上，溫度場(chǎng)變化規(guī)律比較特別，隨溫度降低變形抗力迅速增大，目前經(jīng)典的板帶軋制模型都不適用與鎳基合金，對(duì)于軋制力計(jì)算、道次分配、板形和尺寸精度控制、設(shè)備安全帶來(lái)了難題。因此需要通過(guò)研究合金熱物性、流變特性提供合適的軋制負(fù)荷計(jì)算解決方案，并通過(guò)熱軋溫度工藝窗口的研究，掌握軋件溫度變化規(guī)律，確定板坯軋制加熱溫度制度、控制合理的終軋溫度和頭尾溫度補(bǔ)償方案，開(kāi)發(fā)出適合特種合金特點(diǎn)的板形控制技術(shù)。

5) 熱軋卷取工藝

C276合金變形抗力大，同時(shí)還要需滿足板寬的要求，在軋制鋼卷時(shí)卷取非常困難，為確保熱軋卷的順利卷取，需要對(duì)熱軋卷取工藝進(jìn)行系統(tǒng)研究。

6) 薄板冷軋板形、尺寸精度與表面質(zhì)量控制技術(shù)

冷軋時(shí)對(duì)板材的板形和殘余應(yīng)力的大小和分布的控制很重要，需要系統(tǒng)研究合金冷軋加工硬化機(jī)制及冷變形條件下組織演變規(guī)律，優(yōu)化軋制道次分配，針對(duì)高強(qiáng)度C276薄板研究并建立一套特有冷軋規(guī)程，形成板形控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高尺寸精度、板形優(yōu)良、表面良好的薄板產(chǎn)品和特種合金冷軋技術(shù)。

7) 熱處理工藝

需研究熱處理工藝參數(shù)對(duì)合金組織、機(jī)械強(qiáng)度、電磁性能的影響，確定出合理的光亮退火工藝。

綜上可知，屏蔽套C-276薄板的制造工藝復(fù)雜、關(guān)鍵技術(shù)工藝難點(diǎn)多，需要很長(zhǎng)的研制周期才能完成所有的研制工作。

1.4投入與產(chǎn)出不成比例

從設(shè)計(jì)角度考慮，每一臺(tái)核主泵屏蔽電機(jī)僅需定、轉(zhuǎn)子屏蔽套薄板各2張，由于屏蔽套薄板非常薄，單張重量只有12.5 kg ； 而從制造角度考慮， 由

于熱軋卷制成形工藝決定每次軋制至少投入鋼錠7t，僅原材料成本每噸約12萬(wàn)元，而且對(duì)于屏蔽套C-276薄板這樣高要求的產(chǎn)品，研制中會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。在實(shí)際的研制過(guò)程中，每次試制的原材料費(fèi)用就高達(dá)100萬(wàn)元，而冶煉工藝、鍛造開(kāi)坯工藝、熱軋工藝都是經(jīng)過(guò)多次研制才最終確定的。因此，投入與產(chǎn)出完全不成比例，在科研經(jīng)費(fèi)有限的情況下難以調(diào)動(dòng)鋼廠的積極性。

2結(jié)語(yǔ)

綜上可知，材料的特殊要求、國(guó)內(nèi)鋼廠經(jīng)驗(yàn)不足、制造工藝的復(fù)雜性和研究經(jīng)費(fèi)的不充足是在課題的計(jì)劃研制周期內(nèi)屏蔽套材料未能完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的主要原因。但是通過(guò)前期多輪次的試制及研究，目前已確定鋼錠的冶煉、重熔、鍛造、熱軋工藝、冷軋工藝和光亮退火工藝，也通過(guò)采用國(guó)外采購(gòu)鋼卷的技術(shù)方案取得關(guān)鍵技術(shù)突破并生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，剩余的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)熱軋卷取工藝也取得一定進(jìn)展及成果，并且積累了屏蔽套材料的技術(shù)數(shù)據(jù)和制造經(jīng)驗(yàn)。因此，在再次得到國(guó)家重大專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持后，主要任務(wù)是進(jìn)一步深化研究熱軋卷取工藝，并對(duì)整套制造工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)屏蔽套C-276薄板的全部國(guó)產(chǎn)化的目標(biāo)。

多類似的其它靜壓軸瓦工具，應(yīng)用不同的工藝環(huán)境中。通過(guò)此理論支持可以應(yīng)用任何直徑的大軸軸頸位置，即滿足了生產(chǎn)加工要求，又形成了一套數(shù)據(jù)理論支持。