核電廠大型鍛件重要工藝參數(shù)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(shù)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(nèi)部質(zhì)量極度依賴于制造工藝，工藝參數(shù)選擇及操作穩(wěn)定性是鍛件采購過程中極其重要的環(huán)節(jié)，通過分析國內(nèi)制造廠在重要工藝參數(shù)方面與國外企業(yè)的差距，提出工藝參數(shù)控制的措施和建議，力爭(zhēng)提升國內(nèi)制造企業(yè)制造工藝參數(shù)的穩(wěn)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(jīng)接近所用材料的最佳性能狀態(tài)，且在核電站運(yùn)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(yùn)行。由于鍛件內(nèi)部質(zhì)量極度依賴于制造工藝，且無法直接檢驗(yàn)，因此工藝參數(shù)選擇及操作穩(wěn)定性是鍛件采購過程中極其重要的環(huán)節(jié)，是保證鍛件批量化生產(chǎn)成功率的關(guān)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(duì)部件各個(gè)部位的性能產(chǎn)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(shù)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(yàn)收試驗(yàn)部位會(huì)有較大差異（某一大型鍛件見圖2）。

圖1

圖2

2. 國內(nèi)大型鍛件部分重要參數(shù)存在的差距

國內(nèi)企業(yè)比國外在大型鍛件工藝參數(shù)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(yán)格，工藝參數(shù)不穩(wěn)定等問題。

（1）國內(nèi)外鍛件力學(xué)性能比較 我們依據(jù)現(xiàn)有資料對(duì)國內(nèi)外鍛件的力學(xué)性能做了一些分析比較，發(fā)現(xiàn)國外核電廠大型鍛件強(qiáng)度和韌性的絕對(duì)值要明顯高于國產(chǎn)鍛件，尤其是基準(zhǔn)溫度RTNDT和抗拉強(qiáng)度，國外鍛件力學(xué)性能的均勻性要明顯好于國內(nèi)鍛件。最重要的是，國內(nèi)制造企業(yè)鍛件的性能并不是不能達(dá)到國外的水平，主要在性能的均勻性和穩(wěn)定性上均存在差距（見表1）。

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

通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)制造廠的鋼錠利用率要低于國外先進(jìn)廠家，這說明我國冶煉、鑄錠的水平與國際先進(jìn)水平還有較大差距。研究表明，國內(nèi)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(shù)操作穩(wěn)定性上還存在一定的不足。現(xiàn)階段我們還沒有切實(shí)的技術(shù)手段有效提高鋼錠質(zhì)量之前，應(yīng)該切實(shí)重視對(duì)大型鋼錠制造工藝的研究（冶煉現(xiàn)場(chǎng)見圖3）。

在無法進(jìn)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(qū)和冒口端的縮孔區(qū)不進(jìn)入鍛件。但如果鍛工在鍛造過程中沒有嚴(yán)格按鍛造工藝規(guī)定的尺寸切除（人為減小或調(diào)整水冒口的切除量），就會(huì)改變部件在鋼錠中的位置，會(huì)使?jié)?、冒口端的問題區(qū)域進(jìn)入到鍛件本體，從而使通過增加切除量來保證鍛件質(zhì)量的效果大打折扣，甚至使鍛件報(bào)廢。在實(shí)際操作過程中，鍛造操作工為了防止后續(xù)的鍛造操作不當(dāng)而導(dǎo)致的鍛件“缺肉”，往往有強(qiáng)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(cè)過程中，恰恰是在近冒口端或近澆口端發(fā)現(xiàn)了超標(biāo)缺陷，可能與上述操作有關(guān)聯(lián)。

圖3

表1 國內(nèi)外鍛件基準(zhǔn)溫度的比較

表2 國內(nèi)外鍛件鋼錠利用率比較

3. 工藝評(píng)定參數(shù)控制

工藝評(píng)定參數(shù)控制的目的是在核島關(guān)鍵部件或制品正式制造前，驗(yàn)證制造廠所制造的這些部件或制品的整體質(zhì)量能夠滿足設(shè)計(jì)和核安全的要求；驗(yàn)證制造廠能按照事先制定的制造技術(shù)大綱成功地制造出相關(guān)部件或制品的技術(shù)能力、生產(chǎn)能力和管理能力，以保證制造過程的規(guī)范性和檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性。固化制造工藝流程和主要工藝參數(shù)，以保證部件或制品制造工藝流程的可重復(fù)性、產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和制造工期的可控性；驗(yàn)證采購技術(shù)要求所規(guī)定的檢驗(yàn)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(píng)定參數(shù)有效性

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

5. 國內(nèi)企業(yè)工藝過程控制建議

（1）工藝參數(shù)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(dòng)，工藝主要參數(shù)不能反復(fù)改變（如鍛造工序和尺寸，熱處理保溫溫度和時(shí)間等）。

（2）對(duì)同一部件如果評(píng)定了兩種工藝，應(yīng)該合理選擇工藝進(jìn)行制造，當(dāng)有經(jīng)驗(yàn)后應(yīng)該固定一種工藝進(jìn)行制造。確認(rèn)新的工藝后，應(yīng)該有條件地廢除舊工藝。

（3）各類評(píng)定文件應(yīng)有固定模板或格式。評(píng)定過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)不同人編制的文件（制造大綱、評(píng)定大綱、評(píng)定報(bào)告）在結(jié)構(gòu)和描述上存在較大差異。

（4）制造大綱及廠內(nèi)工藝應(yīng)有效覆蓋和傳遞（如落錘試驗(yàn)溫度）。

（5）操作層應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行大綱和工藝要求（如鋼錠的切除率等）。

（6）重視各類設(shè)備的檢定、檢測(cè)，如加熱爐、熱電偶、記錄儀及熱處理爐等。

（7）善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，積極改進(jìn)工藝。

圖4

圖5

圖6

20150906