[发明专利]采用离心铸造空心锭生产核电站主管道锻件的工艺

说明书

技术领域

本发明属于锻造技术领域，特别是提供了一种采用离心铸造空心锭生产核电站主管道锻件的工艺。采用离心铸造空心坯（含其它空心锭坯）作坯料用以生产TP316LN超低碳不锈钢的ACPR1000⁺、AP1000主管道空心体锻件（含其它筒、管体管件）。

背景技术

核电厂核岛中的主管道将反应堆、蒸汽发生器、反应堆冷却剂泵连接成一个封闭环路，为冷却剂在其间的流动提供循环通道和压力边界，是核电厂冷却剂系统的主动脉。由于主管道长期承受着高温、高压、高流速和存在有辐射效应以及有毒可燃料的工况条件，要求其必须具有高的核稳定性、低的感生放射性、小的中子吸收截面、压力边界的整性完好性以及在长达60年的服役过程始终保持足够稳定的工况相容性。采用奥氏体不锈钢（如TP316LN）制造的主管道，是具有高技术含量和高附加值的核一级高端部件，也一直是我国核电国产化的重点部件。

与二代、二代改进型核电机组用主管道形成鲜明对比，由中广核自主开发的新一代ACPR1000⁺和由美国西屋公司设计非能动的AP1000核电机组用主管道具有如下两大特点：

1、主管道必须采用锻造工艺生产，完全有别于以往直接采用离心铸造空心管材制作核电主管道的技术路线；

2、主管道上的两个分管嘴必须是整体锻制成形的，完全有别于以往通过焊接方法来配置分管嘴的技术方案。

综上所述，在采用合适锭型和锭重的前提下，锻制出带有两个整体成形分管嘴雏形的TP316LN奥氏体不锈钢主管道的合格锻件，理所当然地成为制造非能动的第三代AP1000核电机组用主管道极为关键的一个技术环节，也是核电重要部件制造历史上首次面临的技术难题之一。

新一代核电主管道独特的外形设计和技术要求，激发了国内外众多制造单位的研制热情。意大利的IBF、国内的上重、一重、二重、船舶总公司等企业都先后投入可观的人力物力并开展了卓有成效的研制开发工作。特别是上重、431、二重等企业在锻制TP316LN奥氏体不锈钢主管道锻件毛坯方面取得了重大的突破和宝贵的积累，为主管道的最终国产化迈出了坚实的一步。

在上述企业中，上重、431采用电渣重熔锭生产主管道锻件毛坯；一重、二重采用的则是双真空模铸钢锭。但是，它们都有一个共同之点，就是主管道锻件均是采用实心锻造成形工艺，即采取实心锻造+机加工“掏空”的锻件制备工艺，其基本流程如下：

约110吨重炉外精炼的TP316LN实心模铸锭（或，约80吨电渣重熔锭）→表面车磨、切除头尾和表面检查→加热→在万吨级的水压机上镦粗、拔长（间以反复加热）→单边号印并打出直管段和非对称性管嘴雏形→通过机加工掏空内孔和加工出管嘴直至所需尺寸。

这一工艺属实心体轴件锻造成形；主要技术难度在于两个非对称性管嘴雏形的锻制。虽然整体上讲此种实心体锻造的命中率相对较高，但极大增加了后步机加工的工作量和难度，也大大降低了昂贵原材料的收得率（采用模铸锭收得率约为12%；电渣重熔锭不到16%），故此种工艺不具有节能降耗潜质因而也削弱其市场竞争力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用离心铸造空心锭生产核电站主管道锻件的工艺，经过多次计算机仿真和研发试验所取得的一项重大技术成果，生产高端空心体锻件，尤其是用以生产TP316LN超低碳不锈钢的新一代主管道空心体锻件的锻造成形工艺，其核心内涵是将高质量、高收得率、高精度的离心铸造空心锭与特种空心锻制成形工艺，通过一种独特的锻制技术和机加工处理，巧妙地结合起来，形成一种具有节能、降耗、省工时、低碳排放相对优势和创新内涵的一代主管道锻件的成形工艺。

本发明经过内外表面扒皮和探伤、约37吨重的离心铸造空心锭→加热→在特殊设计的型砧上进行不少于两次的空心体镦粗+在内冷式长芯棒上拔长至所需尺寸（间以若干次再加热）→第三次空心体再镦粗→号印并采用所述长芯棒上打出带有两个相互错位规定角度的、带有台阶的方块形管嘴雏形→拔长各直管段及外型尺寸精整→加工去除所述“砖形体”另一侧多余部分→管体与管嘴的粗加工。具体工艺步骤如下：

（1）对经炉外精炼钢水浇铸而成的低径壁比离心铸造空心锭进行成分控制与分析，并对其内外表面进行车削扒皮和探伤；