[发明专利]核岛蒸发器异径筒体整体锻件及其锻造成型方法

说明书

本发明公开了一种核岛蒸发器异径筒体整体锻件，锻件本体由锥筒体和圆筒体构成，圆筒体设置于锥筒体的下端；锥筒体包括从上向下依次设置的锥管上口段、锥管段和锥管下口段，圆筒体包括主筒管段，锥筒体高度h1与圆筒体高度h2之比h1/h2=0.60—0.70；本发明锻造核岛蒸发器异径筒体整体锻件的成型方法，包括以下步骤：⑴钢锭选择；⑵分段加热；⑶坯件下料；⑷锻坯镦拔；⑸锻坯成型；⑹冲筒管孔；⑺锻后热处理。镦拔、冲孔过程中的初锻温度为1210℃～1250℃，终锻温度为830℃～870℃；正火温度为1030℃～1060℃。本发明具有均匀的金属显微组织和力学性能，可靠的锻件安全性和良好的经济性。

技术领域

本发明涉及一种核电核岛蒸汽发生器用大型结构件，尤其涉及蒸汽发生器锥形筒体和柱形筒体组成的异径筒体整体锻件。本发明还涉及该异径筒体整体锻件的锻造成型方法。

背景技术

压水堆核电站主要由核岛和常规岛组成，压水堆核电站核岛的四大部件是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。其中核岛蒸汽发生器是核电站最为关键的主要设备，其功能是传递反应堆内载热剂的热量，转化成产生一定压力的蒸汽供汽轮机工作。蒸汽发生器与反应堆压力容器相连，是承担压差最大的部件，起到密封和隔离一、二回路冷却剂的作用，也是一回路侧冷却剂流过管束前或后的汇集腔室，它不仅直接影响电站的功率与效率，而且在进行热量交换时，还起着阻隔放射性载热剂的作用，对核电站安全至关重要。

蒸汽发生器壳体主要由上、下封头以及筒体构成，上、下封头分别位于筒体的两端；蒸汽发生器筒体以及上、下封头均属于大型厚壁形锻件，而蒸汽发生器筒体更是属于大体积、大断面、复杂曲面的超大型厚壁形锻件。因此，现有蒸汽发生器筒体的制造方法均是先行锻造出上筒体、锥筒体和下筒体等锻件单元，然后再将上筒体和下筒体分别焊接于锥筒体的两端而构成蒸汽发生器筒体。这种通过焊接而进行多单元筒体拼接制造的方法明显存在诸多不足：首先通过焊接而拼接的结构总是不能形成完整的金属流线，由于核电蒸汽发生器长期处于高温高压的恶劣运行环境中，且承受交变荷载和管道涡流所形成的压力突变，极易引起应力分布不匀和应力集中，容易产生疲劳、蠕变和损坏，而且这样焊接制造的方法，工艺复杂、焊接周期长，复杂应力区质量稳定性差，直接造成成品率低，制造成本高。再者为了保证核级锻件的质量，必须对核级锻件生产过程中各道工序的金属微观组织和力学性能进行全程的监测和评定，因此必须对在锻件的合理位置预留有足够的试料试样，以准确反映锻件的内部质量、化学成分和力学性能的均匀程度，保证试料试验具有代表性、准确性；同时还必须考虑具有合理留样成本。由于锥壳锻件锻造材料性能要求极高，材料具有质优价高的特点，锥壳锻件在成品机加工过程中，过多的切削余量会造成大量的切削金属浪费，因此不合理的试料预留量和精加工切削余量不仅造成高性能高成本金属的浪费，而且也增加了加工制作成本。

现有的锻件生产工艺方法采用焊接、铸造或热挤压成型工艺，显然这些传统工艺难以满足核级锻件的性能要求。由于核岛蒸发器异径筒体锻件属于大型块状构件，存在材料利用低，大部分材料经机加工而成为废料且难以回用，去除量远超过实际用料量，形成优质合金材料的极大浪费。其二，工艺流程复杂、生产效率低，在锻造过程中，这种厚饼实心类锻件很难热透、压实，钢锭内层、外层、心部及上部的热力学和动力学条件存在差异，使得钢锭内部存在偏析、疏松和缩孔等缺陷，这些缺陷往往导致后续锻造过程中锻件出现裂纹、粗晶等质量问题，严重时导致锻件报废。其三，核岛蒸发器异径筒体锻件材料为耐热钢，热加工性能较差，而这种大型锻造件心部材料由于外层材料的“桥拱”作用很难得到足够的锻压力，在心部形成小变形量区域，无法有效锻合坯料内部的缩松、缩孔等孔隙性缺陷，也无法击碎其内部的铸态树枝晶，导致锻件各向异性，导致筒体锻件力学性能的不一致。

发明内容

针对现有技术所述存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种核岛蒸发器异径筒体整体锻件，不仅使得锥形筒体和柱形下筒体组合结构具有均匀的金属显微组织和力学性能，而且具有合理的试料预留量和切削余量，以在确保锻件安全、可靠性的基础上，具有良好的经济性。本发明另一要解决的技术问题是提供该核岛蒸发器异径筒体整体锻件的锻造成型方法。