核电中小型锻件的质量控制

苏州热工研究院有限公司电站设备监理工程技术研究中心（江苏 215004）周 波 郭红芳 周小兵

随着人类生活水平的提高，世界各国对能源需求的急剧增加，核电工业已成火电之外的重要能源工业。核电年发电量占世界发电总量17%，随着化石燃料的逐渐枯竭，这一比例将会越来越高。而我国核能装机量只占总装机量的1.3%，核能具有巨大的发展潜力，虽然核电现在面临挫折，但前景依然值得期待。

随着我国核电项目的不断建设，设备制造的国产化率也在不断提高，目前核电用中小型锻件已基本实现国产化。按照《民用核安全设备设计制造安装和无损检测监督管理规定》（HAF601）要求，民用核设施营运单位应当对民用核安全设备的制造活动进行质量管理和过程控制。设备监造的目的是为协助和促进制造厂保证设备制造质量，严格把好质量关，努力消灭常见性、多发性、重复性质量问题，把产品缺陷消除在出厂以前。本文根据监造工作实际经验，以CPR1000中不锈钢锻件为例，介绍中小型锻件在制造过程中的质量控制。

1.锻件概况

核电中小型锻件可分为法兰、圆棒、贯穿件及各种设备锻件，广泛应用在核电管道预制、安装及设备制造过程中，因此，锻件质量直接影响核设施的安全。锻件不锈钢材质主要有Z2CN18-10、Z2CND18-12N、Z2CND17-12。主要制造流程为：钢锭→锻造→热处理→理化检验→超声波检测→PT、VT→最终检查→完工报告审查，详见图1。

图1 制造流程

2.中小型锻件制造过程质量控制

为保证锻件质量，监造人员开工前应认真审查制造厂制造检验大纲、质量保证大纲、质量计划、试验和检验规程，以及试验和检验人员资格。根据质量计划，对关键工序设立质量控制点，并由监造人员对其进行见证，严格执行相关法规、规范、标准要求，并加强日常制造过程的巡检，以确保锻件质量。

（1）钢锭 原材料钢锭质量包括化学成分、内部结构两个方面。核电用不锈钢材料，采用电炉真空吹氧脱碳精炼方法冶炼，进厂后按MC1350要求分炉批号进行复验，其中要特别控制Cu、P、Co等元素含量，因为Cu、P等元素易引起中子辐照脆化，Co元素经中子辐照后会生成Co60，引起不必要的放射性增加，将直接威胁参与部件在役检查人员的健康。

钢锭内部结构取决于浇注时钢液在钢锭模内的结晶条件，由此产生的缩孔、偏析等缺陷会对最终锻件质量产生影响。电渣重熔钢锭通过二次精炼，H、O、S等有害气体低，夹杂物数量少，质量明显优于普通钢锭，采用电渣重熔钢锭可进一步控制微观组织晶粒度，改善偏析，其生产锻件质量也能相应提高。因此，在开工检查阶段监督员可根据不同类型原材料钢锭，有重点地进行监督见证。

（2）锻造 钢锭浇口、冒口部分质量比较不稳定，为确保锻件无缩孔和严重偏析等缺陷，对钢锭头尾切除百分比应保证25%。在某锻造厂监造中就发现过不锈钢圆棒一端生锈的问题（见图2），化学成分分析检查发现端部C、Cr、Ni元素含量明显偏离标准值，这不仅是钢液纯净度的问题，也与制造厂为提高钢锭成材率而在钢锭切除率方面控制不严有很大关系。

图2 不锈钢圆棒生锈

中小型锻件的锻造方法有自由锻、模锻两种，前者利用冲击力使金属在上下两个抵铁间产生变形以获得所需锻件，自由锻由于锻件形状简单，操作灵活，适用于单件，小批量；后者使金属坯料在具有一定形状的锻模模膛内受压变形而获得锻件，模锻可制作形状复杂，加工余量小，大批量的产品。按照M380要求，锻件主截面部分的总锻造比不得小于3，这可以通过审查原材料的下料记录来验证。合理的始锻温度和终锻温度对产品质量有一定影响，始锻温度应低于过烧温度，较高的终锻温度可使锻件有足够塑性。冬季毛坯材料表面与内部的温差大，锻造温度范围窄，降低金属塑性和提高变形抗力，锻件裂纹、过烧及尺寸超差等缺陷数量明显增多，对此监造人员一方面要求制造厂严格控制每一火次的锻造温度，另外，适当增加无损检测的抽检比例，防止不合格锻件流出。

（3）热处理及性能检验 热处理过程应该满足MF8000的各项要求，其中每批热处理应由同一炉罐号，经相同制造工艺、同炉热处理及尺寸相近的锻件组成，以上条件缺一不可。中小型锻件由于规格多，有时需要不同尺寸的锻件组成同一批次，这时有必要对锻件批组进行审查，注意最大锻件厚度与最小锻件厚度比不能大于1.1。不锈钢锻件按固溶热处理状态交货，固溶热处理温度为1050～1150℃。在保温期间，每一锻件偏离热处理规定温度的最大允许偏差为±15℃。这要求温度的测量要比较准确，对于测温热电偶、电子电位差计等仪表，监督人员要确定其在合格有效期内，且热电偶安装位置应符合相应工艺文件的要求，热处理现场如图3所示。

图3 热处理现场

试样应在热处理后截取，中小型锻件因尺寸限制，有时会专门制作一个取样件，这时取样件必须与锻件产品属于同一热处理批次。监督人员可根据取样图对取样位置、数量及试样标识情况进行核对。当某项性能不合格时，可进行重新热处理，但次数不允许超过2次。

对于RCC—M1、2级不锈钢锻件，制造厂还应提供成品分析报告，其中大多数与熔炼分析要求相同，但也有一些不同，如成品分析中增加了Nb+Ta小于0.15%要求，如果检验人员没有注意到这一点，那出具的锻件成品分析报告将是不完整的。

（4）无损检测 无损检测是判定锻件内部和表面缺陷的重要工序，对无损检测工序监督的内容应包括对操作文件的审查、人员和设备检查、检测过程监督及检测记录的审查等。

超声波检测应在粗加工后马上进行，一旦等锻件加工出圆角和孔洞后，就会形成检测盲区，因此，监督员应要求制造厂不能盲目追求进度而错失最佳检测时机。另外，对于小型圆棒粗加工后直径不到30mm，这种情况下超声波检测会有一定的盲区，之前就因为这个原因造成少量带缺陷圆棒进入预制场，针对此情况监督员与制造厂分析研究后确定，小型圆棒锻造时放大余量，在粗加工之后保证达到直径35mm以上，这样超声波检测的效果比较好一点，此方法虽然一定程度上增加了生产成本，但是能够更好地保证产品质量，体现了核电制造质量第一的理念（见图4）。

图4 超声波检测现场

液体渗透检测是在精加工后，通常没有多少加工余量，一旦出现较深损伤很难处理，因此，在翻转锻件时候应特别注意。液体渗透检测时，根据MC4000被检工件要求，使用渗透液的温度在整个检验过程中应保持为10～50℃，因此在冬季温度低于10℃时，需采取加热工件和渗透液方式，否则不允许进行液体渗透检测。

无损检测人员应有相应资格，严禁无证操作。随着国内核电站的不断兴建及设备国产化的要求，制造厂接到的核电订单越来越多，而培养合格的无损检测二级人员需要花费一定的时间，制造厂不同程度地出现无损检测人员紧张现象，导致锻件在粗加工后不得不停工等待无损检测，这种情况下监督员一方面要督促制造厂尽快让符合条件的人员去取证，另外更要加强巡检，防止出现无证人员进行无损检测操作。

3.结语

锻件质量是炼钢、锻造、热处理等专业综合技术水平的标志，以中小型不锈钢锻件制造工艺为基础，综述其制造工艺及质量控制关键点，对不同生产工艺，提出相应质量控制要求。通过保证制造质量的可控性，减少缺陷锻件的产生。

要求核电设备制造过程的监督人员具有一定专业技术水平和管理协调能力，能够发现生产中的质量问题并及时推动解决，同时也应认识到，监督人员只是保证核电锻件质量其中的一道屏障，主要质量工作还是由制造厂来完成，因此，监督督人员除了日常见证活动和审查文件外，加强对制造厂人员核电质量文化宣贯，督促制造厂构建良好的质量文化也是重要的工作之一。只有参与核电制造的人员具有了核文化的意识，才能从根本上保证核电锻件的质量。