核主泵屏蔽电机屏蔽套C-276薄板国产化的难点分析

秦　斌，李雅范，徐长征，郑吉伟

(1. 哈尔滨电气动力装备有限公司， 黑龙江哈尔滨　150066；

2. 宝钢特钢有限公司， 上海　200940 )

核主泵屏蔽电机屏蔽套C-276薄板国产化的难点分析

秦斌1，李雅范1，徐长征2，郑吉伟1

(1. 哈尔滨电气动力装备有限公司， 黑龙江哈尔滨150066；

2. 宝钢特钢有限公司， 上海200940 )

摘要：从材料特殊性、国内钢厂技术条件不成熟、制造工艺流程、科研投入与产出4个方面对屏蔽套C-276薄板在国产化过程中的难点进行了分析，并提出后续的研究重点为热轧卷取工艺，以及对整套制造工艺流程的优化。

关键词：核主泵；屏蔽电机；屏蔽套；C-276

0引言

屏蔽套是核主泵屏蔽电机中的关键部件之一，实现屏蔽套材料的国产化是完成三代核电核主泵屏蔽电机国产化的重要任务之一。

在核主泵屏蔽电机中，屏蔽套薄板材料为耐蚀非磁性金属哈氏合金Hastelloy C-276合金，该合金被认为是万能的抗腐蚀Ni-Cr-Mo合金，由于其同时含有16%左右的Mo和Cr元素，因此在氧化性介质和还原性介质中都具有较强的抵抗能力，又被称为通用型耐蚀合金。与一般不锈钢和其它耐蚀材料相比，它在各种腐蚀环境(包括电化学腐蚀和化学腐蚀)中，具有耐各种形式腐蚀破坏(包括均匀腐蚀、局部腐蚀以及应力腐蚀等)的能力，兼有很好的力学性能及加工性能，尤其适宜于化工制造、电厂烟气脱硫、造纸、海洋开发等众多领域的苛刻介质环境，也被认为是目前世界上应用最为广泛的镍基耐蚀合金之一，是具有电阻率高、强度高、导热性能好、焊接性能优的非磁性材料。

1国产化难点分析

屏蔽套材料的国产化是我国压水堆核电技术重大专项的课题任务之一，但目前尚未完全实现国产化。通过分析屏蔽套材料国产化过程中出现的问题，认为未能实现国产化的难点主要集中在以下4方面。

1.1材料特殊性

1) C-276合金成分复杂，在凝固过程中容易产生较严重的成分偏析，且碳、硅含量特别低，因此冶炼时成分控制的难度很大。

2) C-276合金变形抗力大，且存在着可锻性差、开坯率低、轧制易开裂等问题，塑性变形困难。

3) 定子屏蔽套产品规格0.40 mm接近冷轧设备能力极限，同时要求板宽达1 020 mm，生产难度极高。该规格已远远超出国内镍基薄板的标准要求，国内钢厂也没有相关业绩。

4) 对材料提出电阻率的特殊要求,而在ASTM B575标准中对C-276材料没有电阻率的要求，因此在成分的设计和制造过程中，需要特别考虑产品的电阻率能否达标。

5) 屏蔽套薄板需光亮退火交货，单张薄板无法完成光亮退火，因此在制造时需经过热轧成卷工序，但由于C-276合金的变形抗力大，热轧成卷困难。

1.2国内钢厂制造经验不足

目前国内C276合金薄板的生产厂家有宝钢特钢有限公司(原上海五钢公司)、长城特钢公司、抚顺特钢公司等。长城特钢公司和抚顺特钢公司的产品是以在1 200或1 400 mm 轧机上生产的1 000 mm×2 000 mm单张板为主，产品规格不能满足屏蔽套薄板的要求，现有设备也不具备生产屏蔽套薄板的能力。宝钢特钢有限公司具有国内唯一的一条特种合金板带产线，其冷轧设备的设计能力为厚0.3～4.0 mm、宽1 250 mm, 能够满足屏蔽套薄板的尺寸规格要求。但由于宝钢特钢有限公司的此条特种合金板带生产线是近年新增加的，尚处于设备调试和熟悉阶段，而C-276合金本身是一种制造非常困难的材料，目前还需突破多个关键技术难题才具备屏蔽套C276合金薄板的生产能力。此外，由于屏蔽套是应用于核电、军工等敏感行业，美欧等国将相应的技术和装备视为敏感技术，限制学术交流和装备出口，相应的研究报道很少，必须依靠自主研究来攻克屏蔽套材料的制造难题。

因此，在屏蔽套材料课题执行中，国内可选择的合作单位仅有宝钢特钢有限公司，且其没有屏蔽套C-276薄板的制造经验。

1.3制造工艺上的难度

依托重大专项课题，哈尔滨电气动力装备有限公司与宝钢特钢有限公司合作，对屏蔽套C-276薄板的制造工艺进行了研究，确定了屏蔽套C-276薄板的整套制造工艺流程。但由于屏蔽套C-276薄板的技术要求已超出宝钢特钢有限公司在镍基合金板材的原有制造水平，因此屏蔽套C-276薄板国产化制造研究贯穿整个生产制造流程，包括冶炼、锻造、轧制、热处理等技术领域，需要突破以下的关键技术和关键工艺：

1) 冶炼工艺

C-276合金成分复杂，冶炼时成分控制的难度很大，为获得优质钢水，需研究冶炼流程工艺设计、合金化成分及有害元素控制、脱氧技术及非金属夹杂物控制技术，从而提高钢液纯净度，降低有害元素、气体含量和非金属夹杂物。

2) 电渣重熔工艺

针对屏蔽套C-276薄板产品的特性，需要采用大规格的电渣扁锭。但对于C-276镍基合金材料，锭型放大后成分偏析倾向非常明显，组织均匀性控制难度显著增大，且镍基高合金电渣扁锭的技术在国内还是空白，因此需研究电渣重熔钢锭的工艺参数和质量控制技术，确保电渣重熔扁锭的质量满足要求。

3) 锻造开坯工艺

对于电渣重熔后的扁锭钢坯，由于扁锭的表面积大，表面散热快，且该合金变形抗力大，温度稍低塑性即显著下降，热加工性差，开坯时极易开裂，因此需对扁锭的开坯工艺，以及合金的热塑性、高温性能、析出相状态等开展研究。

4) 热轧工艺

C-276合金高温变形抗力大，最高可达普碳钢5倍以上，温度场变化规律比较特别，随温度降低变形抗力迅速增大，目前经典的板带轧制模型都不适用与镍基合金，对于轧制力计算、道次分配、板形和尺寸精度控制、设备安全带来了难题。因此需要通过研究合金热物性、流变特性提供合适的轧制负荷计算解决方案，并通过热轧温度工艺窗口的研究，掌握轧件温度变化规律，确定板坯轧制加热温度制度、控制合理的终轧温度和头尾温度补偿方案，开发出适合特种合金特点的板形控制技术。

5) 热轧卷取工艺

C276合金变形抗力大，同时还要需满足板宽的要求，在轧制钢卷时卷取非常困难，为确保热轧卷的顺利卷取，需要对热轧卷取工艺进行系统研究。

6) 薄板冷轧板形、尺寸精度与表面质量控制技术

冷轧时对板材的板形和残余应力的大小和分布的控制很重要，需要系统研究合金冷轧加工硬化机制及冷变形条件下组织演变规律，优化轧制道次分配，针对高强度C276薄板研究并建立一套特有冷轧规程，形成板形控制技术，实现高尺寸精度、板形优良、表面良好的薄板产品和特种合金冷轧技术。

7) 热处理工艺

需研究热处理工艺参数对合金组织、机械强度、电磁性能的影响，确定出合理的光亮退火工艺。

综上可知，屏蔽套C-276薄板的制造工艺复杂、关键技术工艺难点多，需要很长的研制周期才能完成所有的研制工作。

1.4投入与产出不成比例

从设计角度考虑，每一台核主泵屏蔽电机仅需定、转子屏蔽套薄板各2张，由于屏蔽套薄板非常薄，单张重量只有12.5 kg ； 而从制造角度考虑， 由

于热轧卷制成形工艺决定每次轧制至少投入钢锭7t，仅原材料成本每吨约12万元，而且对于屏蔽套C-276薄板这样高要求的产品，研制中会出现各种问题。在实际的研制过程中，每次试制的原材料费用就高达100万元，而冶炼工艺、锻造开坯工艺、热轧工艺都是经过多次研制才最终确定的。因此，投入与产出完全不成比例，在科研经费有限的情况下难以调动钢厂的积极性。

2结语

综上可知，材料的特殊要求、国内钢厂经验不足、制造工艺的复杂性和研究经费的不充足是在课题的计划研制周期内屏蔽套材料未能完全实现国产化的主要原因。但是通过前期多轮次的试制及研究，目前已确定钢锭的冶炼、重熔、锻造、热轧工艺、冷轧工艺和光亮退火工艺，也通过采用国外采购钢卷的技术方案取得关键技术突破并生产出合格产品，剩余的一项关键技术热轧卷取工艺也取得一定进展及成果，并且积累了屏蔽套材料的技术数据和制造经验。因此，在再次得到国家重大专项经费的支持后，主要任务是进一步深化研究热轧卷取工艺，并对整套制造工艺流程进行优化，最终实现屏蔽套C-276薄板的全部国产化的目标。

多类似的其它静压轴瓦工具，应用不同的工艺环境中。通过此理论支持可以应用任何直径的大轴轴颈位置，即满足了生产加工要求，又形成了一套数据理论支持。