核电稳压器下封头锻件制造工艺及质量控制

赵广宇

（海军驻上海电站辅机厂军事代表室，上海 200240）

稳压器作为核岛内三大主设备之一，其主要作用是将一回路(RCP)的压力维持在15．5MPa(abs)的整定值上，以防止冷却剂水在一回路中汽化。稳压器内贮有两相状态的水，水和蒸汽都在确定的压力所对应的同一温度，依靠喷淋阀和加热器进行压力调节，另外可缓冲一回路系统水容积的迅速变化。其中下封头是稳压器锻件的关键部件,也是典型难成形件。封头锻件的特点是：曲率半径偏小、封头直边大、技术条件要求高、制造工艺难度大、工序复杂、生产周期长。稳压器下封头下部有一凸台和裙座合为一体,属于整体封头，这种整体封头的结构设计代表当今压力容器封头的发展方向。

本文以国内某企业制造的材料为508-3钢稳压器下封头锻件为例，结合锻造和热处理两个主要过程，介绍其制造过程的质量控制。

1 技术指标要求

材料牌号为508-3，成品化学成分要求见表1。

材料取样位置要求为试样的轴线垂直于主锻造方向，试样轴线到最近热处理表面的距离为厚度的一半，试样中与实验有关部门到其他热处理表面的距离不得小于部件厚度；冲击试样缺口轴线应垂直于锻件表面，力学性能见表2锻件应进行超声波探伤，验收标准符合RCC-M MC2300(2000版+2002版补遗)规定在锻件开工前编制了制造方案、质量计划、锻造工艺、热处理工艺、机加工工艺、检验检测大纲等文件，并提交给业主与设计单位审批。

2 制造工艺及控制要点

2.1 钢锭冶炼及成分控制

为了提高钢的纯净度，降低钢中氢、氧和非金属夹杂物的含量，改变夹杂物的形态，确定了钢锭的双真空冶炼浇注工艺方案；为了改善锻件的力学性能，在满足技术条件的基础上，提出了钢锭化学成分的目标值控制要求。

（1）冶注工艺：EBT+LF钢包精炼+VD真空浇注+VC真空脱气。

（2）降低钢中S、P的含量；将S、P含量控制在≤0．008的范围之内。

（3）优化钢锭的化学成分，设定熔炼目标值。

2.2 锻造工艺

锻件在5000T液压机上锻造，始锻温度为不得超过1250℃，终锻温度不得低于800℃，锻件重量为12．8吨；锻件总锻造比为16．9。如图1为下封头锻件毛坯图。为了清除缩孔和主要偏析部分，钢锭顶部切除量≥20%，底部切除量≥10%（对切除的顶部和底部做好称重记录并标识），通过锻造使锻件获得良好组织，即通过锻造破碎钢锭的铸态组织，细化晶粒、改善夹杂物的分布；锻合缩孔、气孔和疏松等缺陷。通过切除水口、冒口来去除钢锭中夹杂、疏松的聚集部位，使锻件的各部位致密程度和缺陷锻合程度相对均匀且不产生内部锻造裂纹。由于组织致密、晶粒细化，这将大大地提高锻件的可淬性，为后序加工做好了组织准备。

表1 成品化学成分要求（wt.%）

表2 材料力学性能要求

锻造变形工序完成后转入锻后热处理工序，锻后采用正火+扩氢工艺，按锻后热处理工艺严格控制锻后冷却温度、加热速率、最高加热温度、保温时间等参数，做好温度记录。

图1 下封头锻件毛坯图

2.3 性能热处理工艺

作为用于稳压器上关键部件的508-3钢锻件，在满足材料强度指标的前提下，需储备足够富裕的韧性指标。要满足这些要素，需从工艺及其控制上采取措施，首先是控制钢中的C含量、降低S、P含量，从材料化学成分上来保证508-3钢的力学性能要求。其次是通过调整热处理制度来获得细晶粒的回火索氏体组织。

为了达到理想的性能指标和金相微观组织，结合以往核电508-3钢锻件产品的成熟经验，并根据试制件产品的实际结构尺寸，制定热处理工艺方案。图2为热处理曲线。

（1）确定热处理加热规范为Ac3以上适当的温度范围（900～925℃的水淬）（635～655℃回火），并选择合适的保温时间。

（2）强化锻件的冷却速度，在17．6×7×4m淬火水槽内配备了2台流量为200立方米/每小时的外循环泵，在水槽四侧共配备了10台内循环泵，直接对工件进行强制冷却。整个淬火过程水温的实际温度升高值不超过5℃。

（3）按热处理工艺规范进行升温、保温、冷却的控制，保温温度均以产品外接热电偶为准，锻件的装炉以及外接热电偶的布置均按装炉工艺要求进行，确保工件在炉膛中受热均匀。采用多点接触式热电偶测量锻件加热过程中表面的实际温度，更加有效的控制温度值；在保温期间偏离热处理规定温度最大允许偏差为±10℃。

图2 热处理曲线

2.4 检测结果

锻件在产品阶段进行超声波检测（如图3），采用型号4P-20N直探头，斜探头在径向纬向四个方向探伤，没有发现可记录缺陷，符合标准要求。

图3 超声波探伤扫查方向图

下封头锻件力学性能检测结果见表3。

表3 力学性能检测结果（wt.%）

3 结语

在锻件的制造过程中，通过对锻造及热处理等相关制造工序的严格控制，总结出了一套完整且较为成熟的制造工艺和过程控制方法，对预先设定的质量风险点进行了防范，有效减少了质量风险，提高了产品质量的稳定性和可靠性。

参考文献：

[1]赵全强，白泉．核电瓦坯锻件制造工艺及质量控制[J]．大型铸锻件,2016．