一種ap1000核電站一回路主管道整體鍛造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于不銹鋼異型大尺寸鋼坯整體鍛造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種AP1000壓水堆核電站一回路主管道的鍛造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]第三代核電技術(shù)AP1000堆型是世界市場現(xiàn)有的最安全、最先進(jìn)、經(jīng)過驗(yàn)證的核電站，2007年我國從美國西屋公司引進(jìn)了全套AP1000技術(shù)，并將作為未來核電建設(shè)的主力堆型，同時(shí)在AP1000基礎(chǔ)上發(fā)展我國自主的CAP1400和CAP1700堆型。根據(jù)國家核電建設(shè)的計(jì)劃，在第三代核電站技術(shù)消化吸收完成后，我國的新建核電站將全部采用三代技術(shù)，因此從現(xiàn)在開始到2020年前的新增核電站中將有一半左右采用三代核電技術(shù)。
[0003]主管道是核島核安全I(xiàn)級重大裝備。為了提高核電站安全性、可靠性、可維修性，AP1000主管道采用316LN超低碳控氮不銹鋼整體鍛造而成。這種制造方式能夠最大限度地提高核電站在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故乃至超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故狀況下的可靠性和安全性，使設(shè)計(jì)使用壽命提高到60年。而且整體鍛造管不存在焊縫，可大大降低核電站的在役檢查工作量。在主管道系統(tǒng)中，熱段外形較為復(fù)雜，其尺寸及晶粒度要求極其嚴(yán)格:成品外徑達(dá)到Φ956πιπι，壁厚達(dá)到85mm，彎曲部位角度56.4°，小曲率彎曲半徑1.5D0且彎頭兩端帶有很長的直管段，彎頭本體上還帶有兩個(gè)相對角度為45°的大口徑支管管嘴(Φ457πιπιΧ45mm)，展開總長度約6m。同時(shí)，該主管道采用的316LN超低碳控氮不銹鋼鍛造溫度區(qū)間窄、加熱溫度要求高、變形抗力大，鍛造過程中容易開裂。主管道的形狀和材質(zhì)的特點(diǎn)，使得鍛制的難度非常高，被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為是目前世界核電主管道制造難度之最。在鍛造過程中既要保證兩管嘴分度準(zhǔn)確，又要保證兩管嘴之間的距離，同時(shí)還要兼顧整個(gè)鍛件的形狀和尺寸。此外，由于鍛造時(shí)間長、火次多，反復(fù)的高溫加熱，還增加了細(xì)化晶粒的難度。因此，需要優(yōu)化主管道鍛造工藝，減少鍛造火次，以最大限度地細(xì)化晶粒。
[0004]目前AP1000 —回路主管道熱段成型方式為大型水壓機(jī)整體鍛造成型，國內(nèi)廠家采用的鍛造工藝多為:加熱一壓鉗口一反復(fù)鐓粗拔長一壓肩分料一分段拔長。雖然樸振勝(中國發(fā)明專利CN102825207A)、張靈芳(中國發(fā)明專利CN102019334A)等人在鍛造工藝方面有所創(chuàng)新，但他們提出的的鍛造加工方法周期較長，良品率較低，特別是鍛造過程中鍛件反復(fù)回爐易造成晶粒長大，最終很難滿足晶粒度設(shè)計(jì)要求。這主要是由于鍛坯體積大，鍛造過程中溫度和變形分布不均勻所致，尤其是在管道的管嘴部位，晶粒度常常只能達(dá)1級左右，達(dá)不到主管道整體晶粒度2級以上要求的目標(biāo)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]AP1000核電站一回路主管道鍛件屬于異形整體大尺寸鍛件，鍛造過程復(fù)雜。鍛壓過程為高溫、不均勻、多因素、非穩(wěn)態(tài)塑性加工，產(chǎn)品質(zhì)量要求高、生產(chǎn)成本高、加工周期長。本發(fā)明提供一種針對AP1000主管道熱段鍛件的鍛造工藝，采用科學(xué)合理的工藝路線生產(chǎn)出滿足鍛件形狀尺寸的工件并保證2級以上晶粒度的要求。
[0006]鋼錠的材質(zhì)為316LN超低碳控氮奧氏體不銹鋼，采用噸位大于8000噸的水壓機(jī)鍛造。本發(fā)明包括下列步驟:
[0007]第一步，加熱。將電渣熔鑄的不銹鋼鋼錠(約Φ 1750mmX3200mm)加熱至1220—1250 °C，保溫24小時(shí)；
[0008]第二步，拔長。采用上平砧、下平臺，總壓下量150mm，鍛造比1.2，每次壓下量控制在 50—100mm，拔長至大約 Φ 1600mmX 3750mm ;
[0009]第三步，鐓粗。采用球面鐓粗蓋、下平臺，總壓下量1000mm，鍛造比1.4 ;
[0010]第四步，拔長。采用上平砧、下平臺，總壓下量400mm，鍛造比1.5，每次壓下量控制在 50— 100mm ；
[0011]第五步，加熱。將鋼錠加熱至1150—1200°C，保溫12—24小時(shí)；
[0012]第六步，鐓粗。采用球面鐓粗蓋、下平臺，總壓下量1800_，鍛造比1.7;
[0013]第七步，拔長。采用上平砧、下平臺，每次壓下量控制在50— 100mm,拔長時(shí)應(yīng)保證鋼錠在拔長之后截面為高度大于1480mm的正八邊形，使其有足夠的變形量來鍛造管嘴，鍛造比1.96 ；
[0014]第八步，加熱。將鋼錠加熱至1150—1200°C，保溫12—24小時(shí)；
[0015]第九步，拔長主體段I。先壓痕，再采用上平砧、下平臺，總壓下量400mm，鍛造比2.1，每次壓下量控制在50— 100mm ；
[0016]第十步，拔長主體段II。先壓痕，再采用上平砧、下平臺，總壓下量400mm，鍛造比2.1，每次壓下量控制在50— 100mm ；
[0017]第十一步，鍛造凸臺A。采用上平砧、下平臺，總壓下量480mm，鍛造比1.1 ;
[0018]第十二步，加熱。將鋼錠加熱至1150—1200°C，保溫3—6小時(shí)；
[0019]第十三步，拔長主體段III。先壓痕，再采用上平砧、下平臺，總壓下量400mm，鍛造比2，每次壓下量控制在50— 100mm ；
[0020]第十四步，鍛造凸臺B。旋轉(zhuǎn)工件使其與凸臺A呈45°角，采用上平砧、下平臺，總壓下量480mm，鍛造比1.1 ；
[0021]第十五步，采用上、下平砧，局部鍛打兩個(gè)凸臺以細(xì)化晶粒；
[0022]第十六步，精整，鍛件成品后放置于通風(fēng)處，加速冷卻至室溫。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于減少鍛件在鍛造過程中的回爐次數(shù)和時(shí)間，提高鍛造效率，滿足鍛件形狀、尺寸和晶粒度要求。
【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0025]圖1為鍛件的成品示意圖。
[0026]圖2為鍛件的第九步鍛造后示意圖。
[0027]圖3為鍛件的第十步鍛造后示意圖。
[0028]圖4為鍛件的第十一步鍛造后示意圖。
[0029]圖5為鍛件的第十三步鍛造后示意圖。
[0030]圖6為鍛件的第十四步鍛造后示意圖。
[0031 ]圖7為實(shí)施例1鍛后金相組織，晶粒度6級。
[0032]圖8為實(shí)施例2鍛后金相組織，晶粒度5.5級。
[0033]圖9為實(shí)施例3鍛后金相組織，晶粒度5.5級。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0035]AP1000核電站一回路主管道鍛件為異型整體大鍛件，圖1為其成品鍛件示意圖。
[0036]實(shí)施例1
[0037]具體鍛造步驟如下:
[0038]第一步，加熱。將電渣熔鑄的不銹鋼鋼錠(約Φ 1750mmX3200mm)加熱至1250°C，保溫24小時(shí);
[0039]第二步，拔長。采用上平砧、下平臺，總壓下量150_，鍛造比1.2，每次壓下量控制在 50mm，拔長至大約 Φ 1600mmX 3750mm ;
[0040]第三步，鐓粗。采用球面鐓粗蓋、下平臺，總壓下量1000mm，鍛造比1.4 ;
[0041]第四步，拔長。采用上平砧、下平臺，總壓下量400mm，鍛造比1.5，每次壓下量控制在 50mm ；
[0042]第五步，加熱。將鋼錠加熱至1150°C，保溫24小時(shí)；
[0043]第六步，鐓粗。采用球面鐓粗蓋、下平臺，總壓下量1800_，鍛造比1.7;
[0044]第七步，拔長。采用上平砧、下平臺，每次壓下量控制在50mm，拔長時(shí)應(yīng)保證鋼錠在拔長之后截面為高度大于1480mm的正八邊形，使其有足夠的變形量來鍛造管嘴，鍛造比
1.96 ；
[0045]第八步，加熱。將鋼錠加熱至1150°C，保溫24小時(shí)；
[0046]第九步，拔長主體段I。先壓痕，再采用上平砧、下平臺，總壓下量400mm，鍛造比
2.1，每次壓下量控制在50mm，結(jié)果如圖2所示；
[0047]第十步，拔長主體段II。先壓痕，再采用上平砧、下平臺，總壓下量400mm，鍛造比2.1，每次壓下量控制在50mm，結(jié)果如圖3所示；
[0048]第十一步，鍛造凸臺A。采用上平砧、下平臺，總壓下量480mm，鍛造比1.1，結(jié)果如圖4所示；
[0049]第十二步，加熱。將鋼錠加熱至1150°C，保溫6小時(shí)；
[0050]第十三步，拔長主體段III。先壓痕，再采用上平砧、下平臺，總壓下量400mm，鍛造比2，每次壓下量控制在50mm，結(jié)果如圖5所示；
[0051]第十四步，鍛造凸臺B。旋轉(zhuǎn)工件使其與凸臺A呈45°角，采用上平砧、下平臺，總壓下量480mm，鍛造比1.1，結(jié)果如圖6所示；