超大型核电锻件绿色制造技术PDF电子书下载

第1篇 综述 3

第1章 核电站与核电堆型简介 3

1.1 核电站种类及构成 3

1.2 核电的堆型 4

1.2.1 压水堆 4

1.2.2 沸水堆 4

1.2.3 重水堆 5

1.2.4 石墨水冷堆 5

1.2.5 高温气冷堆 5

1.2.6 快堆 5

1.3 发展核电的目的与方向 6

1.4 核电装备自主化及“走出去” 6

第2章 核电锻件的重要性 8

2.1 核电锻件在核电装备中的地位与作用 8

2.2 历史重任及殷切期望 8

2.3 不辱使命 9

第3章 超大型核电锻件的主要特点及制造要求 12

3.1 规格巨大且形状复杂 12

3.1.1 核电常规岛整锻低压转子 12

3.1.2 核电常规岛发电机转子 13

3.1.3 核电一体化封头 13

3.2 技术要求高 14

3.3 锻件向大型化及一体化方向发展 14

3.3.1 压力容器锻件的大型化及一体化 15

3.3.2 蒸汽发生器锻件的大型化及一体化 15

3.4 绿色制造 16

3.4.1 胎模锻造 17

3.4.2 近净成形 19

3.5 制造资质评定与生产许可 22

3.5.1 取证 23

3.5 2评定 23

3.5.3 核安全许可 25

3.6 制造过程控制要求 25

3.6.1 评定／制造大纲 25

3.6.2 质量计划 25

3.6.3 无损检测规程 26

3.6.4 先决条件检查 26

3.7 产品质量的可追溯性 26

3.7.1 母材见证件 26

3.7.2 焊接见证件 26

第4章 设备与工装特点 27

4.1 制造设备的大型化 27

4.1.1 超大型冶炼及铸锭设备 27

4.1.2 超大型锻造设备 27

4 1.3 超大型热处理设备 28

4.2 工装的大型化及复杂化 29

4.2.1 二代加SG水室封头管嘴翻边装置 29

4.2.2 改进型一体化顶盖模锻工装 30

4.2.3 超大型锻件坯料翻转装置 31

4.2.4 转子中心孔超声波检测装置 31

4.2.5 超大型筒体锻件一次性浸水淬火装置 31

第5章 创新性评定及验证 33

5.1 一体化锻件创新性验证 33

5.1.1 CAP1400RPV一体化顶盖锻件评定 33

5.1.2 CAP1400RPV一体化底封头锻件评定 34

5.2 超大型锻件的大数据积累 37

5.2.1 CAP1400RPV接管段1∶1解剖试验 37

5.2.2 CAP1400SG管板1∶1解剖试验 38

5.2.3 AP1000SG水室封头1∶1解剖检验 39

5.2.4 华龙一号泵壳1∶1解剖评定 41

5.2.5 AP1000RPV接管段法兰全截面测温及性能检验 45

5.3 600t级钢锭的试验验证 46

5.3.1 600t级钢锭的研制 46

5.3.2 600t级钢锭的解剖验证 48

5.4 常规岛汽轮机整锻低压转子评定 50

5.4.1 锻造 50

5.4.2 热处理 51

5.4.3 解剖评定 52

第6章 核电锻件的先进制造技术 56

6.1 冶炼及铸锭 56

6.1.1 低Si控Al钢的冶炼及铸锭 57

6.1.2 超大型钢锭 58

6.2 压力容器（RPV）一体化锻件 59

6.2.1 RPV顶盖 59

6.2.2 RPV底封头 61

6.3 蒸汽发生器（SG）锻件胎模锻造 61

6.3.1 SG管板 61

6.3.2 SG水室封头 62

6.4 近净成形 63

6.4.1 RPV接管段 63

6.4.2 SG锥形筒体 63

6.5 主管道空心锻造 64

6.6 核电常规岛汽轮机整锻低压转子 66

6.6.1 锻件内部质量的纯净性 66

6.6.2 锻件性能的均匀性 67

第7章 理论与实践的反复完善 69

7.1 模拟软件的选择及边界条件的优化 69

7.2 物理模拟及比例试验 70

7.2.1 整体顶盖物理模拟 70

7.2.2 水室封头管嘴翻边比例试验 70

7.2.3 水室封头近净成形比例试验 70

7.2.4 主管道低熔点合金内支撑弯曲比例试验 72

第8章 核电锻件制造的走向 73

8.1 产品质量稳步提高 73

8.2 锻件标准的自主化 74

8.3 实现锻件的极端制造 75

8.3.1 RPV一体化接管段 75

8.3.2 CAP1700常规岛汽轮机整锻低压转子 75

8.3.3 600MW快堆支撑环 76

8.3.4 沸水堆封头 76

第2篇 超大型核电锻件绿色制造的基础 79

第1章 主要设备与工装 79

1.1 冶炼设备 79

1.1.1 电弧炉（EAF） 79

1.1.2 钢包精炼炉（LRF） 79

1.1.3 电渣重熔炉（ESR） 80

1.1.4 真空感应熔炼炉（VIM） 81

1.2 铸锭设备 81

1.2.1 上注 81

1.2.2 下注 82

1.2.3 真空吸注 82

1.3 液压机 83

1.3.1 水压机 85

1.3.2 油压机 87

1.3.3 自由锻水压机与油压机的比较 88

1.3.4 自由锻液压机未来发展方向 90

1.4 热处理设备 90

1.4.1 电炉 91

1.4.2 燃气炉 91

1.4.3 淬火冷却设备 91

1.4.4 热稳定试验机 94

1.4.5 起吊吊具 94

1.5 试样制备设备 95

1.5.1 拉伸试样加工专机 95

1.5.2 冲击试样加工专机 95

1.5.3 落锤试样制备设备 97

1.6 无损检测设备 98

1.6.1 超声波检测（UT） 98

1.6.2 射线检测（RT） 99

1.6.3 渗透检测（PT） 99

1.6.4 磁粉检测（MT） 99

1.7 超大直径钢锭火焰切割设备 100

1.8 特殊工装 100

1.8.1 钢锭抬梁及吊钳 100

1.8.2 锻造起重机与翻钢机 102

1.8.3 坯料翻转机 103

1.8.4 坯料回转装置 105

1.8.5 水室封头管嘴翻边定位装置 107

1.8.6 双端不对称变截面筒体同步变形装置 108

第2章 研究方法与研究手段 110

2.1 材料基础研究 110

2.1.1 化学成分设计与优化 110

2.1.2 热物性参数测试 115

2.1.3 热加工图制定 118

2.1.4 相图与特性曲线测绘 119

2.2 工艺研究方法与手段 121

2.2.1 冶炼与铸锭工艺研究 121

2.2.2 成形工艺研究 123

2.2.3 热处理工艺研究 126

第3章 超大型钢锭研究与制造 130

3.1 冶炼及铸锭工艺方法的创新 130

3.1.1 低Si控Al钢的冶炼 130

3.1.2 保护浇注 135

3.1.3 钢锭二次补浇 136

3.1.4 空心钢锭 137

3.2 优质耐火材料 141

3.2.1 水口砖 142

3.2.2 塞棒 144

3.2.3 导流管 145

3.3 中间包 146

3.3.1 传统中间包 147

3.3.2 新型中间包 153

3.4 长水口 166

3.4.1 实验研究 166

3.4.2 工程实践 171

3.5 超大型钢锭浇注与脱模 171

3.5.1 保护浇注 171

3.5.2 脱模 172

3.6 超大型钢锭的解剖 172

3.6.1 解剖方式 172

3.6.2 钢锭的纯净性 173

3.6.3 钢锭的致密性 174

3.6.4 制造技术的先进性 174

3.7 对传统观念的再认识 174

3.7.1 钢锭的横截面形状 175

3.7.2 钢锭模锥度及高径比 175

3.7.3 钢锭的纯净性及致密性 176

3.8 小结 176

第3篇 压水堆压力容器锻件 183

第1章 顶盖 183

1.1 分体顶盖 183

1.1.1 上封头 183

1.1.2 上封头法兰 184

1.2 整体顶盖 184

1.2.1 数值模拟 186

1.2.2 物理模拟 189

1.2.3 锻件评定 190

1.2.4 产品制造 195

1.3 一体化顶盖 209

1.3.1 数值模拟 209

1.3.2 附具研制 210

1.3.3 锻件评定 210

1.3.4 产品制造 219

1.4 顶盖制造方式对比 221

1.4.1 华龙一号顶盖 221

1.4.2 AP1000顶盖 222

1.4.3 CAP1400顶盖 223

1.5 顶盖制造过程中的经验教训及预防措施 224

1.5.1 EPR上封头成分超标 224

1.5.2 整体顶盖冲形阶段吊耳开裂 226

第2章 接管段 228

2.1 分体接管段 229

2.1.1 接管筒体 229

2.1.2 接管法兰 239

2.2 整体接管段 239

2.2.1 覆盖式锻造 240

2.2.2 半仿形锻造 240

2.2.3 仿形锻造 240

2.2.4 近净成形锻造 240

2.2.5 热处理 241

2.2.6 CAP1400整体接管段解剖 243

2.2.7 国内外制造方式对比 247

2.3 半一体化接管段 248

2.3.1 局部接管覆盖式接管段 248

2.3.2 局部接管翻边式接管筒体 248

2.4 一体化接管段 249

2.4.1 数值模拟 250

2.4.2 比例试验 252

第3章 下封头 255

3.1 分体下封头 255

3.2 一体化底封头 256

3.2.1 数值模拟 256

3.2.2 附具研制 257

3.2.3 锻件评定 259

3.2.4 补充评定 262

3.2.5 产品制造 267

3.2.6 国内外制造方式对比 268

第4章 其他锻件 271

4.1 堆芯筒体 271

4.2 过渡段 271

4.3 进出口接管 272

4.3.1 自由锻造 272

4.3.2 胎模锻造 272

4.4 安注接管 275

第4篇 压水堆蒸汽发生器锻件 281

第1章 上封头（椭球封头） 281

1.1 分体上封头 281

1.1.1 椭球封头上部 281

1.1.2 椭球封头环 282

1.2 整体上封头 282

1.2.1 两步锻造 282

1.2.2 胎模锻造 284

第2章 锥形筒体 296

2.1 覆盖式锻造 296

2.2 仿形锻造 297

2.3 近净成形 298

2.3.1 成形工艺研究 298

2.3.2 附具研制 300

2.3.3 产品制造 301

2.4 国内外制造方式对比 302

第3章 管板 303

3.1 锻造 303

3.1.1 自由锻造 303

3.1.2 胎模锻造 303

3.2 热处理 306

3.2.1 预备热处理 306

3.2.2 浸入式淬火 306

3.2.3 喷水淬火 308

3.3 评定与解剖 308

3.3.1 二代加蒸汽发生器管板锻件评定 308

3.3.2 CAP1400蒸汽发生器管板锻件解剖 313

3.4 国内外制造方式对比 314

第4章 下封头（水室封头） 316

4.1 分体下封头 316

4.1.1 分体水室封头 317

4.1.2 水室封头环 318

4.2 整体下封头 319

4.3 半胎模锻造 319

4.4 胎模锻造 320

4.4.1 数值模拟 320

4.4.2 比例试验 325

4.4.3 附具研制 330

4.4.4 产品制造 333

4.4.5 制造过程中的经验教训 338

4.5 管嘴翻边 339

4.5.1 数值模拟 339

4.5.2 比例试验 340

4.5.3 附具研制 340

4.5.4 产品制造 340

4.6 国内外制造方式对比 343

4.6.1 带非向心管嘴整体水室封头 343

4.6.2 带向心管嘴整体水室封头 344

第5篇 主管道锻件 348

第1章 基础研究 348

1.1 成分优化 348

1.2 有害相的成因及避免 348

1.2.1 高温铁素体 349

1.2.2 Y相 353

1.2.3 共晶相 354

1.3 冶炼及铸锭 355

1.3.1 双真空 355

1.3.2 电渣重熔（ESR） 355

1.4 热塑性研究 356

1.4.1 热塑性试验材料制备 356

1.4.2 热塑性试验方法 357

1.4.3 热塑性试验结果 357

1.4.4 分析讨论 358

1.4.5 结论 359

1.5 晶粒度影响因素研究 360

1.5.1 试验材料 360

1.5.2 试验方法 360

1.5.3 试验结果 361

1.5.4 分析讨论 366

1.5.5 关于二次再结晶 368

1.5.6 关于动态再结晶 369

1.5.7 结论 370

1.6 晶粒细化及均匀化比例试验 371

1.6.1 包套保温效果试验 371

1.6.2 包套镦粗试验 372

1.6.3 不同锻造比包套拔长试验 375

1.6.4 相同锻造比拔长后包套坯料与裸料晶粒度对比试验 376

1.7 不锈钢的防污染 377

1.7.1 气割 377

1.7.2 气刨 377

1.7.3 局部加热 378

1.7.4 内支撑材料 379

第2章 管坯锻造 381

2.1 实心锻件 381

2.1.1 等效直径试验锻件 382

2.1.2 评定锻件 383

2.2 空心锻件 383

2.2.1 扁方管嘴 383

2.2.2 八方管嘴 384

2.3 近净成形锻件 384

2.3.1 高温扩散 384

2.3.2 镦粗 385

2.3.3 高温大变形量拔长 387

2.3.4 低于二次再结晶温度拔长 388

2.3.5 差温锻造 389

2.3.6 管嘴挤压 390

2.3.7 锻造过程中的裂纹清理 390

2.4 国内外制造方式对比 392

2.4.1 空心锻件与实心锻件对比 392

2.4.2 管嘴覆盖式成形与近净成形对比 392

第3章 弯制成形 395

3.1 弯制方式 395

3.1.1 压弯 395

3.1.2 推弯 396

3.2 内部支撑 398

3 2.1 钢质支撑 399

3.2.2 低熔点合金支撑 399

3.2.3 不同支撑方式的对比 400

第4章 机械加工与固溶热处理 401

4.1 弯制前加工 401

4.2 弯制后加工 401

4.3 固溶热处理 402

4.3.1 晶粒度控制 402

4.3.2 固溶强化温度选择 403

4.3.3 变形控制 403

4.3.4 性能检验结果 405

4.4 固溶后加工 408

第6篇 其他核岛锻件 410

第1章 压水堆其他锻件 410

1.1 稳压器锻件 410

1.1.1 PRZ上封头 410

1.1.2 PRZ下封头 412

1.2 堆芯补给水箱 420

1.2.1 CMT筒体 420

1.2.2 CMT上封头 422

1.2.3 CMT下封头 423

1.3 堆内构件 424

1.3.1 堆芯支撑板 425

1.3.2 压紧弹簧 431

1.4 泵壳 434

1.4.1 自由锻造 434

1.4.2 半胎模锻造 437

1.4.3 仿形锻造 445

第2章 其他堆型锻件 453

2.1 快堆 453

2.1.1 堆容器 453

2.1.2 旋塞 456

2.2 高温气冷堆 457

2.2.1 压力容器锻件 457

2.2.2 蒸汽发生器锻件 457

2.2.3 堆内构件锻件 463

2.3 沸水堆 464

2.3.1 下封头 464

2.3.2 法兰 464

2.3.3 筒体 464

第3章 新型产品锻件 466

3.1 CENTER 466

3.1.1 超大型不锈钢锻件的研究内容 466

3.1.2 结论 476

3.2 改进型一体化顶盖 477

3.2.1 工艺性分析 477

3.2.2 主要研究内容 477

3.2.3 满足设计要求及保证质量的分析 477

3.2.4 制造工艺 478

3.3 核废料罐 482

3.3.1 工艺性分析 482

3.3.2 满足设计要求和保证质量的分析 483

3.3.3 制造工艺 484

3.3.4 性能结果 486

第7篇 核电常规岛锻件 489

第1章 汽轮机低压转子 489

1.1 整锻转子 489

1.1.1 首件评定 489

1.1.2 评定件解剖 530

1.1.3 产品制造 538

1.1.4 国内外制造方式对比 544

1.2 焊接转子 545

1.2.1 轮盘 545

1.2.2 轴头 548

1.2.3 整锻与分锻的对比 551

1.3 热装转子 553

1.3.1 转轴 553

1.3.2 叶轮 554

1.4 汽轮机低压转子的发展趋势 554

第2章 发电机转子 555

2.1 冶炼及铸锭 555

2.2 锻造 555

2.3 热处理 556

2.3.1 取样设计 556

2.3.2 锻后热处理 557

2.3.3 性能热处理 557

2.4 产品主要技术指标 558

2.4.1 化学成分 558

2.4.2 力学性能 559

2.4.3 无损检测 564

第3章 高压转子 566

3.1 冶炼及铸锭 566

3.2 锻造 567

3.3 热处理 567

3.3.1 锻后热处理 567

3.3.2 性能热处理 568

3.4 产品主要技术指标 568

3.4.1 化学成分 568

3.4.2 力学性能 568

3.4.3 无损检测 569

第8篇 问题与展望 572

第1章 问题与不足 572

1.1 钢锭的纯净性 572

1.1.1 接管段锻件检测缺陷超标 572

1.1.2 接管锻件冲击性能分散 580

1.1.3 汽轮机整锻低压转子锻件缺陷超标 586

1.1.4 发电机转子锻件缺陷问题 587

1.2 锻造及热处理问题 588

1.2.1 水室封头锻造裂纹 588

1.2.2 水室封头淬火裂纹 590

1.2.3 整锻低压转子轴身表面裂纹 602

1.3 现有标准的不适应性 604

1.3.1 M310水室封头 604

1.3.2 M310SG管板 605

1.4 热处理余量的不合理性 607

1.5 特殊性能试验的不完整性 608

1.5.1 辐照环境下性能试验 608

1.5.2 冷却剂环境下性能试验 609

1.6 材料成分的最佳组配与微合金化研究 609

1.7 模拟软件边界条件的优化 611

1.7.1 超大型钢锭的凝固模拟 611

1.7.2 锻件成形模拟中成形力偏差 611

1.8 取样位置的代表性 612

1.8.1 压力容器封头 612

1.8.2 SG管板 613

第2章 设备与工艺发展的设想与展望 617

2.1 一体化与近净成形永无止境 617

2.1.1 CAP1700RPV一体化接管段 617

2.1.2 CAP1700常规岛汽轮机整锻低压转子 618

2.1.3 快堆支承环 619

2.1.4 沸水堆封头 621

2.1.5 主管道的挤压成形 621

2.1.6 封头及泵壳的挤压成形 622

2.2 设备与工装能力进一步加大 622

2.2.1 200～1000MN液压机 622

2.2.2 超大直径锻件测量装置 623

2.3 千吨级钢锭不是梦想 623

2.3.1 钢锭模的参数 623

2.3.2 钢锭的纯净性及致密性 623

2.3.3 结论 624

第3章 材料开发与团队建设 625

3.1 材料的挖潜与研发 625

3.1.1 原有材料的挖潜 625

3.1.2 新材料的研发 626

3.2 团队建设 626

3.2.1 学习型团队 626

3.2.2 综合型人才 626

参考文献 627