專利名稱：：Ap1000核電技術(shù)一回路主管道的制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種AP1000核電技術(shù)一回路主管道的制造工藝。
背景技術(shù)：
在壓水堆核電廠中，主管道是核島內(nèi)七大關(guān)鍵設(shè)備之一，被稱為核電站的"主動脈"。主管道連接了反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)堆冷卻劑泵，從而組成一條閉式的循環(huán)回路。在反應(yīng)堆冷卻劑泵驅(qū)動下，反應(yīng)堆冷卻劑在環(huán)路中流動，帶出反應(yīng)堆壓力容器中核燃料裂變所產(chǎn)生的熱量，并通過蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組。我國目前許多在建核電站所采用的稱之為兩代加的CPRIOOO和CNPIOOO核電技術(shù)。主管道安全等級為安全1級，RCC-M等級1級，質(zhì)保等級為QA1級，抗震類別為II類，清潔度為A1級，設(shè)計壓力Pj二17.23MPa(絕對壓力)，設(shè)計溫度tj=343°C，水壓試驗(yàn)壓力Pt=31MPa(絕對壓力)，設(shè)計壽命40年，材料牌號Z3CN20-09M，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)RCC-MM3403(彎頭)、RCC-MM3406(直管段)。采用鑄造奧氏體-鐵素體不銹鋼，其化學(xué)成分及力學(xué)性能要求如表l、2所示。[OO(H]表1主管道化學(xué)成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>[OOOS]其制造工藝包括(1)直管的制造；(2)彎頭的制造；(3)直管和彎頭的焊接。AP1000目前世界上最先進(jìn)的核電技術(shù)之一，也是我國未來核電建設(shè)所采用的主要核電技術(shù)。主管道安全等級為安全1級，質(zhì)量等級QA1級，抗震類別為SSE，設(shè)計壓力Pj=17.15MPa(絕對壓力)，設(shè)計溫度tj=360°C，水壓試驗(yàn)壓力Pt=21.5MPa(絕對壓力)，設(shè)計壽命60年，材料牌號316LN，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)ASME。采用鍛造奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分及力學(xué)性能如表3、4所示。表3主管道化學(xué)成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>表4主管道力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>注一個位置的三個試樣為一組；MV為一組中三個試樣的平均值；SV為一組中允許一個試樣的最低值。另外，AP1000主管道要求晶粒度為ASTM2級或更細(xì)。AP1000主管道采用整鍛式結(jié)構(gòu)不銹鋼鍛造管，包括兩個循環(huán)環(huán)路，每個環(huán)路包括一個熱段(連接反應(yīng)堆與蒸汽發(fā)生器)和兩個冷段(連接蒸汽發(fā)生器和主泵)。該產(chǎn)品在制造上存在幾個難點(diǎn)(1)、如何生產(chǎn)出滿足鍛造要求的鋼錠；(2)、采用何種方法進(jìn)行彎制來保證彎曲部位的晶粒度。由于AP1000主管道在世界上未有制造成功的先例，所以只有選擇合理的工藝路線才能制造出滿足要求的產(chǎn)品。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種AP1000核電技術(shù)一回路主管道的制造工藝，采用合理的工藝路線生產(chǎn)出滿足鍛造要求的鋼錠并保證彎曲部位的晶粒度。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案?！NAP1000核電技術(shù)一回路主管道的制造工藝，其特征在于工藝步驟如下1)、自耗電極冶煉采用電弧爐+AOD爐冶煉自耗電極；冶煉時加入0.05%0.10%的鈮和0.01%0.03%的鋯，主管道化學(xué)成分如表5所示表5主管道化學(xué)成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>2)、電渣重熔生產(chǎn)鋼錠采用三相電渣爐、75噸結(jié)晶器進(jìn)行電渣錠冶煉；采用316LN本鋼底墊，采用本鋼起弧，采用TiC作為引弧劑。3)、鍛造采用8000噸以上壓力機(jī)對鋼錠進(jìn)行鍛造；4)、粗加工采用臥式車床對鋼錠進(jìn)行外圓加工，深孔鏜床進(jìn)行內(nèi)孔加工；5)、采用冷彎方法鋼錠彎制；6)、固溶熱處理采用燃?xì)獗闋t進(jìn)行固溶熱處理；7)、精加工采用鏜床進(jìn)行內(nèi)孔精加工。本發(fā)明的積極效果在于(1)、本發(fā)明的關(guān)鍵在于工藝步驟的組合，采用本工藝可以生產(chǎn)出成分合格，結(jié)晶組織優(yōu)良，內(nèi)部純凈的鋼錠，為鍛造創(chuàng)造良好的條件。(2)、采用電渣重熔的方法可以減少夾雜、細(xì)化晶粒、獲得趨于軸向的結(jié)晶組織，從而提高材料的鍛造性能。(3)、合理的化學(xué)成分保證材料最終力學(xué)性能和具有良好鍛造性能。在冶煉時，加入少量的鈮和鋯，前者形成的碳化鈮在金屬凝固時起作用，而后者形成的氮化鋯在鍛造時起作用，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。(4)、采用316LN本鋼底墊，采用本鋼起弧，采用TiC作為引弧劑，可以很好的解決鋼錠冶煉時的增碳問題。(5)、采用冷彎方法，可以保證彎曲部位的晶粒度。(6)、所述鏜床通過X、W和B軸聯(lián)動，即X和Z向水平運(yùn)動，鏜削動力頭同時繞聯(lián)接軸旋轉(zhuǎn)。通過三軸聯(lián)動控制鏜削動力頭刀尖切削平面始終沿彎管圓弧的徑向方向，最終實(shí)現(xiàn)既定角度切削。實(shí)現(xiàn)了AP1000核電技術(shù)一回路主管道彎管彎制后的精加工。鏜削動力頭4的動力由液壓馬達(dá)提供，可以實(shí)現(xiàn)低速大扭矩輸出動力，較機(jī)械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，并因此能夠減輕動力系統(tǒng)重量。本設(shè)備可以使用單片機(jī)或PLC進(jìn)行控制，只進(jìn)行簡單平面圓弧插補(bǔ)和鏜削動力頭擺角控制，算法簡單，精度容易滿足。圖l是本發(fā)明的鏜床的整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是顯示本發(fā)明鏜床的鏜削動力頭與直鏜桿之間連接關(guān)系的示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)一步描述本發(fā)明。以主管道熱段為例來說明本發(fā)明的工藝。要成功鍛造出主管道熱段，所需鋼錠約為75噸。工藝步驟如下1)、自耗電極冶煉在采用電弧爐+AOD爐生產(chǎn)自耗電極時，要考慮以下問題(1)、成分設(shè)計合理的化學(xué)成分是保證材料最終力學(xué)性能和具有良好鍛造性能的基礎(chǔ)。在鍛造主管道熱段時，鋼錠的重量將超過70噸，對于大型316LN不銹鋼的鍛造，我國尚缺乏經(jīng)驗(yàn)。對比于普通碳鋼，316LN不銹鋼具有較高的高溫強(qiáng)度，為了提高其鍛造性能，要提高其鍛造加熱溫度，而加熱溫度的增加，在奧氏體晶界易形成S相鐵素體，在達(dá)到一定數(shù)量時，會急劇降低材料的鍛造性能。所以，成分設(shè)計的第一個要求是控制S相形成溫度及數(shù)量。在表l所示的各種合金成分中，C、N兩種元素以間隙固溶方式存在于奧氏體中，可以大幅度提高材料抗拉強(qiáng)度；而Cr、Si、Mn、Mo、Ni元素以置換固溶方式存在于奧氏體中，除Ni降低材料抗拉強(qiáng)度外，其余元素均有利于材料的抗拉強(qiáng)度。從以上兩點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計的主管道成分如表5所示表5主管道化學(xué)成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(2)、微合金化由于最終產(chǎn)品對晶粒度有要求，而對于鑄造不銹鋼來講，其晶粒較為粗大，如果不在冶煉時進(jìn)行晶粒的控制，如要達(dá)到晶粒度的要求，必定增加鍛造的難度和工作量。所以在冶煉時，采用微合金化技術(shù)來細(xì)化晶粒，主要從兩個方面來考慮①金屬凝固時，細(xì)化結(jié)晶組織；②鍛造時，能形成小的二次相析出，阻礙晶粒長大。因此，在冶煉時，加入0.05%0.10%的鈮和0.01%0.03%的鋯，前者形成的碳化鈮在金屬凝固時起作用，而后者形成的氮化鋯在鍛造時起作用。2)、電渣重熔的方法生產(chǎn)鋼錠采用三相電渣爐、75噸結(jié)晶器進(jìn)行電渣錠冶煉；采用316LN本鋼底墊，采用本鋼起弧，采用TiC作為引弧劑。在進(jìn)行電渣重熔時，要考慮鋼錠增碳的問題。由于美國西屋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對于碳的要求非常嚴(yán)格，所以在重熔時要采取特殊的工藝，使重熔時不增碳。常規(guī)的冶煉方法一般是采用石墨電極化渣和采用碳鋼底墊，由于前兩者均會使鋼錠增碳，所以不適用于一回路主管道鋼錠的生產(chǎn)。采用316LN本鋼底墊，采用本鋼起弧，采用TiC作為引弧劑，可以很好的解決鋼錠冶煉時的增碳問題。采用電弧爐+AOD生產(chǎn)的自耗電極化學(xué)成分如表6所示表6自耗電極化學(xué)成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>3)、鍛造采用8000噸以上壓力機(jī)對鋼錠進(jìn)行鍛造；4)、粗加工采用臥式車床對鋼錠進(jìn)行外圓加工，深孔鏜床進(jìn)行內(nèi)孔加工；5)、采用冷彎方法鋼錠彎制；6)、固溶熱處理采用燃?xì)獗闋t進(jìn)行固溶熱處理；7)、精加工采用鏜床進(jìn)行內(nèi)孔精加工。未述及的工藝條件均屬于常規(guī)工藝。參照圖l，本發(fā)明所用鏜床的床身9上安裝有可沿床身9Z向滑動的機(jī)械滑座10，機(jī)械滑座10上安裝有與X軸步進(jìn)電機(jī)8傳動連接并可沿機(jī)械滑座10X向滑動的立柱1。直鏜桿2直接固定在立柱1上，直鏜桿2后端帶有配重塊以平衡長懸臂結(jié)構(gòu)帶來的偏重。機(jī)械滑座10由液壓油缸推動并帶動立柱1、直鏜桿2和鏜削動力頭4產(chǎn)生Z向運(yùn)動，達(dá)到Z軸粗定位的目的?；?0上帶有液壓夾緊機(jī)構(gòu)，切削時可以提高整機(jī)系統(tǒng)剛性。立柱1在滑座10上沿X方向運(yùn)動并由X軸步進(jìn)電機(jī)8實(shí)現(xiàn)精確定位和進(jìn)給。參考圖l、2，鏜削動力頭4通過聯(lián)接機(jī)構(gòu)3和直鏜桿2鉸接，聯(lián)接機(jī)構(gòu)3同時起到角度控制的作用。具體地，直鏜桿2前端安裝有角度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)3-4，互相嚙合的第一直齒輪3-5、第二直齒輪3-6與角度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)3-4傳動連接。其中第一直齒輪3-5與蝸桿3-3傳動連接，與所述的蝸桿3-3配合的蝸輪3-1通過聯(lián)接軸3-2(定義為B軸)與鏜削動力頭4鉸接。角度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)3-4通過互相嚙合的第一直齒輪3-5、第二直齒輪3-6帶動蝸桿3-3進(jìn)而帶動蝸輪3-l轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)鏜削動力頭4的角度精密分度。鏜削動力頭4的動力由液壓馬達(dá)提供，可以實(shí)現(xiàn)低速大扭矩輸出動力，較機(jī)械傳動系統(tǒng)可以簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計，減輕動力系統(tǒng)重量。仍如圖l，本發(fā)明所用鏜床還包括工作臺床身6，在工作臺床身6上可滑動地安裝有工作臺滑座5，工作臺床身6和工作臺滑座5之間通過滾珠絲杠傳動連接，滾珠絲杠與W軸步進(jìn)電機(jī)7傳動連接。工件(彎管)通過專用工裝安裝在工作臺滑座5上，工作臺床身6和滑座5之間通過滾珠絲杠傳動，其動力由W軸步進(jìn)電機(jī)7提供，實(shí)現(xiàn)工件在Z向精密定位和進(jìn)給?；_的進(jìn)給定義為W軸(Z軸的附加軸)。本發(fā)明所用鏜床的工作過程如下將工件安裝在工作臺滑座5上，調(diào)節(jié)工件內(nèi)孔與鏜削動力頭4的刀尖回轉(zhuǎn)軸線同心，立柱1帶動直鏜桿2和鏜削動力頭4實(shí)現(xiàn)Z向粗定位和X向精密定位，工作臺滑座5帶動工件實(shí)現(xiàn)Z向精密定位，鏜削動力頭4到達(dá)指定切削起點(diǎn)位置后，X、W和B軸聯(lián)動，即X和Z向水平運(yùn)動，鏜削動力頭4同時繞聯(lián)接軸3-2旋轉(zhuǎn)。通過控制X、W和B軸實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動，進(jìn)行圓弧插補(bǔ)，控制鏜削動力頭4刀尖切削平面始終沿彎管圓弧徑向方向切削，達(dá)到鏜削既定角度彎管的目的。本發(fā)明所用鏜床主要是依靠鏜削動力頭4實(shí)現(xiàn)對彎管內(nèi)孔的機(jī)加工，鏜削動力頭4上帶有階梯排布可微調(diào)刀臺，能夠?qū)崿F(xiàn)粗精加工或光整加工，鏜削動力頭4通過鉸接方式與直鏜桿2連接，直鏜桿2上安裝有擺角控制機(jī)構(gòu)(B軸)，通過步進(jìn)電機(jī)控制，可以精確控制鏜削動力頭的擺動角度，直鏜桿2安裝在一臺帶有步進(jìn)電機(jī)的十字滑臺上，可以實(shí)現(xiàn)X向定位和進(jìn)給，Z向進(jìn)給由液壓缸控制，并且直鏜桿2上帶有配重機(jī)構(gòu)以平衡由于大懸臂結(jié)構(gòu)造成的"低頭"現(xiàn)象，工件安裝在可前后進(jìn)給的工作臺上，工作臺的進(jìn)給定義為W軸(Z向附加軸)由步進(jìn)電機(jī)控制，可以實(shí)現(xiàn)精確定位和進(jìn)給。本機(jī)可以使用單片機(jī)或PLC進(jìn)行控制，只進(jìn)行簡單平面圓弧插補(bǔ)和鏜削動力頭擺角控制，算法簡單，精度容易滿足。采用以上工藝主管道(熱段)最終的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表8、9所示。表8主管道(熱段)化學(xué)成分<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求一種AP1000核電技術(shù)一回路主管道的制造工藝，其特征在于工藝步驟如下1)、自耗電極冶煉采用電弧爐+AOD爐冶煉自耗電極；冶煉時加入0.05％～0.10％的鈮和0.01％～0.03％的鋯，主管道化學(xué)成分如表5所示表5主管道化學(xué)成分(％)CSiMnPSCrNiMoCuCoN≤0.015≤0.4≤1.25≤0.020≤0.00517.00～18.0012.00～13.002.00～2.50≤0.10≤0.050.10～0.132)、電渣重熔生產(chǎn)鋼錠采用三相電渣爐、75噸結(jié)晶器進(jìn)行電渣錠冶煉；采用316LN本鋼底墊，采用本鋼起弧，采用TiC作為引弧劑；3)、鍛造采用8000噸以上壓力機(jī)對鋼錠進(jìn)行鍛造；4)、粗加工采用臥式車床對鋼錠進(jìn)行外圓加工，深孔鏜床進(jìn)行內(nèi)孔加工；5)、采用冷彎方法鋼錠彎制；6)、固溶熱處理采用燃?xì)獗闋t進(jìn)行固溶熱處理；7)、精加工采用鏜床進(jìn)行內(nèi)孔精加工。2.如權(quán)利要求1所述的AP1000核電技術(shù)一回路主管道的制造工藝，其特征在于第7)步所述的鏜床，包括床身(9)，床身(9)上安裝有可沿床身(9)Z向滑動的機(jī)械滑座(10)，機(jī)械滑座(10)上安裝有與X軸步進(jìn)電機(jī)(8)傳動連接并可沿機(jī)械滑座(IO)X向滑動的立柱(1);立柱(1)上固定安裝有直鏜桿(2);直鏜桿(2)的前端通過聯(lián)接機(jī)構(gòu)(3)鉸接有鏜削動力頭(4);還包括工作臺床身(6)，在工作臺床身(6)上可滑動地安裝有工作臺滑座(5)，工作臺床身(6)和工作臺滑座(5)之間通過滾珠絲杠傳動連接，滾珠絲杠與W軸步進(jìn)電機(jī)(7)傳動連接；所述的直鏜桿(2)前端安裝有角度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)(3-4)，互相嚙合的第一直齒輪(3-5)、第二直齒輪(3-6)與角度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)(3-4)傳動連接；其中第一直齒輪(3-5)與蝸桿(3-3)傳動連接，與所述的蝸桿(3-3)配合的蝸輪(3-1)通過聯(lián)接軸(3-2)與鏜削動力頭(4)鉸接。全文摘要本發(fā)明公開了一種AP1000核電技術(shù)一回路主管道的制造工藝，包含以下步驟1)、采用電弧爐+AOD爐生產(chǎn)自耗電極，2)、電渣重熔的方法生產(chǎn)鋼錠3)、鍛造采用8000噸以上壓力機(jī)對鋼錠進(jìn)行鍛造；4)、粗加工采用臥式車床對鋼錠進(jìn)行外圓加工，深孔鏜床進(jìn)行內(nèi)孔加工；5)、采用冷彎方法鋼錠彎制；6)、固溶熱處理采用燃?xì)獗闋t進(jìn)行固溶熱處理；7)、精加工采用鏜床進(jìn)行內(nèi)孔精加工。采用合理、有效的冶煉方法保證鋼錠鍛造后力學(xué)性能、晶粒度及鍛造時不產(chǎn)生裂紋。采用本工藝可以生產(chǎn)出成分合格，結(jié)晶組織優(yōu)良，內(nèi)部純凈的鋼錠，為鍛造創(chuàng)造良好的條件。采用冷彎方法，可以保證彎曲部位的晶粒度。文檔編號B23B47/04GK101691895SQ20091021044公開日2010年4月7日申請日期2009年11月3日優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日發(fā)明者劉仲禮,張翔申請人:煙臺臺?，斉瑺柡穗娫O(shè)備有限公司