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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 CENTER466

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