超大型核电锻件绿色制造技术与实践_王宝忠,等_9787519811020

为了适应核电装备长寿期、大型化等发展需求，超大型核电锻件应运而生。长期以来，我国重主机而轻配套的发展思路，致使超大型锻件依赖进口供货，国产件能力与质量难以满足要求，已成为重大装备工业发展的瓶颈并受制于人。在第三代核电技术引进中，外方不同意转让大型锻件制造技术，大型锻件制造技术已成为我国发展重大装备工业的瓶颈之一。为了尽快实现超大型核电锻件的自主化并达到国际先进水平，由中国第一重型机械集团公司牵头，联合国内优势企业、高等院校及科研院所，承担了国家“十一五” 科技支撑计划及大型先进压水堆核电重大专项等科研课题，开展了长达十年的超大型核电锻件研究与制造工作。超大型核电锻件的绿色制造具体体现为锻件的胎模锻造、仿形锻造及近净成形锻造。超大型核电锻件的制造已很“难”，一体化超大型核电锻件的制造“更难”，而近净成形锻造的一体化超大型核电锻件绿色制造则是“难以想象”。科研团队秉承着核电锻件超大型化和绿色化的研制理念，不断向“不可能” 发起挑战。在近乎“一穷二白” 的基础上，攻坚克难、“屡败屡战”，经过不懈努力，取得了多项世界之最的优异成绩。目前，全球经济发展进入新常态，导致热加工产能严重过剩，６０ＭＮ及以上液压机开工率平均不足３０％。虽然超大型核电锻件“热火朝天”、供不应求的局面可能“一去不复返”了，但能源装备“清洁、绿色、高效” 的发展趋势，对超大型核电锻件的需求是永恒的。国家核电装备“走出去” 战略的实施，也必将为超大型核电锻件的发展提供更加广阔的空间。因此，我们将十几年来在超大型核电锻件研究与制造方面的经验、体会和教训编撰成册，对如何进行系统性基础研究、如何进行低成本工程化试制，以及怎样实现绿色化、产业化、批量化生产进行了阐述，对未来的发展趋势进行了展望。本书共分８篇３３章。第１篇从超大型核电锻件的重要性、主要特点、创新性研发以及国内外同类制造技术对比等方面进行了综述；第２篇对超大型核电锻件的坯料———超大型钢锭的研制进行了论述；第３７篇分别重点对各种堆型的压力容器、蒸汽发生器、主管道等核电锻件以及常规岛锻件研制及应用实践和经验教训进行了详细阐述；第８篇对核电超大型锻件研制中具有代表性的问题与不足进行了列举，对未来发展进行了展望。本书是工程实践经验的总结与提炼，含有直径?４０００ｍｍ的６００ｔ级超大型钢锭和直径?３０００ｍｍ的汽轮机整锻低压转子锻件解剖等大量珍贵技术资料，希望能成为核电装备的设计、制造、质量管理人员，特别是超大型锻件研究制造工作者的技术工作指南。此外，由于本书涉及的内容已突破了传统论述，亦可供高等院校及研究院所从事热加工理论学习的人员参考。本专著采用大量工程实践的图表展示了超大型核电锻件绿色制造技术的先进性，为了保证试验数据的真实性及完整性，本专著少部分图表及描述采用了机械工业出版社出版的?超大型核电锻件绿色制造技术? 相关内容。本书由王宝忠执笔并统稿，刘颖、聂义宏、金嘉瑜、赵德利参与了部分章节的撰写；刘凯泉、曹志远、高建军曾参与了?超大型核电锻件绿色制造技术? 专著部分章节的撰写。在超大型核电锻件绿色制造技术研发工作中，得到了上海核工程研究设计院、清华大学、燕山大学、重庆大学、东北大学、太原科技大学、中国科学院金属研究所、钢铁研究总院和机械科学研究总院等单位的大力支持，在此一并表示感谢!由于我们的水平有限，书中不妥及疏漏的地方，敬请读者批评指正。著　者二○一七年十一月

序一序二前言第１篇　绪　　论第１章　核电锻件概述５１. １　核电简介５１. ２　发展核电的必要性１０１. ３　核电锻件自主化及核电装备“走出去” １１１. ４　核电锻件的重要性１２第２章　超大型核电锻件特性及绿色制造１８２. １　规格超大　形状复杂１８２. ２　技术要求高２０２. ３　大型化及一体化２０２. ３. １　ＲＰＶ锻件２１２. ３. ２　ＳＧ锻件２１２. ４　绿色制造２２２. ４. １　胎模锻造及仿形锻造２３２. ４. ２　近净成形锻造２５２. ５　锻件制造资质３１２. ５. １　制造资格取证３１２. ５. ２　锻件评定３２２. ５. ３　核安全许可３３２. ６　制造过程控制３３２. ７　产品质量的可追溯性３５２. ７. １　母材见证件３５２. ７. ２　焊接见证件３５第３章　锻件制造设备与工装特点３６３. １　制造设备的超大型化及自动化３６３. １. １　冶炼及铸锭设备３７３. １. ２　锻造设备４１３. １. ３　热处理设备４４３. １. ４　试样制备设备４９３. ２　工装的超大型化及复杂化５２３. ２. １　ＳＧ水室封头管嘴翻边装置５２３. ２. ２　小型堆一体化顶盖模锻工装５３３. ２. ３　转子中心孔超声波探伤装置５３３. ２. ４　钢锭抬梁及吊钳５３３. ２. ５　锻造起重机及翻钢机５６３. ２. ６　坯料翻转机５７３. ２. ７　回转装置５９３. ２. ８　非对称锁紧式半球体夹紧装置６０３. ２. ９　双端不对称变截面筒体同步变形装置６１３. ２. １０　超大直径钢锭火焰切割机６３第４章　核电锻件的评定、解剖检测及验证６４４. １　评定６４４. １. １　一体化顶盖６４４. １. ２　一体化底封头６７４. １. ３　泵壳６８４. １. ４　整锻低压转子７２４. ２　解剖检测７８４. ２. １　ＲＰＶ接管段７８４. ２. ２　ＳＧ管板７９４. ２. ３　ＳＧ水室封头８０４. ３　研制及验证８３４. ３. １　６００ｔ级钢锭的研制８３４. ３. ２　６００ｔ级钢锭的验证８６４. ３. ３　ＲＰＶ接管段法兰全截面测温及性能检测８７第５章　核电锻件制造技术对比９０５. １　冶炼及铸锭９０５. １. １　低硅控铝钢的冶炼９１５. １. ２　超大型钢锭制造９３５. ２　ＲＰＶ一体化锻件９４５. ２. １　顶盖９４５. ２. ２　底封头９７５. ３　ＳＧ锻件胎模锻造９８５. ３. １　管板９８５. ３. ２　水室封头９８５. ４　近净成形锻造１００５. ４. １　接管段１００５. ４. ２　锥形筒体１００５. ４. ３　主管道空心锻造１０１５. ５　整锻低压转子的纯净性与均匀性１０３５. ５. １　纯净性１０３５. ５. ２　均匀性１０４第６章　典型核电锻件成形过程的数值模拟与比例试验１０５６. １　成形工艺研究１０５６_xdbc0_u56752 . １_xdbc0_u56752 . １　自由锻成形工艺１０５６. １. ２　数值模拟１０７６. １. ３　物理模拟１０７６. １. ４　比例试验１０８６. ２　数值模拟软件的选择及边界条件的优化１０８６. ３　物理模拟及比例试验１０９６. ３. １　整体顶盖物理模拟１０９６. ３. ２　水室封头管嘴翻边比例试验１０９６. ３. ３　水室封头近净成形比例试验１１０６. ３. ４　主管道低熔点合金内支撑弯曲比例试验１１１第７章　核电锻件制造的发展前景１１３７. １　产品质量稳定与提高１１３７. ２　标准的自主化１１４７. ３　锻件的绿色制造与极端制造１１５第２篇　超大型钢锭研制及应用第１章　核电用钢化学成分设计与优化１２１１. １　Ｍｎ－Ｍｏ－Ｎｉ钢１２１１. ２　不锈钢１２２１. ３　Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｏ－Ｖ钢１２７１. ３. １　电炉氧化及ＬＦ炉精炼原料成分控制１２７１. ３. ２　超纯转子钢冶炼及铸锭要求１３１第２章　制造方法的创新１３３２. １　低硅控铝钢的冶炼１３３２. １. １　低硅的影响１３４２. １. ２　控制铝含量１３６２. ２　保护浇注１３７２. ３　二次补浇１３８２. ４　空心钢锭１４０２. ４. １　大气浇注１４０２. ４. ２　真空浇注１４３２. ５　直桶型精炼钢包底吹氩新工艺１４６２. ５. １　试验原理及方法１４６２. ５. ２　试验结果分析与讨论１５０２. ５. ３　结论１５６２. ６　ＭＰ工艺研究１５６２. ６. １　研究目标及研究内容１５７２. ６. ２　研究方案及研究过程１５７２. ６. ３　结论１６１第３章　优质耐火材料１６２３. １　水口砖１６３３. １. １　镁碳砖１６３３. １. ２　复合砖１６４３. １. ３　锆质砖１６４３. ２　导流管１６５３. ２. １　分体式１６５３. ２. ２　整体式１６６３. ３　塞棒１６７３. ３. １　分体式１６７３. ３. ２　整体式１６７３. ４　长水口１６９３. ４. １　试验研究１６９３. ４. ２　工程应用１７４第４章　中间包１７８４. １　传统中间包１７９４. １. １　数值模拟１７９４. １. ２　温度场计算结果分析１８１４. ２　新型中间包１８５４. ２. １　包内钢液流动数值模拟研究结果分析１８５４. ２. ２　工程应用１９９第５章　超大型钢锭的解剖２００５. １　解剖方案２００５. ２　纯净性２０１５. ３　致密性２０２５. ４　制造技术对比２０２５. ５　对传统观念的突破２０３第３篇　压力容器锻件研制及应用第１章　压水堆顶盖２１３１. １　分体式２１３１. ２　整体式２１４１. ２. １　产品研制２１４１. ２. ２　产品制造２２５１. ３　一体化２３６１. ３. １　产品研制２３６１. ３. ２　产品制造２４９１. ４　制造方式对比２５０１_xdbc0_u56752 . ５　经验教训及预防措施２５５第２章　压水堆接管段２５９２. １　分体式２６０２. ２　整体式２６９２. ２. １　锻造２６９２. ２. ２　热处理２７２２. ２. ３　解剖检测２７５２. ２. ４　国内外制造方式对比２７９２. ２. ５　经验教训２８０２. ３　半一体化２９０２. ４　一体化２９２第３章　压水堆下封头２９８３. １　分体式２９８３. ２　一体化２９９３. ２. １　产品研制２９９３. ２. ２　产品制造３１１３. ２. ３　国内外制造方式对比３１５第４章　其他锻件３１８４. １　压水堆其他锻件３１８４. １. １　筒体３１８４. １. ２　过渡段３１８４. １. ３　接管３１８４. ２　沸水堆锻件３２３４. ２. １　下封头３２３４. ２. ２　法兰３２３４. ２. ３　筒体３２４４. ３　小型堆一体化顶盖３２５４. ３. １　工艺性分析３２６４. ３. ２　主要研究内容３２６４. ３. ３　满足设计要求及保证质量的分析３２６４. ３. ４　制造工艺３２６４. ４　高温气冷堆锻件３３１第４篇　蒸汽发生器锻件研制及应用第１章　压水堆上封头(椭球封头) ３４１１. １　分体式３４１１. ２　整体式３４３第２章　压水堆锥形筒体与管板３５４２. １　锥形筒体３５４２_xdbc0_u56752 . １_xdbc0_u56752 . １　覆盖式锻造３５４２. １. ２　仿形锻造３５５２. １. ３　近净成形锻造３５６２. ２　管板３６３２. ２. １　锻造３６３２. ２. ２　热处理３６７２. ２. ３　评定与解剖３７０２. ３　国内外制造方式对比３７６２. ３. １　锥形筒体３７６２. ３. ２　管板３７７第３章　压水堆下封头(水室封头) ３７８３. １　分体式３７９３. ２　整体式３８２３. ３　胎模锻造３８３３. ３. １　产品研制３８４３. ３. ２　产品制造３９７３. ３. ３　经验教训４０３３. ４　管嘴翻边４１７３. ４. １　产品研制４１７３. ４. ２　产品制造４１９３. ５　国内外制造方式对比４２２３. ５. １　带非向心管嘴整体水室封头４２２３. ５. ２　带向心管嘴整体水室封头４２３第４章　其他锻件４２４４. １　压水堆其他锻件４２４４. １. １　上部筒体４２４４. １. ２　下部筒体４２６４. ２　高温气冷堆锻件４２８第５篇　其他Ｍｎ－Ｍｏ－Ｎｉ钢锻件研制及应用第１章　稳压器及堆芯补给水箱锻件４３５１. １　稳压器锻件４３５１. １. １　上封头４３５１. １. ２　下封头４３７１. ２　堆芯补给水箱锻件４４９１. ２. １　筒体４４９１. ２. ２　上封头４５１１. ２. ３　下封头４５２第２章　主泵锻件４５４２. １　泵壳４５４２. １. １　自由锻造４５４２. １. ２　仿形锻造４５７２. １. ３　近净成形锻造４６６２. ２　壳法兰锻件４７２２. ２. １　强韧性提升方案４７３２. ２. ２　优化效果４７４第３章　核废料罐锻件４７８３. １　工艺性分析４７８３. ２　满足设计要求和保证质量的分析４７８３. ３　制造工艺４７９３. ４　性能结果４８１第６篇　不锈钢锻件研制及应用第１章　基础研究４８６１. １　主管道用不锈钢材料介绍４８６１. ２　材料特性及成分优化４８６１. ２. １　３２１不锈钢４８６１. ２. ２　３１６ＬＮ不锈钢５０１１. ３　冶炼及铸锭５０５１. ３. １　双真空５０６１. ３. ２　ＥＳＲ５０６１. ４　晶粒度影响因素研究５０６１. ５　晶粒细化及均匀化比例试验５２０１. ６　不锈钢的防污染研究５２６第２章　主管道锻件管坯锻造５３０２. １　实心锻件５３０２. ２　空心锻件５３２２. ３　近净成形锻件５３３２. ４　国内外制造方式对比５４２第３章　主管道弯制、机加工及热处理５４５３. １　弯制方式５４５３. ２　内部支撑５４９３. ３　机械加工５５２３. ４　固溶热处理５５３第４章　其他不锈钢锻件５６０４. １　ＣＥＮＴＥＲ５６０４. １. １　超大型不锈钢锻件的研究内容５６１４. １. ２　结论５７０４. ２　堆内构件５７１４. ２. １　堆芯支撑板５７１４. ２. ２　压紧弹簧５７５４. ３　快堆支撑环５７７４. ３. １　冶炼及铸锭５７８４. ３. ２　锻造５７８４. ３. ３　热处理５７８第７篇　常规岛锻件研制及应用第１章　常规岛转子简介５８３１. １　常规岛汽轮发电机组５８３１. ２　核电转子的发展历程５８３１. ３　核电转子工况及要求５８５１. ３. １　转子工况５８５１. ３. ２　核电转子材料５８５１. ３. ３　核电转子要求５８５第２章　核电转子制造技术及装备研究５８６２. １　核电转子国外研究进展５８６２. ２　锻造技术研究５８７２. ２. １　镦粗研究５８８２. ２. ２　拔长方法选择５９２２. ２. ３　ＦＭ法的优化研究５９６２. ２. ４　ＦＭ法对水压机振动的影响研究６１３２. ２. ５　ＪＴＳ锻造方法研究６１５２. ２. ６　材料热锻性能及晶粒演化研究６１６２. ３　热处理技术研究６２０２. ３. １　锻后热处理工艺研究６２１２. ３. ２　性能热处理工艺研究６２４２. ４　大型开合式热处理装备研制６２９２. ４. １　加热和淬火设备形式研究６２９２. ４. ２　开合式热处理炉研制６２９２. ４. ３　开合式淬火设备研制６３０２. ４. ４　大型开合式热处理装备研制效果６３２第３章　核电转子试制与评定６３３３. １　整锻低压转子试制６３３３. １. １　冶炼及铸锭６３３３. １. ２　锻造６３４３. １. ３　热处理６３６３. ２　试制转子的性能检测６３８３. ２. １　化学成分分析６３９３. ２. ２　力学性能分析６４０３. ２. ３　组织、晶粒度、夹杂物分析６４１３. ２. ４　长心棒拉伸试验６４２３. ２. ５　无损检测６４３３. ３　试制转子解剖６４３３. ３. １　解剖方案６４３３. ３. ２　解剖６４４３. ３. ３　各种解剖数据分析６４７３. ３. ４　解剖分析结论６５１第４章　产品制造６５２４. １　汽轮机整锻低压转子６５２４. １. １　冶炼及铸锭６５３４. １. ２　锻造６５５４. １. ３　热处理６６３４. ２　汽轮机焊接转子６６５４. ２. １　轮盘６６５４. ２. ２　轴头６６７４. ３　汽轮机低压转子整锻与分锻的对比６７０４. ４　发电机转子６７２４. ４. １　冶炼及铸锭６７２４. ４. ２　锻造６７２４. ４. ３　热处理６７３４. ４. ４　产品主要技术指标６７４第８篇　存在的问题与未来发展设想第１章　问题与不足６８５１. １　锻件质量不稳定６８５１. ２　现有标准的不适应性６８５１. ２. １　Ｍ３１０ＳＧ水室封头６８５１. ２. ２　Ｍ３１０ＳＧ管板６８５１. ３　热处理余量的不合理性６８８１. ４　特殊性能试验的不完整性６９０１. ４. １　辐照环境下性能试验６９０１. ４. ２　冷却剂环境下性能试验６９０１. ５　材料的潜力有待挖掘６９０１. ６　模拟软件边界条件需要不断优化６９２１. ６. １　超大型钢锭的凝固模拟６９２１. ６. ２　锻件成形模拟中成形力偏差６９２１. ７　取样位置的代表性有待探讨６９３１. ７. １　ＲＰＶ封头６９４１. ７. ２　ＳＧ管板６９５第２章　设想与展望６９８２. １　材料的挖潜与研发６９８２. １. １　原有材料的挖潜６９８２. １. ２　新材料的研发６９８２. ２　制造工艺的创新６９９２. ２. １　钢锭/制坯６９９２. ２. ２　成形７０１２. ２. ３　晶粒与应力７０３２. ３　设备与工装能力进一步加大７０５２. ３. １　２００１０００ＭＮ液压机７０５２. ３. ２　１２００ＭＮ锻挤压机７０６２. ３. ３　超大直径锻件测量装置７０８２. ４　团队建设７０８２. ４. １　学习型团队７０８２. ４. ２　综合型人才７０９参考文献７１０索引７１５

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