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壓水堆核電站回路主管道用大口徑不銹鋼管的制造工藝方法
目前世界上廣泛應用的核動力反應堆類型,主要是輕水堆。根據水在反應堆內的工作條件,分為兩種:一種叫壓水堆,不允許載熱劑水在堆內氣化,整個系統保持在高壓狀態下工作。另一種稱沸水堆,允許水在堆內沸騰。大功率壓水堆核電站一回路系統,一般有2~4條對稱連接在反應堆壓力容器上的密閉環路,圖1為回環路壓水堆器示意圖。可見一回路管道部件(不銹鋼管、不同彎曲半徑彎頭、三通等)與核反應堆壓力容器一樣,同屬于核電站最要害的核心系統。它在高溫(設計溫度350℃)、高壓(設計壓力17MPa),水腐蝕條件下工作。如果一回路管道發生破壞事故,造成的危害將是不堪設想的。因此,確保其安全性,是核電站設計、制造、運行中,必預予以特別重視的問題,原子能規范也相應規定了嚴格的要求。本文簡略介紹一回路主管道不銹鋼管制造工藝方法。
用于制造輕水堆一回路管道的材料,應當有足夠的強度和高的塑性、韌性,能耐高溫、高壓水腐蝕,有良好的材料加工性及焊接性。
早期國外輕水堆主管道大多采用18-8型( ASME 304)奧氏體不銹鋼,其相應的鑄鋼為CF 8。后來,為了提高304不銹鋼抗高溫水晶間應力腐蝕性能,逐漸改用含23%鋁的ASME 316型不銹鋼及相應的鑄鋼CF 8 M,同時也有采用與核容器相同的低合金鋼鋼管內壁堆焊超低碳不銹鋼管(308L)襯里做主管道的。
現代大功率輕水堆一回路主管道尺寸規格均比較大,一般內徑在550~760 mm ,壁厚為40~90mm,
國外輕水堆一回路系統大口徑不銹鋼管,各個國家根據其鋼管生產技術設備條件,采用不同的方法制造。前期建造的輕水堆主管道大多采用鑄造的大口徑不銹鋼管和彎頭、三通部件。同時也有采用無縫鋼管或直焊縫管的(如美國磨石1號、西德比布利斯、法國舒茲等)。近來采用鍛造管道部件的越來越多。其制造工藝簡略介紹如下:
1、擠壓法和頂管法制造大口徑不銹鋼管
大口徑不銹鋼管一般用擠壓法或頂管法代替軋制法進行生產。擠壓法是:將經過機械加工或立式擠壓機壓擴加工成中空的鋼坯,加熱到規定的溫度以后,裝入臥式擠壓機的擠壓筒內,通過由擠壓模和芯棒之間形成環狀空隙向前擠壓成鋼管。用此法能生產出用軋制法難于生產的大口徑不銹鋼管,只要更換擠壓模和芯棒等工具.就能改變大口徑鋼管的尺寸。因此,和軋制法相比,進行小批量的生產是比較經濟的,但缺點是生產率較低。頂管法是:將鋼錠加熱,用立式擠壓機穿孔成有底的杯形毛管,在孔中插入芯棒,于臥式擠壓機中擠壓成規定尺寸的外徑和壁厚的鋼管。此法可以生產外徑達1m左右的厚壁管,但其生產效串低,壁厚不均勻較嚴重,對加工長度也有限制。
2。鑄造管部件
采用鑄造法生產的輕水堆不銹鋼大口徑不銹鋼管,一般用離心鑄造法。離心鑄管是:將鋼液澆注到一個以一定轉速旋轉的型筒中,使鋼液隨同型簡旋轉。由高速旋轉產生的離心力,排除鋼液中氣體和夾雜,并能克服枝晶間的阻力使鑄件凝固層致密。另外,由于在離心鑄型中結晶前緣與液體存在著相對運動,致使初生奧氏體樹枝晶破碎而細化。離心鑄管外來夾雜少,組織結構致密,機械性能較高。離心鑄管的壁厚是由注入的鋼水量來決定的,鑄管長度可達12~15m
離心鑄管主要工序是:型筒準備→離心鑄造→脫模→內、外表面加工→無損探傷檢查→固溶處理→耐壓試驗→請理、包裝、出廠。
對于一回路系統用的彎頭、三通等大口徑部件,則一般采用普通鑄造的工藝生產。國外也有采用電渣抽制彎頭的報道。
文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管-浙江至德鋼業有限公司
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