核电水盒盖锻造工艺攻关

摘要：对以往60万kW机组使用的水盒盖锻件进行原材料、锻造工艺分析和改进，介绍了我公司在生产百万千瓦核电机组水盒盖锻件过程中，通过对产品技术要求的理解、原材料和生产工艺、设备的分析，改进生产工艺，成功获得合格核电水盒盖锻件产品，成功完成了国产化任务。

关键词：核电；水盒盖；铜锻件；锻造工艺

百万千瓦核电项目是我公司重点项目，纯铜水盒盖锻件（见图1）是整个电机绕阻水冷系统的核心部件。以前，核电机组整个水冷系统为整套引进，我公司田湾3#机组确定为首台国产化机组。

一、技术要求

锻件化学成分应符合表1规定。锻件力学性能应符合表2规定。锻件导电率≥100%。

锻件应粗加工状态交货，加工表面应满足超声波检测要求。锻件表面不得有冷隔、裂纹、折叠、表面麻坑等缺陷。锻件不得有内裂、过烧、偏析、晶粒粗大、夹杂等缺陷。锻件不得有因切边产生切边撕裂、外表刮伤和压痕。

水盒盖锻件做UT检测，应符合公司水盒盖超声波检测的规定。

二、工艺难点

此产品对于锻件而言，属于形状简单件，但技术要求高。锻件加工后与不锈钢水嘴、纯铜水盒焊接在一起，内部通循环冷却水。产品的内部组织致密度、气密性、导电率等方面要求较高。

百万千瓦核电采用日本（三菱）技术规范生产，水盒盖UT检测dB（增幅当量）要求≤6，而我公司目前生产的60万kW机组水盒盖锻件UT检测dB值在12左右，与核电技术规范要求有一定差距，与相关配件组焊后，达不到检测标准要求。

为此，必须找到控制水盒盖锻件UT检测dB值的方法，这也是生产出合格水盒盖锻件的关键因素。

图1 水盒盖

表1 化学成分（质量分数） （%）

牌号Cu+Ag P Bi Sb As Fe Ni Pb Sn S Zn O TU2≥99.95≤0.002≤0.001≤0.002≤0.002≤0.004≤0.002≤0.004≤0.002≤0.004≤0.003≤0.003

三、技术措施及攻关

1. 技术措施

我们首先对前期60万kW机组用水盒盖生产过程进行全面的梳理，找出存在的问题。确定从原材料、锻造工艺两个方面着手解决水盒盖锻件质量问题。原材料质量是产品的“先天因素”，锻造工艺就是产品的“后天改造”。

（1）原材料 水盒盖锻件材质为TU2铜棒，我们现进口欧标材质为CuO FE、日标材质为C1020铜棒作为锻造材料，验收标准为JIS H3250，材料纯度为99.97%，化学成分见表3。

原水盒盖锻件原材料采购无检测要求，我国无相应采购规范。我们决定对进口两种材质铜棒逐根编号，并进行UT检测，并对分贝差（dB）进行采集记录，为最终制订原材料采购规范，积累数据。

（2）工艺分析 原通用纯铜件锻制始锻温度950℃，终锻温度650℃，前期60万kW机组用水盒盖进行的高温下晶粒度试验证明，800℃以下时，晶粒成几倍增长，800℃以上时晶粒成几十倍增长。另外，纯铜件锻制600～650℃为脆性区。

2. 攻关过程

（1）工艺改进 根据水盒盖锻件的结构特点，外形相对简单，我们进一步压缩锻造温度区间，确定水盒盖锻件始锻温度800℃，终锻温度700℃，原料加热升温速度每50℃大于10min。

加热过程按图2加热曲线进行。

（2）锻造设备 首先对锻造设备进行全面检查，确保锻造设备满足水盒盖锻件的生产条件，锻锤选用1t空气锻锤，加热炉采用65kW箱式电加热炉。

（3）试锻过程控制 试锻前对操作工人进行了工艺交底，要求锻造时，坯料必须放在砧子中心，首先进行镦粗，镦粗后高度为原高度的2/5～1/2，每次翻转90°，锻造过程采取快的原则，快速翻转以使坯料变形量均匀，锻制应采用六面锻，总锻造比≥2，锻后采用空冷。

试锻过程进行工艺跟踪，各工序进行记录，每件进行编号，对应填写制造过程控制PC-Form卡。

（4）试锻用料选择 据进口两种材质铜棒UT检测数据显示，欧标CuO FE共27根，日标C1020共29根，分贝差（dB）差别不大。我们选用欧标CuO FE铜棒，作为田湾3#机组用水盒盖锻件用料。

四、攻关结果

1. 加工后检测检查

高银试验前进行了水盒盖UT无损检测，69件中，其中55件母材不超过6个dB，12件超过6个dB（加工原因），2件超过6个dB（母材原因），合格率达97%。

2. 焊接试验

锻件加工后与不锈钢水嘴的高银焊接试验，以及与水盒组焊试验，均获得了成功。水冷系统国产化取得阶段性成果。

图2

表2 力学性能

牌号状态Rm/MPa A（%）TU2锻造≥195≥25

表3 日本C1020化学成分（质量分数） （%）

Cu+Ag Sn Zn Pb P Ni Fe Sb S As Bi O杂质≥99.97 0.002 0.003 0.003 0.002 0.002 0.004 0.002 0.004 0.002 0.001 0.002≤0.03

五、结语

（1）通过原材料和水盒盖锻造工艺过程控制，是能够保证水盒盖母材（精加工后）UT检测达到核电机组进口水盒盖UT检测（dB）要求的。

（2）原材料的检验方法，水盒盖锻造工艺可以固化。

（3）制订了相应核电水盒盖锻件原材料采购规范、生产工艺、检验规范，为核电国产化打下了坚实的基础。

20170413

作者简介：张鑫、王清宇，哈尔滨电机厂有限责任公司热加工事业部。