CN103627873A - Cap1400蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法，用于对外径尺寸不小于Ф6000mm的椭圆形封头锻件进行热处理，包括以下步骤：第一步，采用环形淬火托盘托住锻件，使锻件的碗口朝上，将锻件入炉加热保温；第二步，将锻件移入水槽；第三步，对锻件的外壁和内壁进行淬火冷却。本发明能够提高CAP1400核电蒸发器椭圆封头锻件性能热处理淬火时的冷速，从而提升锻件性能，以满足CAP1400核电椭圆封头锻件的力学性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种核电设备锻件的热处理方法，具体涉及一种CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法。
背景技术
CAP1400核电系统是在AP1000核电系统的基础上自主开发的第三代核电系统，它具有技术先进、效率高、安全性能好等特点，将是未来几十年发展的主要堆型。与AP1000相比，CAP1400更趋向于大型化和一体化，但是制造难度也更大。
CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件如图1所示，采用SA508Gr3材料制造，与AP1000核电相当锻件相比，为椭圆封头盖和椭圆封头环一体化成型，其交货外径尺寸达到Ф6398mm，属于典型的超大型异型封头锻件。
目前，大型核电封头锻件一般采用碗口向下的淬火方式，淬火时直接用常规工装如两点吊或三点吊起吊，这种方式便于生产实施。采用碗口向下的淬火方式，淬火时因为水槽内循环系统的结构特点，只有周向和垂直方向的水流，封头的碗形结构特点不但会阻碍内壁的垂直水流运动，使内表面附近水流速度垂直分量为零，而外表面附近水流较快，易形成内表面淬火冷却盲区和内、外表面冷速差；而且会在封头局部表面积聚高温蒸汽形成蒸汽膜，从而显著降低热交换系数，导致冷速减慢。
也有少数锻件采用碗口向上的淬火方式，这种方式可保证蒸汽的充分上浮，避免形成蒸汽膜，但封头壁将内腔的水与水槽内循环系统隔绝，从而导致封头内腔的水温迅速上升，从而恶化封头内壁的冷却条件。
通过对SA508Gr3材料的研究，冷速与锻件最终的性能有紧密的联系，即冷速越快，性能越好，所以获得尽可能快的冷速是提高锻件性能的可行途径。但对此类超大型异型封头大锻件，由于尺寸、重量超大，形状较特别，想实现较快冷速是一个技术难题。
CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头尺寸显著大于二代改进型、三代AP1000核电，技术指标也有一定程度的提升，采用现有的热处理方法很难获得合格的CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法，它可以解决椭圆封头热处理冷却效果不佳、锻件实际冷速较慢的问题。
为解决上述技术问题，本发明CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法的技术解决方案为：
用于对外径尺寸不小于Ф6000mm的椭圆形封头锻件进行热处理，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，采用环形淬火托盘托住锻件，使锻件的碗口朝上，将锻件入炉加热保温；
将锻件入炉加热至880～930℃，然后进行保温；保温时间为每100毫米锻件壁厚保温1～2小时。
所述环形淬火托盘包括环形托盘，环形托盘的内圈设置有多个用于放置锻件的支座；各支座向环形托盘的中心延伸，形成小于环形托盘内径的支撑面。所述支座与锻件表面的接触面为与锻件几何形状相同的曲面。
所述环形淬火托盘的外径不小于7m，厚度不小于500mm。
第二步，将锻件移入水槽；
保温结束后，通过吊具吊起托有锻件的环形淬火托盘，将环形淬火托盘和锻件一同放进水槽中；
第三步，对锻件的外壁和内壁进行淬火冷却；
将水槽的循环系统打开，驱动水流对锻件的外壁进行冲刷；利用悬臂吊将排水泵在两分钟内转移至锻件的内腔，通过排水泵将锻件内腔的水排至水槽外；此时锻件四周的冷水由于压力差自动涌入锻件的内腔形成快速水流；当锻件的温度降低至≤80℃时，将锻件从水中移出，淬火结束。
所述悬臂吊设置于水槽的一侧，悬臂吊的自由端能够从水槽的外侧旋转至水槽内；悬臂吊的自由端设置所述排水泵。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明采用组合式淬火热处理方法，达到提升锻件冷速的目的，以保证封头锻件内外壁均能受到快速水流的冲刷作用，从而获得足够快的冷却速度，避免出现冷却盲区和恶化冷却效果的蒸汽膜，显著改善椭圆封头锻件的冷却效果，提高淬透性，从而提高锻件一次热处理性合格率和封头整体性能的均匀性。
本发明实施封头向上淬火，通过提高水流动速度，显著提高水的换热系数，从而改善锻件冷却效果。
本发明能够提高CAP1400核电蒸发器椭圆封头锻件性能热处理淬火时的冷速，从而提升锻件性能，以满足CAP1400核电椭圆封头锻件的力学性能要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的结构示意图；
图2a是本发明的环形淬火托盘的剖视图；
图2b是图2a的右视图；
图3是本发明通过吊具将托有锻件的环形淬火托盘起吊的示意图；
图4是本发明通过排水泵对锻件内腔抽水的示意图。
图中附图标记说明：
1为环形淬火托盘， 2为吊具，
3为水槽， 4为排水泵，
5为悬臂吊， 11为环形托盘，
12为支座， 10为锻件。
具体实施方式
本发明CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法，用于对外径尺寸不小于Ф6000mm的椭圆形封头锻件进行热处理，包括以下步骤：
第一步，采用环形淬火托盘1托住锻件10，使锻件10的碗口朝上，将锻件10入炉加热保温；
先将环形淬火托盘1摆放在垫铁上，调整其水平度使其保持水平；再将锻件10碗口朝上摆放到环形淬火托盘1上，调整锻件10的水平度使其保持水平；然后将环形淬火托盘1和锻件10一同入炉加热至880～930℃，然后进行保温；保温时间由锻件10的壁厚决定，每100毫米壁厚保温1～2小时；
如图2a、图2b所示，环形淬火托盘10包括环形托盘11，环形托盘11的内圈设置有12个用于放置锻件的支座12，支座12与锻件10表面的接触面为与锻件几何形状相同的曲面；各支座12向环形托盘11的中心延伸，形成小于环形托盘11内径的支撑面；
使用时，锻件10直接与支座12接触，而与环形托盘11之间有足够大的间隙，能够使水槽内垂直方向的循环水流顺利通过，保证锻件10外壁能够受到较快水流的冲刷，避免环形淬火托盘10的存在影响锻件外壁的水流；
环形淬火托盘10为整体铸造结构，材料为低碳钢，外径不小于7m，厚度不小于500mm；
环形淬火托盘10具备足够的高温强度，能够保证在不高于980℃条件下具备不低于150吨的承重能力；
第二步，将锻件10移入水槽3；
保温结束后，打开炉盖，采用两点吊吊具2吊起托有锻件10的环形淬火托盘1，如图3所示；然后将环形淬火托盘1和锻件10一同放进水槽3中；
第三步，对锻件10的外壁和内壁进行淬火冷却；
将水槽3的循环系统打开，驱动水流对锻件10的外壁进行强有力的冲刷；此时由于锻件10内腔的水与循环系统隔绝，锻件10内腔的水被锻件10加热而迅速升温；
利用悬臂吊5将排水泵4在两分钟内转移至锻件10的内腔，通过排水泵4将被锻件10加热的水排至水槽3外；此时锻件10四周的冷水由于压力差自动涌入锻件10的内腔形成快速水流，一方面降低锻件10内腔的水温，另一方面形成水流冲刷锻件10的内壁，从而加快锻件10内壁的冷却，如图4所示；当锻件10的温度降低至≤80℃时，将锻件10从水中移出，淬火结束。
悬臂吊5设置于水槽3的一侧，悬臂吊5的自由端能够从水槽3的外侧旋转至水槽3内；悬臂吊5的自由端设置有排水泵4；
本发明将悬臂吊5设置于水槽3的一侧，平时可旋转至水槽3的外侧，避免干扰水槽3的常规淬火操作；使用时，将悬臂吊5旋转至水槽3的上方，以保证两分钟之内将排水泵4从水槽3附近吊至水槽3的中央指定位置。
排水泵4的参数为：
最大工作温度：80C；
最大流量：约1000吨/小时，能够短时间内将热水从封头内腔排出，以防止封头内腔水温超过50℃；
悬臂吊5的参数为：
最大承载能力：5吨；
悬臂长：6m。
Claims (7)
1.一种CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法，用于对外径尺寸不小于Ф6000mm的椭圆形封头锻件进行热处理，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，采用环形淬火托盘托住锻件，使锻件的碗口朝上，将锻件入炉加热保温；
第二步，将锻件移入水槽；
保温结束后，通过吊具吊起托有锻件的环形淬火托盘，将环形淬火托盘和锻件一同放进水槽中；
第三步，对锻件的外壁和内壁进行淬火冷却；
将水槽的循环系统打开，驱动水流对锻件的外壁进行冲刷；利用悬臂吊将排水泵在两分钟内转移至锻件的内腔，通过排水泵将锻件内腔的水排至水槽外；此时锻件四周的冷水由于压力差自动涌入锻件的内腔形成快速水流；当锻件的温度降低至≤80℃时，将锻件从水中移出，淬火结束。
2.根据权利要求1所述的CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法，其特征在于，所述第一步将锻件入炉加热至880～930℃，然后进行保温。
3.根据权利要求2所述的CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法，其特征在于，所述保温时间为每100毫米锻件壁厚保温1～2小时。
4.根据权利要求1所述的CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法，其特征在于，所述环形淬火托盘包括环形托盘，环形托盘的内圈设置有多个用于放置锻件的支座；各支座向环形托盘的中心延伸，形成小于环形托盘内径的支撑面。
5.根据权利要求4所述的CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法，其特征在于，所述支座与锻件表面的接触面为与锻件几何形状相同的曲面。
6.根据权利要求1所述的CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法，其特征在于，所述环形淬火托盘的外径不小于7m，厚度不小于500mm。
7.根据权利要求1所述的CAP1400核电蒸汽发生器用椭圆封头锻件的热处理方法，其特征在于，所述悬臂吊设置于水槽的一侧，悬臂吊的自由端能够从水槽的外侧旋转至水槽内；悬臂吊的自由端设置所述排水泵。
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