CN104101511B - 一种反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件检验的取样方法 - Google Patents
一种反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件检验的取样方法 Download PDFInfo
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Abstract
<b>本发明涉及一种反应堆蒸汽发生器水室封头锻件质量检验的取样方法，对所述水室封头锻件进行化学成分分析、硬度检查以及对取得的试样进行力学性能测试和金相组织检查，能够全面检验出反应堆蒸汽发生器水室封头锻件的整体质量，可以对所述水室封头锻件的制造工艺进行完整评定，符合核电规范</b><b>RCC-M</b><b>的工艺评定要求，而且不需要对所述水室封头锻件进行完全破坏，取样后依然可以作为产品继续使用，从而最大程度地降低了取样的成本。</b>
Description
技术领域
本发明涉及一种反应堆蒸汽发生器的水室封头质量检验的取样方法。
背景技术
当前国际上又进入了新一轮的核电发展时期，许多国家都在积极准备建设新的核电机组，然而全世界的核岛大型铸锻件的生产能力却十分有限，制造技术主要控制在少数几个制造厂中，这已经不能满足全世界核电发展的需要。结合我们国家发展核电和核电设备国产化的政策，实现我国核电发展规划目标，必须实现反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件国产化。要真正实现水室封头的国产化，在保证质量的条件下实现批量化生产，不仅需要制造厂在制造技术上进行创新，还需要成功完成技术评定，当然也必须进行反应堆蒸汽发生器的水室封头工艺评定工作。
评定本身是一项综合性的多学科核电通用技术，也是核电自主化的核心技术之一。它涉及到制造工艺技术、金属材料、理化检验、无损检验、设计分析、断裂力学、寿命管理，以及工程管理等很多学科,通过设备制造工艺评定，以验证制造商的制造能力和管理能力，以及制造商所制造的这些部件或制品的整体和内在质量满足设计和核安全的要求，保证制造质量的可重复性，有效地减少检验项目，降低制造成本和缩短制造周期，从而为制造商批量制造核岛重要部件提供有力条件。
反应堆蒸汽发生器(SG，Steamgenerator)是蒸汽发生器，是压水堆核电站的核岛主设备，位于一回路和二回路的交界处，它将反应堆堆芯产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧给水，产生蒸汽，推动汽轮机做功。作为连接一回路与二回路的设备，蒸汽发生器在一、二回路之间构成防止放射性外泄的第二道防护屏障，对压水堆核电站的安全运行十分重要，是一回路的主要设备之一，必须保证其在其使用期内绝对安全可靠。反应堆蒸汽发生器规范等级I级，安全等级I级，质量等级I级，抗震类别I级，清洁类别A类。
SG水室封头也称下封头，本文中均称为水室封头，其安全级别为一级部件，质量等级为Q1级，因此，反应堆蒸汽发生器部件具有制造技术标准高、难度大和周期长等特点。
如附图1所示，为现有技术反应堆蒸汽发生器的水室封头质量检验的取样方法的示意图。根据核电规范RCC-M中锻件性能试验的试样的取样要求的规定，成品的化学成份分析取自钢锭水、冒口的锻件两端取样，具体位置没有规定，并且性能试验规定，在试料取自所述试样环上沿直径方向相对的两个部位，且试料需在水室封头性能热处理后截取，具有足够的尺寸，以便能够截取全部试验和复验所需用的试料。试样的中心线位于距冲制封头内壁1/4壁厚处。试料内壁1/4壁厚处进行调质状态下的一个周向室温拉伸、一个周向350℃高温拉抻；一个成品分析；并分别在周向和径向做20℃、0℃、-20℃的三组冲击(每组冲击三个试样)；同时在调质状态+模拟消应力状态下进行一个周向室温拉伸、一个周向350℃高温拉抻；一个金相检验；周向进行落锤试验进行RTNDT的检测；并分别在周向和径向做0℃的一组冲击，每组冲击三个试样。具体取样位置及试验项目如图2所示。另一试料内壁1/4壁厚处进行调质状态下的一个周向室温拉伸、一个周向350°高温拉抻；一个成品分析；在周向做20°、0°、-20°的三组冲击，每组冲击三个试样；另一试料同时在调质状态+模拟消应力状态下进行一个金相检验；周向进行落锤试验进行RTNDT的检测；具体取样位置及试验项目如图3所示。锻件除了机械性能及理化检测外还要进行尺寸和目视检查，以及磁粉检测、液体渗透检测、超声波检测等无损检测。
对封头类锻件的主要工艺参数的控制及内在质量的要求和检验都非常严格，除了化学成分、机械性能、金相组织、晶粒度、夹杂物等检验外，还要按采购规范的要求进行超声波探伤等无损检验，同时，由于一般都需要在内壁堆焊不锈钢或镍基合金，因此内表面的质量要求比较高。
由于封头类锻件制造过程复杂，且很多部位不易检验，因此通过对锻件进行工艺评定，以有限的检验部位和检验手段来验证内部质量的均匀性以及验收试验的代表性，从而固化制造工艺，保证制造厂长期稳定的提供合格产品就显得尤其重要。
而反应堆蒸汽发生器的水室封头是组成反应堆蒸汽发生器的关键锻件，因其尺寸巨大，一般采用200吨以上的钢锭锻造，钢锭的冶炼难度非常大，锻件的封头底部还有支撑和接管孔，锻造过程中易生产拉应力。热处理参数不易选择，生产周期长。具体的制造工艺难点如下制造工艺过程繁杂，制造难点外有：
采用电弧炉粗炼+钢包精炼钢水，钢锭要最大程度地减小偏析，细化晶粒，减少夹杂物是一项非常复杂的技术问题；
封头板坯锻造过程中，在镦粗工序，存在上下两个难变形区，这两个难变形区互相挤压，易产生夹杂性裂纹。当夹杂性裂纹汇集在一起，往往在超声波检测时会呈现出超标缺陷。
冲型过程的模具设计要考虑工件的回弹量，还要考虑冲型温度及时间对机械性能影响。
封头类锻件由于淬火过程中在球顶部分水蒸汽无法排出，影响热量交换，进而影响机械性能
成形过程复杂，除了要进行球面成形外，还要考虑留有四个支撑，按RCC-MM2143要求，接管孔也要冲出(类似翻边工艺)。执行经过板坯锻造，冷却后机加，然后冲型，冷却后机加，最后是两个接管翻边。锻造、冲形和翻边三次均要加热，中间还有两次需要冷却到常温后机加，因此锻件的内部质量不易保证；
热处理过程易产生变形，锻件厚度大，不易淬透；
锻件整体质量不易检查，非规范取样部位取样困难；
属于异形件，机械加工和无损检测执行起来较为困难。
由于反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件存在上述制造难点，锻件各部位的性能很难保证一致，且局部位置容易产生损伤，如何对所述水室封头锻件进行取样来检验锻件整体质量也将十分重要。由于水室封头的制造成本非常高，正常生产过程中，不可能对每一件水室封头进行彻底地检验，必须在工艺评定过程中充分考虑各种制造因素和使用条件，设计出既能完全检验出锻件整体质量又能最大程度地降低检验成本的取样方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能完全检验出锻件整体质量又能最大程度地降低检验成本的取样方法。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：
一种反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件质量检验的取样方法，所述的水室封头包括:封头本体、水口端、斜管嘴，所述水口端具有第一试样环，在斜管嘴上具有第二试样环；包含以下步骤：
(1)在所述水室封头的性能热处理后，在水口端分散地取至少4处做硬度纪录、在封头本体分散地取至少2处做硬度纪录；
(2)在水口端截取第一试样环，将第一试样环轴向分割取试样A、B、C1、C2、C3,在斜嘴管处截取第二试样环，将第二试样环轴向分割取试样X、Y；
试样A沿周向取至少两层试样，每层试样分为多个试样块，每层均有至少一个试样块进行周向室温拉伸、至少一个试样块进行周向350℃高温拉伸、至少一个试样块化学成分分析、至少一个试样块金相检验；并且每层均另有试样块分别在周向和径向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块；
试样B沿周向取至少两层试样，每层试样分为多个试样块，每层均有至少一个试样块进行周向室温拉伸、至少一个试样块进行周向350℃高温拉伸、至少一个试样块化学成分分析、至少一个试样块金相检验；并且每层均另有试样块分别在周向和径向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块，在每层试样的周向取至少5组，每组三个冲击试样块，进行KV-T曲线分析；
试样C1、C2、C3沿周向分别取至少两层试样，每层试样分为多个试样块，每层均至少有一个试样块进行周向室温拉伸，并且每层均有试样分别在周向和轴向做0℃的多组冲击，每组冲击三个试样块，在每层试样的周向取冲击试样及落锤试样进行RTNDT的检测；
在试样X上取多个试样块，至少一个试样块进行轴向室温拉伸、有至少一个试样块进行径向室温拉伸、有至少一个试样块进行一个径向350℃高温拉伸、有至少一个试样块进行化学成分分析、有至少一个试样块进行金相检验；并且另有试样块分别在径向和轴向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块；
在试样Y上取多个试样块，其中有至少一个试样块进行轴向室温拉伸、有至少一个试样块进行径向室温拉伸、有至少一个试样块进行一个径向350℃高温拉伸、有至少一个试样块进行化学成分分析、有至少一个试样块进行金相检验；并且另有试样块分别在径向和轴向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块。
进一步地，所述的水室封头为下封头。
进一步地，通过机械加工的方式截取第一试样环和第二试样环。
进一步地，在试样C1、C2、C3中所述的冲击试样为12个，落锤试样为8个。
进一步地，所述的试样块的取样状态均为调质状态。
进一步地，所述水室封头水口端的外径D1为3500～4000mm、内径D2为3000～3100mm，斜管嘴的外径D3为1000～1100mm、内径D4为650～750mm，所述水口端的试样环的厚度为T1；所述斜管嘴的厚度为T2。
进一步地，在对试样A、B、C沿周向分别取三层试样时，取样的位置分别距内表面T/4、外表面T/4和T/2处。
进一步地，在对试样X、Y上距热处理表面20mm的范围内取试样。
本发明所述的KV-T曲线为：冲击吸收能量与温度曲线；RTNDT检验为：无延性塑性转变温度检测。
本发明所述的水口端的圆周方向和斜管嘴的圆周方向为周向，所述的水口端的直径方向和斜管嘴的直径方向为径向，垂直所述的水口端面向和斜管嘴端面的方向为轴向。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
通过采用本发明提供的一种反应堆蒸汽发生器水室封头锻件质量检验的取样方法，对所述水室封头锻件进行化学成分分析、硬度检查以及对取得的试样进行力学性能测试和金相组织检查，能够全面检验出反应堆蒸汽发生器水室封头锻件的整体质量，可以对所述水室封头锻件的制造工艺进行完整评定，符合核电规范RCC-M的工艺评定要求，而且不需要对所述水室封头锻件进行完全破坏，取样后依然可以作为产品继续使用，从而最大程度地降低了取样的成本。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的取样方法中所述水室封头锻件结构示意图；
图2为本发明的第一试样环的取样分布图；
图3为本发明的第二试样环的取样分布图；
1.水室封头；2.第一试样环；3.第二试样环；4.A试样；5.B试样；6.C1试样；7.C2试样；8.C3试样；9.X试样10.Y试样。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
所述的水室封头1包括:封头本体、水口端、斜管嘴，所述水口端具有第一试样环2，在斜管嘴具有第二试样环3，所述的水室封头1为下封头，所述水室封头1水口端的外径D1为3500～4000mm、内径D2为3000～3100mm，斜管嘴的外径D3为1000～1100mm、内径D4为650～750mm，所述水口端的试样环的厚度为T1；所述斜管嘴的厚度为T2。所述的试样块的取样状态均为调质状态，取样方法以下步骤：
(1)在所述水室封头的性能热处理后，在水口端分散地取至少4处做硬度纪录、在封头本体分散地取至少2处做硬度纪录；
(2)在水口端截取第一试样环2，将第一试样环2轴向分割取A试样4、B试样5、C1试样6、C2试样7、C3试样8,在斜嘴管处截取第二试样环3，将第二试样环3轴向分割取X试样9、Y试样10；
试样A沿周向取至少两层试样，每层试样分为多个试样块，每层均有至少一个试样块进行周向室温拉伸、至少一个试样块进行周向350℃高温拉伸、至少一个试样块化学成分分析、至少一个试样块金相检验；并且每层均另有试样块分别在周向和径向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块；
试样B沿周向取至少两层试样，每层试样分为多个试样块，每层均有至少一个试样块进行周向室温拉伸、至少一个试样块进行周向350℃高温拉伸、至少一个试样块化学成分分析、至少一个试样块金相检验；并且每层均另有试样块分别在周向和径向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块，在每层试样的周向取至少5组，每组三个冲击试样块，进行KV-T曲线分析；
试样C1、试样C2、试样C3沿周向分别取至少两层试样，每层试样分为多个试样块，每层均至少有一个试样块进行周向室温拉伸，并且每层均有试样分别在周向和轴向做0℃的多组冲击，每组冲击三个试样块，优选地，冲击试样为12个，落锤试样为8个，在每层试样的周向取冲击试样及落锤试样进行RTNDT的检测；
在试样X上取多个试样块，至少一个试样块进行轴向室温拉伸、有至少一个试样块进行径向室温拉伸、有至少一个试样块进行一个径向350℃高温拉伸、有至少一个试样块进行化学成分分析、有至少一个试样块进行金相检验；并且另有试样块分别在径向和轴向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块；
在试样Y上取多个试样块，其中有至少一个试样块进行轴向室温拉伸、有至少一个试样块进行径向室温拉伸、有至少一个试样块进行一个径向350℃高温拉伸、有至少一个试样块进行化学成分分析、有至少一个试样块进行金相检验；并且另有试样块分别在径向和轴向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块。
在对试样A、B、C径向沿周向分别取三层试样时，取样的位置分别距内表面T/4、外表面T/4和T/2处。在对试样X、Y上距热处理表面20mm的范围内取试样。
以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件检验的取样方法，所述的水室封头包括:封头本体、水口端、斜管嘴，所述水口端具有第一试样环，在斜管嘴上具有第二试样环；
其特征在于，包含以下步骤：
（1）在所述水室封头的性能热处理后，在水口端分散地取至少4处做硬度纪录、在封头本体分散地取至少2处做硬度纪录；
（2）在水口端截取第一试样环，将第一试样环轴向分割取试样A、B、C1、C2、C3,在斜嘴管处截取第二试样环，将第二试样环轴向分割取试样X、Y;
试样A沿周向取至少两层试样，每层试样分为多个试样块，每层均有至少一个试样块进行周向室温拉伸、至少一个试样块进行周向350℃高温拉伸、至少一个试样块化学成分分析、至少一个试样块金相检验；并且每层均另有试样块分别在周向和径向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块；
试样B沿周向取至少两层试样，每层试样分为多个试样块，每层均有至少一个试样块进行周向室温拉伸、至少一个试样块进行周向350℃高温拉伸、至少一个试样块化学成分分析、至少一个试样块金相检验；并且每层均另有试样块分别在周向和径向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块，在每层试样的周向取至少5组，每组三个冲击试样块，进行KV-T曲线分析，所述的KV-T曲线为冲击吸收能量与温度曲线；
试样C1、C2、C3沿周向分别取至少两层试样，每层试样分为多个试样块，每层均至少有一个试样块进行周向室温拉伸，并且每层均有试样分别在周向和轴向做0℃的多组冲击，每组冲击三个试样块，在每层试样的周向取冲击试样及落锤试样进行RTNDT的检测，所述的RTNDT检测为无延性塑性转变温度检测；
在试样X上取多个试样块，至少一个试样块进行轴向室温拉伸、有至少一个试样块进行径向室温拉伸、有至少一个试样块进行一个径向350℃高温拉伸、有至少一个试样块进行化学成分分析、有至少一个试样块进行金相检验；并且另有试样块分别在径向和轴向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块；
在试样Y上取多个试样块，其中有至少一个试样块进行轴向室温拉伸、有至少一个试样块进行径向室温拉伸、有至少一个试样块进行一个径向350℃高温拉伸、有至少一个试样块进行化学成分分析、有至少一个试样块进行金相检验；并且另有试样块分别在径向和轴向做20℃、0℃、-20℃的多组冲击，每组冲击三个试样块。
2.根据权利要求1所述的一种反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件检验的取样方法，其特征在于，通过机械加工的方式截取第一试样环和第二试样环。
3.根据权利要求1所述的一种反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件检验的取样方法，其特征在于，试样C1、C2、C3中的冲击试样为12个，落锤试样为8个。
4.根据权利要求1所述的一种反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件检验的取样方法，其特征在于，所述的试样块的取样状态均为调质状态。
5.根据权利要求1所述的一种反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件检验的取样方法，其特征在于，所述水室封头水口端的外径D1为3500~4000mm、内径D2为3000~3100mm，斜管嘴的外径D3为1000~1100mm、内径D4为650~750mm，所述水口端的试样环的厚度为T1；所述斜管嘴的厚度为T2。
6.根据权利要求1所述的一种反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件检验的取样方法，其特征在于，在对试样A、B、C沿周向分别取三层试样时，取样的位置分别距内表面T/4、外表面T/4和T/2处。
7.根据权利要求2所述的一种反应堆蒸汽发生器的水室封头锻件检验的取样方法，其特征在于，在对试样X、Y上距热处理表面20mm的范围内取试样。
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