CN105414902B - 核设备封头的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种核设备封头的制造方法，该制造方法主要是通过对Q245R钢板、焊材化学成分以及力学性能的前期控制来选择母材和焊材，并通过冲压应力分析，改变现有的热处理方式，保证冲压热处理后各种性能指标满足核电封头要求。本发明提供的上述制造方法实现自行制造核设备封头，填补了国内核设备厚大封头的制造空白。
Description
技术领域
本发明涉及一种封头的制造方法，尤其是一种核设备封头的制造方法。
背景技术
中国将大力发展核电站，核电站的中对封头的需求非常广泛。由于核电站的运转涉及到人生财产安全，对安全的控制非常严格，所以核电站的主要部件，一般依靠进口。其中对封头的要求亦及其严格，且封头加工必须为热加工。随着中国国内核电站的快速发展，对核电用封头的需求也越来越多，如果从国外进口该类封头，势必影响核电站的发展速度，也会受国外的环境制约，加工时间长、外购成本高。
所以，核电“走出去”在中国已经上升为国家战略。实现中国由核电大国向核电强国的转变，一个重要标志是拥有自主知识产权的核电技术，并实现“走出去”。为此，中国研制出了第一套具有自主知识产权的核设备。然而，该核设备中使用的规格为EHA4270*64mm、材质为Q245R的封头在制造的过程中存在以下问题：当增加长时间的焊后模拟热处理时，现有的成型方式力学性能所无法满足核电使用要求；现有的国标钢板用于核电封头，力学性能、化学成分不稳定。
发明内容
由鉴于此，确有必要提供一种核电设备封头的制造方法，以解决上述问题。
本发明提供的技术方案主要是通过对钢板、焊材化学成分，力学性能的前期控制，冲压应力分析，改变现有的热处理方式，保证冲压热处理后各种性能指标满足核电设备厚大封头要求，其中，厚大封头的厚度＞50 mm，直径＞4 m。具体地，本发明提供的技术方案为：
一种核设备封头的制造方法，其包括以下步骤：
选择母材 选择符合国标的Q245R钢板作为母材，且所述母材的力学性能在经过280℃-320℃的热处理后比在常温下提高20%-50%；
选择焊材 选择与所述母材相同的Q245R钢板原材料作为焊材，对所述焊材进行热处理模拟试验并检测力学性能，且检测得到的力学性能符合封头的对应力学性能指标，其中，所述热处理模拟试验采用的热处理工艺参数为：正火处理温度900-930℃、正火处理时间240-280 min、回火处理温度600-630℃、回火处理时间90-110 min、退火处理温度600-650℃和退火处理时间9.5-10.5 h；
模拟仿真 采用模拟仿真软件模拟封头产品成型过程，选择得到封头压制参数；
焊接处理 采用所述焊材将多个所述母材焊接在一起，并对焊缝进行射线探伤，排除所述焊缝中的缺陷，得到无缺陷焊接试件；
冲压处理 根据所述模拟仿真的步骤中选择得到的所述封头压制参数，将所述无缺陷焊接试件随封头产品进行压制，得到冲压试件；
热处理 依据所述选择焊材的步骤中采用的所述热处理工艺参数，先对所述冲压试件在900-930℃正火处理240-280 min，再在600-630℃回火处理90-110 min，然后在600-650℃退火处理9.5-10.5 h，之后进行力学性能测试，筛选出力学性能合格的封头试件；
制备成品 对所述封头试件依次进行表面处理、无损检测和尺寸测量处理，以得到封头成品。
其中，本文中的所述封头可以是指核电疏水箱封头、核电汽水分离器封头等厚大封头。所述焊接处理的步骤主要是将多个所述母材拼接在一起，然后再采用所述焊料将多个所述母材焊接在一起。
基于上述，所述焊材的长度不小于1000 mm，单边宽度不小于板厚的3 倍且不小于150 mm。其中，所述焊材与所述母材具有相同标准、相同牌号、相同厚度和相同热处理状态。
基于上述，在所述模拟仿真的步骤之后，所述焊接处理的步骤之前，它还包括以下步骤：先对所述母材进行100%超声检测，并标识出缺陷位置；然后避开所述母材上的缺陷位置进行下料切割处理，并对切割后的母材的边缘进行打磨，露出金属光泽。
基于上述，所述焊接处理的步骤包括先对所述母材的焊缝进行预热，再将所述焊料焊接在所述母材的焊缝延长线上，焊接后立即进行消氢处理，消氢处理后进行焊缝打磨与所述母材平齐，并对焊缝进行抛磨处理。
基于上述，所述热处理步骤中的力学性能测试包括拉伸试验、冲击试验、高温拉伸试验和纵向拉伸试验。
基于上述，在所述冲压处理的步骤中，热压成形的温度为800℃-1100℃。其中，该步骤主要是将所述无缺陷焊接试件按照所述封头产品的形状进行冲压，也就是将所述无缺陷焊接试件压制成所述封头产品的形状。
基于上述，所述制备成品的步骤包括：对所述封头试件的内外表面进行表面处理，并进行MT+PT检测，筛选出无缺损的封头试件；对无缺损的封头试件进行全尺寸测量，得到所述封头成品。
与现有技术相比，本发明提供的核设备用封头的制造方法采用Q245R钢材作为基础材料，并提供对Q245R钢材的前期、后期的各种指标控制，制备出完全符合核设备规范要求的封头，从而实现自行制造核设备封头，填补了国内核设备厚大封头的制造空白；而且与国外类似材质相比，在同等的质量条件下，降低了采购、制造成本；本发明提供的上述方法可以用来制备核电疏水箱封头、核电汽水分离器封头等。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本发明实施例1提供一种核电疏水箱用封头的制造方法，其包括以下步骤：
（1）选择母材：选择符合国标的Q245R钢板作为母材，所述母材是通过快速轧制冷却的方法制造的，且所述母材的力学性能如下：通过采用GB/T 228规定的常温拉伸试验方法检测出其常温拉伸参数为：屈服强度Rp0.2为296 MPa、抗拉强度Rm为496 MPa、断后伸长率A50mm为37.0%和Z向拉伸长率为72.0%；通过采用GB/T 4338规定的高温拉伸试验方法检测出其300℃时的拉伸参数为：Rp0.2为204 MPa、Rm为462 MPa；通过采用GB/T 229规定的KV冲击试验方法检测出其在-20℃时的平均冲击能为76 J，且最小冲击能为25 J；通过采用GB/T5313规定的厚度方向拉伸试验方法检测出其平均断面收缩率为75.3%，且最小断面收缩率为75%，通过采用GB/T 232规定的弯曲试验方法发现，母材经过弯曲后，其内外表面都无肉眼可见裂纹。
（2）选择焊材：提供与步骤（1）中的母材具有相同标准、相同牌号、相同厚度和相同热处理状态的Q245R钢板原材料作为焊材，所述焊材的长度大约1100-1200 mm，单边宽度为130 mm；对所述焊材进行热处理模拟试验并检测力学性能，且检测得到的力学性能符合封头的对应力学性能指标，其中，所述热处理模拟试验采用的热处理工艺参数为：正火处理温度及时间分别为900-930℃、240-280 min，回火处理温度及时间分别为：600-630℃、90-110min，退火处理温度及时间分别为600-650℃、9.5-10.5 h；其中，所述焊材热处理状态的力学性能为：通过采用NB/T 47016规定的常温拉伸试验方法检测出其常温拉伸参数为：Rp0.2为318MPa、Rm为437 MPa和A50mm为38.5；通过采用GB/T 4338规定的高温拉伸试验方法检测出其300℃时的拉伸参数为：Rp0.2为200 MPa、Rm为456 MPa；通过采用NB/T 47016规定的KV冲击试验方法检测出其在-20℃时的平均冲击能为212 J，且最小冲击能为174 J；通过采用NB/T47016规定的侧向弯曲试验方法发现，弯曲部分的内外表面都无肉眼可见裂纹。
（3）模拟仿真：使用模拟仿真软件模拟封头产品成型过程，通过残余应力分析，壁厚分布情况选择后期封头压制参数；具体地，选择后期的热压成形的温度为950℃，热压成形时间为10 h。
（4）钢板入厂验收：对所述母材进行100%超声检测，并对缺陷位置进行标识。下料时缺陷位置避开，并将缺陷钢板标识废弃。
（5）下料：所述母材下方使用羊毛毡进行隔垫，避免划伤，下料人员穿戴干净的鞋套踩踏钢板。下料避开缺陷位置；切割后的圆料片边缘进行打磨，露出金属光泽。
（6）焊接处理：采用所述焊材将多个所述母材焊接在一起；具体地，先对所述母材的焊缝进行预热，在将所述焊料焊接在所述母材的焊缝延长线上，焊接后立即进行消氢处理，消氢处理后进行焊缝打磨与所述母材平齐，并对焊缝进行抛磨处理。
（7）焊缝探伤：采用现有技术对焊缝进行射线探伤，排除缺陷，得到无缺陷焊接试件。
（8）冲压：根据所述模拟仿真的步骤中选择得到的所述封头压制参数，将所述无缺陷焊接试件按照封头产品的形状在950℃热冲压265min，得到冲压试件。
（9）热处理：依据焊材选择步骤中热处理模拟试验得到的所述热处理工艺参数，分别对所述冲压试件先在900-930℃正火处理240-280 min，再在600-630℃回火处理90-110min，然后在600-650℃退火处理9.5-10.5 h，得到封头试件；之后分别所述封头试件进行力学性能检测，从中筛选出满足产品使用的封头试件；其中，力学性能除了常规的拉伸试验、冲击试验，另外增加了高温拉伸试验、纵向拉伸试验。
（10）制备成品：对所述步骤（9）得到的合格的封头试件进行表面处理，包括对封头试件的内外表面进行抛磨；然后对所述封头试件进行MT+PT检测；检测合格后，进行全尺寸测量，得到所述封头成品；清洗所述封头成品的内外表面，并进行薄膜覆盖包装。
实施例2
本发明实施例2提供一种核电汽水分离器封头的制造方法，该制造方法与实施例1提供的制造方法基本相同，不同之处在于：
在所述选择母材的步骤中，选择的母材的力学性能如下：通过采用GB/T 228规定的常温拉伸试验方法检测出其常温拉伸参数为：屈服强度Rp0.2为294 MPa、抗拉强度Rm为506MPa、断后伸长率A50mm为38.2%和Z向拉伸长率为79.0%；通过采用GB/T 4338规定的高温拉伸试验方法检测出其300℃时的拉伸参数为：Rp0.2为200 MPa、Rm为456 MPa；通过采用GB/T 229规定的KV冲击试验方法检测出其在-20℃时的平均冲击能为80 J，且最小冲击能为25 J；通过采用GB/T 5313规定的厚度方向拉伸试验方法检测出其平均断面收缩率为76%，且最小断面收缩率为75%，通过采用GB/T 232规定的弯曲试验方法发现，母材经过弯曲后，其内外表面都无肉眼可见裂纹。
在所述选择焊材的步骤中，所述焊材的长度大约1200-1400 mm，单边宽度为140mm，所述焊材热处理状态的力学性能为：通过采用NB/T 47016规定的常温拉伸试验方法检测出其常温拉伸参数为：Rp0.2为318 MPa、Rm为437 MPa和A50mm为38.5；通过采用GB/T 4338规定的高温拉伸试验方法检测出其300℃时的拉伸参数为：Rp0.2为230 MPa、Rm为435 MPa；通过采用NB/T 47016规定的KV冲击试验方法检测出其在-20℃时的平均冲击能为212 J，且最小冲击能为174 J；通过采用NB/T 47016规定的侧向弯曲试验方法发现，弯曲部分的内外表面都无肉眼可见裂纹。
在所述模拟仿真的步骤中，得到后期的热压成形的温度为960℃，热压成形时间为265 min。在所述冲压的步骤中，使用的工艺参数为所述模拟仿真的步骤中得到的相关参数。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种核设备封头的制造方法，其包括以下步骤：
选择母材 选择符合国标的Q245R钢板作为母材，且所述母材的力学性能在经过280℃-320℃的热处理后比在常温下提高20%-50%，其中，所述母材是通过快速轧制冷却的方法制造的，且所述母材在常温下的拉伸参数为：屈服强度Rp0.2为296 MPa、抗拉强度Rm为496 MPa、断后伸长率A50mm为37.0%和Z向拉伸长率为72.0%，300℃时的拉伸参数为：Rp0.2为204 MPa、Rm为462 MPa；-20℃时的平均冲击能为76 J、且最小冲击能为25 J；平均断面收缩率为75.3%、且最小断面收缩率为75%；
或者所述母材在常温下的拉伸参数为：屈服强度Rp0.2为294 MPa、抗拉强度Rm为506MPa、断后伸长率A50mm为38.2%和Z向拉伸长率为79.0%；300℃时的拉伸参数为：Rp0.2为200MPa、Rm为456 MPa；-20℃时的平均冲击能为80 J，且最小冲击能为25 J；平均断面收缩率为76%，且最小断面收缩率为75%；
选择焊材 选择与所述母材相同的Q245R钢板原材料作为焊材，对所述焊材进行热处理模拟试验并检测力学性能，且检测得到的力学性能符合封头的对应力学性能指标，其中，所述热处理模拟试验采用的热处理工艺参数为：正火处理温度900-930℃、正火处理时间240-280 min、回火处理温度600-630℃、回火处理时间90-110 min、退火处理温度600-650℃和退火处理时间9.5-10.5 h；
模拟仿真 采用模拟仿真软件模拟封头产品成型过程，通过残余应力分析，壁厚分布情况，选择得到封头压制参数；
焊接处理 采用所述焊材将多个所述母材焊接在一起，并对焊缝进行射线探伤，排除所述焊缝中的缺陷，得到无缺陷焊接试件；
冲压处理 根据所述模拟仿真的步骤中选择得到的所述封头压制参数，将所述无缺陷焊接试件随封头产品进行压制，得到冲压试件，其中，该步骤中热压成形的温度为800℃-1100℃；
热处理 依据所述选择焊材的步骤中采用的所述热处理工艺参数，先对所述冲压试件在900-930℃正火处理240-280 min，再在600-630℃回火处理90-110 min，然后在600-650℃退火处理9.5-10.5 h，之后进行力学性能测试，筛选出力学性能合格的封头试件；
制备成品 对所述封头试件依次进行表面处理、无损检测和尺寸测量处理，以得到封头成品。
2. 根据权利要求1所述的核设备封头的制造方法，其特征在于，所述焊材的长度不小于1000 mm，单边宽度不小于板厚的3倍且不小于150 mm。
3.根据权利要求1所述的核设备封头的制造方法，其特征在于，在所述模拟仿真的步骤之后和所述焊接处理的步骤之前，它还包括以下步骤：先对所述母材进行100%超声检测，并标识出缺陷位置；然后避开所述母材上的缺陷位置进行下料切割处理，并对切割后的母材的边缘进行打磨，露出金属光泽。
4.根据权利要求1-3任一项所述的核设备封头的制造方法，其特征在于，所述焊接处理的步骤包括先对所述母材的焊缝进行预热，再将焊料焊接在所述母材的焊缝延长线上，焊接后立即进行消氢处理，消氢处理后进行焊缝打磨与所述母材平齐，并对焊缝进行抛磨处理。
5.根据权利要求1-3任一项所述的核设备封头的制造方法，其特征在于，所述热处理步骤中的力学性能测试包括拉伸试验、冲击试验、高温拉伸试验和纵向拉伸试验。
6.根据权利要求1-3任一项所述的核设备封头的制造方法，其特征在于，所述制备成品的步骤包括：对所述封头试件的内外表面进行表面处理，并进行MT+PT检测，筛选出无缺损的封头试件；对无缺损的封头试件进行全尺寸测量，得到所述封头成品。
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