超大型核电锻件绿色制造技术与实践
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作者王宝忠 等 著
出版社中国电力出版社
ISBN9787519811020
出版时间2017-12
装帧精装
开本16开
定价268元
货号1201667558
上书时间2024-09-06
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目录
序一
序二
前言
篇绪论
章核电锻件概述5
1.1核电简介5
1.2发展核电的必要性10
1.3核电锻件自主化及核电装备“走出去”11
1.4核电锻件的重要性12
第2章超大型核电锻件特性及绿色制造18
2.1规格超大形状复杂18
2.2技术要求高20
2.3大型化及一体化20
2.3.1RPV锻件21
2.3.2SG锻件21
2.4绿色制造22
2.4.1胎模锻造及仿形锻造23
2.4.2近净成形锻造25
2.5锻件制造资质31
2.5.1制造资格取证31
2.5.2锻件评定32
2.5.3核安全许可33
2.6制造过程控制33
2.7产品质量的可追溯性35
2.7.1母材见证件35
2.7.2焊接见证件35
第3章锻件制造设备与工装特点36
3.1制造设备的超大型化及自动化36
3.1.1冶炼及铸锭设备37
3.1.2锻造设备41
3.1.3热处理设备44
3.1.4试样制备设备49
3.2工装的超大型化及复杂化52
3.2.1SG水室封头管嘴翻边装置52
3.2.2小型堆一体化顶盖模锻工装53
3.2.3转子中心孔超声波探伤装置53
3.2.4钢锭抬梁及吊钳53
3.2.5锻造起重机及翻钢机56
3.2.6坯料翻转机57
3.2.7回转装置59
3.2.8非对称锁紧式半球体夹紧装置60
3.2.9双端不对称变截面筒体同步变形装置61
3.2.10超大直径钢锭火焰切割机63
第4章核电锻件的评定、解剖检测及验证64
4.1评定64
4.1.1一体化顶盖64
4.1.2一体化底封头67
4.1.3泵壳68
4.1.4整锻低压转子72
4.2解剖检测78
4.2.1RPV接管段78
4.2.2SG管板79
4.2.3SG水室封头80
4.3研制及验证83
4.3.1600t级钢锭的研制83
4.3.2600t级钢锭的验证86
4.3.3RPV接管段法兰全截面测温及性能检测87
第5章核电锻件制造技术对比90
5.1冶炼及铸锭90
5.1.1低硅控铝钢的冶炼91
5.1.2超大型钢锭制造93
5.2RPV一体化锻件94
5.2.1顶盖94
5.2.2底封头97
5.3SG锻件胎模锻造98
5.3.1管板98
5.3.2水室封头98
5.4近净成形锻造100
5.4.1接管段100
5.4.2锥形筒体100
5.4.3主管道空心锻造101
5.5整锻低压转子的纯净性与均匀性103
5.5.1纯净性103
5.5.2均匀性104
第6章典型核电锻件成形过程的数值模拟与比例试验105
6.1成形工艺研究105
6.1.1自由锻成形工艺105
6.1.2数值模拟107
6.1.3物理模拟107
6.1.4比例试验108
6.2数值模拟软件的选择及边界条件的优化108
6.3物理模拟及比例试验109
6.3.1整体顶盖物理模拟109
6.3.2水室封头管嘴翻边比例试验109
6.3.3水室封头近净成形比例试验110
6.3.4主管道低熔点合金内支撑弯曲比例试验111
第7章核电锻件制造的发展前景113
7.1产品质量稳定与提高113
7.2标准的自主化114
7.3锻件的绿色制造与极端制造115
第2篇超大型钢锭研制及应用
章核电用钢化学成分设计与优化121
1.1MN－Mo－Ni钢121
1.2不锈钢122
1.3CR－Ni－Mo－V钢127
1.3.1电炉氧化及LF炉精炼原料成分控制127
1.3.2超纯转子钢冶炼及铸锭要求131
第2章制造方法的创新133
2.1低硅控铝钢的冶炼133
2.1.1低硅的影响134
2.1.2控制铝含量136
2.2保护浇注137
2.3二次补浇138
2.4空心钢锭140
2.4.1大气浇注140
2.4.2真空浇注143
2.5直桶型精炼钢包底吹氩新工艺146
2.5.1试验原理及方法146
2.5.2试验结果分析与讨论150
2.5.3结论156
2.6MP工艺研究156
2.6.1研究目标及研究内容157
2.6.2研究方案及研究过程157
2.6.3结论161
第3章优质耐火材料162
3.1水口砖163
3.1.1镁碳砖163
3.1.2复合砖164
3.1.3锆质砖164
3.2导流管165
3.2.1分体式165
3.2.2整体式166
3.3塞棒167
3.3.1分体式167
3.3.2整体式167
3.4长水口169
3.4.1试验研究169
3.4.2工程应用174
第4章中间包178
4.1传统中间包179
4.1.1数值模拟179
4.1.2温度场计算结果分析181
4.2新型中间包185
4.2.1包内钢液流动数值模拟研究结果分析185
4.2.2工程应用199
第5章超大型钢锭的解剖200
5.1解剖方案200
5.2纯净性201
5.3致密性202
5.4制造技术对比202
5.5对传统观念的突破203
第3篇压力容器锻件
研制及应用
章压水堆顶盖213
1.1分体式213
1.2整体式214
1.2.1产品研制214
1.2.2产品制造225
1.3一体化236
1.3.1产品研制236
1.3.2产品制造249
1.4制造方式对比250
1.5经验教训及预防措施255
第2章压水堆接管段259
2.1分体式260
2.2整体式269
2.2.1锻造269
2.2.2热处理272
2.2.3解剖检测275
2.2.4国内外制造方式对比279
2.2.5经验教训280
2.3半一体化290
2.4一体化292
第3章压水堆下封头298
3.1分体式298
3.2一体化299
3.2.1产品研制299
3.2.2产品制造311
3.2.3国内外制造方式对比315
第4章其他锻件318
4.1压水堆其他锻件318
4.1.1筒体318
4.1.2过渡段318
4.1.3接管318
4.2沸水堆锻件323
4.2.1下封头323
4.2.2法兰323
4.2.3筒体324
4.3小型堆一体化顶盖325
4.3.1工艺性分析326
4.3.2主要研究内容326
4.3.3满足设计要求及保证质量的分析326
4.3.4制造工艺326
4.4高温气冷堆锻件331
第4篇蒸汽发生器锻件研制及应用
章压水堆上封头(椭球封头)341
1.1分体式341
1.2整体式343
第2章压水堆锥形筒体与管板354
2.1锥形筒体354
2.1.1覆盖式锻造354
2.1.2仿形锻造355
2.1.3近净成形锻造356
2.2管板363
2.2.1锻造363
2.2.2热处理367
2.2.3评定与解剖370
2.3国内外制造方式对比376
2.3.1锥形筒体376
2.3.2管板377
第3章压水堆下封头(水室封头)378
3.1分体式379
3.2整体式382
3.3胎模锻造383
3.3.1产品研制384
3.3.2产品制造397
3.3.3经验教训403
3.4管嘴翻边417
3.4.1产品研制417
3.4.2产品制造419
3.5国内外制造方式对比422
3.5.1带非向心管嘴整体水室封头422
3.5.2带向心管嘴整体水室封头423
第4章其他锻件424
4.1压水堆其他锻件424
4.1.1上部筒体424
4.1.2下部筒体426
4.2高温气冷堆锻件428
第5篇其他MN－Mo－Ni钢锻件研制及应用
章稳压器及堆芯补给水箱锻件435
1.1稳压器锻件435
1.1.1上封头435
1.1.2下封头437
1.2堆芯补给水箱锻件449
1.2.1筒体449
1.2.2上封头451
1.2.3下封头452
第2章主泵锻件454
2.1泵壳454
2.1.1自由锻造454
2.1.2仿形锻造457
2.1.3近净成形锻造466
2.2壳法兰锻件472
2.2.1强韧性提升方案473
2.2.2优化效果474
第3章核废料罐锻件478
3.1工艺性分析478
3.2满足设计要求和保证质量的分析478
3.3制造工艺479
3.4性能结果481
第6篇不锈钢锻件研制及应用
章基础研究486
1.1主管道用不锈钢材料介绍486
1.2材料特性及成分优化486
1.2.1321不锈钢486
1.2.2316LN不锈钢501
1.3冶炼及铸锭505
1.3.1双真空506
1.3.2ESR506
1.4晶粒度影响因素研究506
1.5晶粒细化及均匀化比例试验520
1.6不锈钢的防污染研究526
第2章主管道锻件管坯锻造530
2.1实心锻件530
2.2空心锻件532
2.3近净成形锻件533
2.4国内外制造方式对比542
第3章主管道弯制、机加工及热处理545
3.1弯制方式545
3.2内部支撑549
3.3机械加工552
3.4固溶热处理553
第4章其他不锈钢锻件560
4.1CENtER560
4.1.1超大型不锈钢锻件的研究内容561
4.1.2结论570
4.2堆内构件571
4.2.1堆芯支撑板571
4.2.2压紧弹簧575
4.3快堆支撑环577
4.3.1冶炼及铸锭578
4.3.2锻造578
4.3.3热处理578
第7篇常规岛锻件研制及应用
章常规岛转子简介583
1.1常规岛汽轮发电机组583
1.2核电转子的发展历程583
1.3核电转子工况及要求585
1.3.1转子工况585
1.3.2核电转子材料585
1.3.3核电转子要求585
第2章核电转子制造技术及装备研究586
2.1核电转子国外研究进展586
2.2锻造技术研究587
2.2.1镦粗研究588
2.2.2拔长方法选择592
2.2.3FM法的优化研究596
2.2.4FM法对水压机振动的影响研究613
2.2.5JtS锻造方法研究615
2.2.6材料热锻性能及晶粒演化研究616
2.3热处理技术研究620
2.3.1锻后热处理工艺研究621
2.3.2性能热处理工艺研究624
2.4大型开合式热处理装备研制629
2.4.1加热和淬火设备形式研究629
2.4.2开合式热处理炉研制629
2.4.3开合式淬火设备研制630
2.4.4大型开合式热处理装备研制效果632
第3章核电转子试制与评定633
3.1整锻低压转子试制633
3.1.1冶炼及铸锭633
3.1.2锻造634
3.1.3热处理636
3.2试制转子的性能检测638
3.2.1化学成分分析639
3.2.2力学性能分析640
3.2.3组织、晶粒度、夹杂物分析641
3.2.4长心棒拉伸试验642
3.2.5无损检测643
3.3试制转子解剖643
3.3.1解剖方案643
3.3.2解剖644
3.3.3各种解剖数据分析647
3.3.4解剖分析结论651
第4章产品制造652
4.1汽轮机整锻低压转子652
4.1.1冶炼及铸锭653
4.1.2锻造655
4.1.3热处理663
4.2汽轮机焊接转子665
4.2.1轮盘665
4.2.2轴头667
4.3汽轮机低压转子整锻与分锻的对比670
4.4发电机转子672
4.4.1冶炼及铸锭672
4.4.2锻造672
4.4.3热处理673
4.4.4产品主要技术指标674
第8篇存在的问题与未来发展设想
章问题与不足685
1.1锻件质量不稳定685
1.2现有标准的不适应性685
1.2.1M310SG水室封头685
1.2.2M310SG管板685
1.3热处理余量的不合理性688
1.4特殊性能试验的不完整性690
1.4.1辐照环境下性能试验690
1.4.2冷却剂环境下性能试验690
1.5材料的潜力有待挖掘690
1.6模拟软件边界条件需要不断优化692
1.6.1超大型钢锭的凝固模拟692
1.6.2锻件成形模拟中成形力偏差692
1.7取样位置的代表性有待探讨693
1.7.1RPV封头694
1.7.2SG管板695
第2章设想与展望698
2.1材料的挖潜与研发698
2.1.1原有材料的挖潜698
2.1.2新材料的研发698
2.2制造工艺的创新699
2.2.1钢锭/制坯699
2.2.2成形701
2.2.3晶粒与应力703
2.3设备与工装能力进一步加大705
2.3.12001000MN液压机705
2.3.21200MN锻挤压机706
2.3.3超大直径锻件测量装置708
2.4团队建设708
2.4.1学习型团队708
2.4.2综合型人才709
参考文献710
索引715
内容摘要
本专著系统地回顾了我国核电锻件的自主研发历程，以解决世界性难题为目标，以具体产品实例为契入点，运用大量翔实的试验数据对超大型核电锻件从传统制造迈向绿色制造(胎模锻造、仿形锻造及近净成形锻造)过程中的理论创新、技术研发及工程实践进行了详细的阐述，并对其中的失败案例进行了深入剖析，揭示了工程应用领域技术创新的本质。针对核电装备的预期走向，对超大型核电锻件未来的发展趋势进行了展望。
本专著含有2500余幅图片和200多份表格等珍贵技术资料，客观真实地再现了超大型核电锻件1:1评定、解剖及制造的研发经历，是一代工程技术人员心血的结晶，对稳定和提高超大型核电锻件质量具有一定的参考价值，对未来新技术研发亦具有指导意义。
本书可供核电装备设计、制造、监管者以及将要从事核电装备的专业技术人员和管理人员参考。
精彩内容
为了适应核电装备长寿期、大型化等发展需求， 超大型核电锻件应运而生。 长期以来，我国重主机而轻配套的发展思路， 致使超大型锻件依赖进口供货， 国产件能力与质量难以满足要求， 已成为重大装备工业发展的瓶颈并受制于人。 在第三代核电技术引进中， 外方不同意转让大型锻件制造技术， 大型锻件制造技术已成为我国发展重大装备工业的瓶颈之一。 为了尽快实现超大型核电锻件的自主化并达到国际先进水平， 由中国重型机械集团公司牵头， 联合国内优势企业、高等院校及科研院所， 承担了国家“十一五” 科技支撑计划及大型先进压水堆核电重大专项等科研课题， 开展了长达十年的超大型核电锻件研究与制造工作。超大型核电锻件的绿色制造具体体现为锻件的胎模锻造、仿形锻造及近净成形锻造。 超大型核电锻件的制造已很“难”， 一体化超大型核电锻件的制造“更难”， 而近净成形锻造的一体化超大型核电锻件绿色制造则是“难以想象”。 科研团队秉承着核电锻件超大型化和绿色化的研制理念， 不断向“不可能” 发起挑战。 在近乎“一穷二白” 的基础上， 攻坚克难、“屡败屡战”， 经过不懈努力， 取得了多项世界之最的优异成绩。目前， 全球经济发展进入新常态， 导致热加工产能严重过剩， ６０ＭＮ 及以上液压机开工率平均不足３０％ 。 虽然超大型核电锻件“热火朝天”、供不应求的局面可能“一去不复返”了， 但能源装备“清洁、绿色、高效” 的发展趋势， 对超大型核电锻件的需求是永恒的。 国家核电装备“走出去” 战略的实施， 也必将为超大型核电锻件的发展提供更加广阔的空间。因此， 我们将十几年来在超大型核电锻件研究与制造方面的经验、体会和教训编撰成册， 对如何进行系统性基础研究、如何进行低成本工程化试制， 以及怎样实现绿色化、产业化、批量化生产进行了阐述， 对未来的发展趋势进行了展望。本书共分８ 篇３３ 章。 第１ 篇从超大型核电锻件的重要性、主要特点、创新性研发以及国内外同类制造技术对比等方面进行了综述； 第２ 篇对超大型核电锻件的坯料———超大型钢锭的研制进行了论述； 第３ ７ 篇分别重点对各种堆型的压力容器、蒸汽发生器、主管道等核电锻件以及常规岛锻件研制及应用实践和经验教训进行了详细阐述； 第８ 篇对核电超大型锻件研制中具有代表性的问题与不足进行了列举， 对未来发展进行了展望。本书是工程实践经验的总结与提炼， 含有直径？４０００ｍｍ 的６００ｔ 级超大型钢锭和直径？３０００ｍｍ 的汽轮机整锻低压转子锻件解剖等大量珍贵技术资料， 希望能成为核电装备的设计、制造、质量管理人员， 特别是超大型锻件研究制造工作者的技术工作指南。 此外， 由于本书涉及的内容已突破了传统论述， 亦可供高等院校及研究院所从事热加工理论学习的人员参考。本专著采用大量工程实践的图表展示了超大型核电锻件绿色制造技术的先进性， 为了保证试验数据的真实性及完整性， 本专著少部分图表及描述采用了机械工业出版社出版的？超大型核电锻件绿色制造技术？ 相关内容。本书由王宝忠执笔并统稿， 刘颖、聂义宏、金嘉瑜、赵德利参与了部分章节的撰写； 刘凯泉、曹志远、高建军曾参与了？超大型核电锻件绿色制造技术？ 专著部分章节的撰写。在超大型核电锻件绿色制造技术研发工作中， 得到了上海核工程研究设计院、清华大学、燕山大学、重庆大学、东北大学、太原科技大学、中国科学院金属研究所、钢铁研究总院和机械科学研究总院等单位的大力支持， 在此一并表示感谢!由于我们的水平有限， 书中不妥及疏漏的地方， 敬请读者批评指正。著 者二○一七年十一月
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