中國核電站巨型環是怎樣煉成的?

mic神


說的是今年3月12日,濟南成功軋製出直徑15.6米直徑的核電站反應堆壓力容器巨型環吧?這個巨型支撐環將用到我國第四代核電機組容器支撐上,不但是是核反應堆容器的核心部件之一,還需要承受7000噸以上的結構重量。

這個新聞之所以引人注目,是因為打破了幾項世界記錄。首先,該巨型環是世界上最大的無焊縫奧氏體不鏽鋼整體環形鍛件,從這段話的幾個定語來看,這個巨型環的兩點就是無焊縫、整體環形鍛件,這也就是說其他國家也能製造這麼大的環形鍛件,但是他們是通過分段製造、拼焊組裝完成的。這麼大的環形鍛件,拼焊時需要差不多快10條焊縫,而由於焊縫缺陷的存在,有可能對巨型環的使用產生安全隱患。

為了生產整體無焊縫的巨型環,我們就需要首先澆鑄出一個大約250噸級的金屬鋼坯,但是鑄造這種尺寸、重量極大的鑄錠絕非易事。大斷面的鋼錠在冷卻凝固的過程中,會存在嚴重的冷卻不均勻現象,而且冷卻時間長、冷卻速度慢,造成鑄錠金屬組織疏鬆、晶粒粗大、偏析嚴重等缺陷,從而影響整個部件的整體力學性能。所以,在此之前世界上從來沒有鑄造過如此巨大的金屬坯件。

說到這裡,我們就不得不提這個項目的幕後英雄“中國科學院金屬研究所”李依依院士。為了突破特大型鋼坯澆鑄技術的侷限,李依依院士帶領團隊刻苦攻堅,獨闢蹊徑的在全球率先提出“以小制大”的金屬構築成型技術,巧妙借鑑傳統建築行業的“砌牆”原理,通過化整為零、以小制大的核心思想,先預製出小塊的勻質化板坯,然後將多塊板坯進行表面清潔、真空封裝、高溫加熱、高壓變形固態連接等一一系列後續工序,製造出高品質、高性能的特大鑄錠鋼坯,有了合適的特大鑄錠,後續將其鍛造成合適的巨型環鍛件就容易的多。

我們可以這麼理解這個技術,預製的小型勻質化板坯就是建築所需要的磚,後續的各項工藝手段就是“砌牆”的技術,最後通過高溫高壓固態連接的巨型鋼錠毛坯,就是我們砌好的房子,後續的鍛造成型就是我們所說的“裝修”,這樣一件合格的無焊縫巨型環鍛件就製造出來了。但是說易行難,在李依依院士發明了金屬構築成型技術之前,國內外還從來沒有鑄造成功過200噸級以上的坯錠。即使以前國外製造的60噸級核電用模鑄鋼錠也存在不少內部缺陷,表面觀測毫無痕跡,但是內部卻存在著巨大的縮孔缺陷。粗大晶粒和宏觀偏析,嚴重影響金屬構件的力學性能。李依依院士的研究成果,成功解決了國外科學家半個多世界以來期望解決大型鑄錠內在質量缺陷而不可得的窘境。


衛青點兵


先焊接,再鍛造,由於體積和重量巨大,難度非常大。


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