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第1篇绪论5

第1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

2.3.1 RPV锻件21

2.3.2 SG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

3.2.1 SG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

4.2.1 RPV接管段78

4.2.2 SG管板79

4.2.3 SG水室封头80

4.3 研制及验证83

4.3.1 600t级钢锭的研制83

4.3.2 600t级钢锭的验证86

4.3.3 RPV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

5.2 RPV一体化锻件94

5.2.1 顶盖94

5.2.2 底封头97

5.3 SG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121

第1章 核电用钢化学成分设计与优化121

1.1 Mn-Mo-Ni钢121

1.2 不锈钢122

1.3 Cr-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

2.6 MP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213

第1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341

第1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435

第1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486

第1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

1.2.1 321不锈钢486

1.2.2 316LN不锈钢501

1.3 冶炼及铸锭505

1.3.1 双真空506

1.3.2 ESR506

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

4.1 CENTER560

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583

第1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

2.2.3 FM法的优化研究596

2.2.4 FM法对水压机振动的影响研究613

2.2.5 JTS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685

第1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

1.2.1 M310SG水室封头685

1.2.2 M310SG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

1.7.1 RPV封头694

1.7.2 SG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

2.3.1 200～1000MN液压机705

2.3.2 1200MN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