中国核电站巨型环是怎样炼成的?

mic神


说的是今年3月12日,济南成功轧制出直径15.6米直径的核电站反应堆压力容器巨型环吧?这个巨型支撑环将用到我国第四代核电机组容器支撑上,不但是是核反应堆容器的核心部件之一,还需要承受7000吨以上的结构重量。

这个新闻之所以引人注目,是因为打破了几项世界记录。首先,该巨型环是世界上最大的无焊缝奥氏体不锈钢整体环形锻件,从这段话的几个定语来看,这个巨型环的两点就是无焊缝、整体环形锻件,这也就是说其他国家也能制造这么大的环形锻件,但是他们是通过分段制造、拼焊组装完成的。这么大的环形锻件,拼焊时需要差不多快10条焊缝,而由于焊缝缺陷的存在,有可能对巨型环的使用产生安全隐患。

为了生产整体无焊缝的巨型环,我们就需要首先浇铸出一个大约250吨级的金属钢坯,但是铸造这种尺寸、重量极大的铸锭绝非易事。大断面的钢锭在冷却凝固的过程中,会存在严重的冷却不均匀现象,而且冷却时间长、冷却速度慢,造成铸锭金属组织疏松、晶粒粗大、偏析严重等缺陷,从而影响整个部件的整体力学性能。所以,在此之前世界上从来没有铸造过如此巨大的金属坯件。

说到这里,我们就不得不提这个项目的幕后英雄“中国科学院金属研究所”李依依院士。为了突破特大型钢坯浇铸技术的局限,李依依院士带领团队刻苦攻坚,独辟蹊径的在全球率先提出“以小制大”的金属构筑成型技术,巧妙借鉴传统建筑行业的“砌墙”原理,通过化整为零、以小制大的核心思想,先预制出小块的匀质化板坯,然后将多块板坯进行表面清洁、真空封装、高温加热、高压变形固态连接等一一系列后续工序,制造出高品质、高性能的特大铸锭钢坯,有了合适的特大铸锭,后续将其锻造成合适的巨型环锻件就容易的多。

我们可以这么理解这个技术,预制的小型匀质化板坯就是建筑所需要的砖,后续的各项工艺手段就是“砌墙”的技术,最后通过高温高压固态连接的巨型钢锭毛坯,就是我们砌好的房子,后续的锻造成型就是我们所说的“装修”,这样一件合格的无焊缝巨型环锻件就制造出来了。但是说易行难,在李依依院士发明了金属构筑成型技术之前,国内外还从来没有铸造成功过200吨级以上的坯锭。即使以前国外制造的60吨级核电用模铸钢锭也存在不少内部缺陷,表面观测毫无痕迹,但是内部却存在着巨大的缩孔缺陷。粗大晶粒和宏观偏析,严重影响金属构件的力学性能。李依依院士的研究成果,成功解决了国外科学家半个多世界以来期望解决大型铸锭内在质量缺陷而不可得的窘境。


卫青点兵


先焊接,再锻造,由于体积和重量巨大,难度非常大。


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