核电厂主泵泵壳铸造及质量控制研究

张璐 刘树奇

摘要：主泵又称核反应堆冷却剂主泵，是为核电站运行期间长期稳定运行而规定的，主泵就像核电站核反应堆的心血管，根据一回路冷却剂通过主管和传热管将核反应堆堆芯裂变链式反应产生的热量传递到第二控制回路，使二次侧给排水气化成为常规推广，岛上汽轮发电机产生的干燥饱和水蒸气是压水堆核电站最重要的关键设备之一。基于此，本文将主要针对核电厂主泵泵壳铸造以及其质量控制展开分析。

关键词：核电厂;主泵泵壳;质量控制

引言：

核电站主泵铸造泵壳是核电站武器装备中重要的限压部件。其结构复杂，质量规定十分严格。我国核电站基础建设所需的主泵铸造泵壳依赖国外进口，不仅要消耗大量资产，而且不能满足我国核电站基础建设的要求。

1核电主泵铸造泵壳概况

核电站主泵铸造泵壳是核电站的核心部件。原材料采用马氏体-铁素体不锈钢板。其结构繁琐，质量规定严格。整个过程及相关文件必须符合相关政策法规。核电站主泵的铸造泵壳有一根进水管和一个出水口，内含三个支点。铸造泵壳件规格为：3500mm×3150mm×2400mm（长×宽×高），净重约30t。加吹增段后的轮廓规格为：3720mm×3150mm×2620mm（长×宽×高）。从上述情况可以看出，核电站主泵铸造泵壳外形尺寸大，结构复杂，铸件壁厚变化较大（最小壁厚约140mm，较大的壁厚约为 350 毫米）。

2.钢水冶炼

根据舍弗勒曲线图，根据冶炼和成品分析结果对铁素体含量进行测量计算，铁素体含量规定在12%～25%的中间。在开发冶炼厂时，必须根据需要处理成分以确保指定特性。为确保碳含量保障措施，铬元素质量浓度控制目标为20%，镍元素质量浓度控制目标为10%。主泵壳铸件是由马氏体和少量铁素体组成的不锈钢板。大量使用珍贵的铝合金。从冶炼的成本来看，采用吹氧或装料的方式发展冶炼厂最为有效。但如果采用返法冶炼，则在冶炼全过程中不能合理去除磷含量，不利于钢水磷含量的调节。根据高铬、高镍的特点，为保证钢水中磷含量的调节，采用空气氧化冶炼炉更为有效。马氏体不锈钢板钢液主泵壳采用EAF LF VOD加工工艺。回收废料由含硫、磷等低残留元素的优质废钢、铸铁、镍、钼铁组成，控制含碳量（质量浓度）0.4%～0.6%，进行粗加工。在电弧炉加热炉中熔炼，粗熔后钢水成分规定为C（质量浓度）≤0.15%，P（质量浓度）≤0.010%，钢水温度≥1660℃。在加热炉中粗冶炼后，经冶炼分析确定钢水成分符合要求后，将钢水从加热炉倒入LF精炼炉，供另一冶炼厂使用。钢水倒入加热炉前，向LF精炼炉底部加入铝、轻烧氧化镁和产生的炉渣。钢水倒入LF精炼炉后，分阶段加入萤石粉和石灰粉，使用轻烧氧化镁粉和硅。风机在冶炼厂进行炉渣调整。当LF精炼炉中的煤灰呈白色且循环良好时，根据成分和调味料的下限将铝合金加入冶炼厂。当温度≥1600℃时，根据分析结果调整钢水成分。当钢水温度为1630～1 650℃时，可从精炼炉中宣布。同时进行钢包排渣，保证排渣量≥95%。测温，调整氡工作压力为0.2～0.4MPa，VOD吹氢温度控制在1540～1560℃，VCD溶解后，取样分析后进行脱氧，VD真空泵将进行10分钟左右解决。浇包前采用外排法，实际操作后吹氢气。最后，冶炼厂钢水的钢包浇注温度控制在1530～1550℃之间。

3浇筑与热处理

主泵壳锻件采用木制实体模型，采用全树脂砂型砂型铸造，造型设计为树脂砂造型设计，面砂为新铬砂，背砂为再生硅砂，并使用硬脂肪。钙酸和硫酸铵环氧固化剂，可多次涂刷锆石粉建筑涂料。采用三箱式底部回流浇注。实体模型充满氡气进行维护。在整个浇注过程中，水口滑动，采用冷铁，提高金属型铸造的实际效果，完成顺序冷凝，防止铸件裂纹。浇注时间控制在五分钟以内。当铸件冷却至200℃时，进行拆包，拆除铸件冒口预埋容量，对主泵铸件进行热处理和回火热处理工艺。热处理回火热处理工艺温度为（1100±20）℃，保温时间不少于24小时，采用车载式天然气热处理设备进行，热处理回火热处理工艺升温，隔热保温降温工艺 温度由电子计算机自动控制系统测量，采用热电阻。升温速率不大于50℃/h。在热处理和回火热处理工艺公布后10分钟内将铸件放入经过热处理的不锈钢水槽中。，热处理不锈钢水箱应为8m×8m×5m的热处理水箱，采用水淬方式，保證不锈钢水箱冷却循环水连续充足的流动性，热处理时间不小于5小时。

4力学性能检验

主泵壳铸件本身经过热处理和回火热处理工艺后，取泵壳铸件的浇筑试块任意试样进行物理性能试验，拉伸试验根据 ASTMA370 规范进行，也包含合金成分和应力腐蚀试验等。试验结果应无应力腐蚀裂纹，合金成分应具有马氏体铁素体不锈钢板的特征。当铸件的物理性能不符合要求时，可再次进行热处理和回火热处理工艺，但最多允许一次。经过热处理和回火工艺的主泵壳铸件在数控龙门铣床、加工中心和数控镗床上进行初步加工。生产加工规格由计算机系统根据生产加工工程图纸进行控制。初加工后，依次对铸件表面进行砂轮打磨和规格检验，表面粗糙度规定为6.3μm。对主泵壳铸件经初步加工抛光后的内外表面进行100%检验和100%液体颜色渗透检验。检查光强不低于1000 LUX。该检查基于 ASME Vol.五“无损检测”。》要求执行，规定铸件内外表面应完好，不得有缩孔、裂纹、气孔、杂质或其他不良影响。液体颜色渗透试验按照ASME NB-2576的要求进行。渗透检测剂 介质氯化物氟化物≤200×10-6，硫酸盐≤200×10-6，检测结果不能是线性指示，5mm以上的离散系统指示，密集型指示等液体后发现的缺点通过研磨和抛光去除已渗透的着色。排除缺陷后的主泵壳铸件按ASME NB-2575的要求进行100%辐射检测。辐射测试和验收标准为ASTME186和E280，不接受D、E、F和G类。在渗透检测和辐射检测中发现的缺陷去除后，采用焊接方法认证的焊接方法进行电焊修复，对修复后的缺陷进行液体渗透检测。焊补试验达标后，泵壳铸件需进行至少48小时的稳定热处理工艺，采用天然气热处理设备，贴5个热敏电阻，热处理工艺温度为（400± 20）℃。经过稳定的热处理工艺后，铸件按照工程图纸和规范进行加工制造，然后对泵壳进行耐压试验。实验工作压力为一回路工作压力的1.25倍，即22 MPa。

结语：

主泵壳采用质量浓度为8%～11%镍和18%～21%铬的马氏体铁素体不锈钢板铸件，其中铁素体质量浓度为8%～20%，采用EAF LF VOD冶炼厂加工工艺采用木质实体模型、全树脂砂型砂型铸造、三箱式底部回流浇注、实体模型内充氡气维护，浇注温度控制在1530℃左右～1550℃，浇注时间控制在5分钟以内，浇注时间控制在 5分钟内完成，成功实施主泵泵壳的铸造以及质量控制。

参考文献：

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作者简介：张璐，1987年4月29日出生，男，汉族，本科，黑龙江省哈尔滨市，科员，研究方向：核工程方向。