秦　斌，李雅范，徐長征，鄭吉偉

(1. 哈爾濱電氣動力裝備有限公司， 黑龍江哈爾濱　150066；

2. 寶鋼特鋼有限公司， 上?！?00940 )

核主泵屏蔽電機屏蔽套C-276薄板國產(chǎn)化的難點分析

秦斌1，李雅范1，徐長征2，鄭吉偉1

(1. 哈爾濱電氣動力裝備有限公司， 黑龍江哈爾濱150066；

2. 寶鋼特鋼有限公司， 上海200940 )

摘要：從材料特殊性、國內(nèi)鋼廠技術(shù)條件不成熟、制造工藝流程、科研投入與產(chǎn)出4個方面對屏蔽套C-276薄板在國產(chǎn)化過程中的難點進(jìn)行了分析，并提出后續(xù)的研究重點為熱軋卷取工藝，以及對整套制造工藝流程的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：核主泵；屏蔽電機；屏蔽套；C-276

0引言

屏蔽套是核主泵屏蔽電機中的關(guān)鍵部件之一，實現(xiàn)屏蔽套材料的國產(chǎn)化是完成三代核電核主泵屏蔽電機國產(chǎn)化的重要任務(wù)之一。

在核主泵屏蔽電機中，屏蔽套薄板材料為耐蝕非磁性金屬哈氏合金Hastelloy C-276合金，該合金被認(rèn)為是萬能的抗腐蝕Ni-Cr-Mo合金，由于其同時含有16%左右的Mo和Cr元素，因此在氧化性介質(zhì)和還原性介質(zhì)中都具有較強的抵抗能力，又被稱為通用型耐蝕合金。與一般不銹鋼和其它耐蝕材料相比，它在各種腐蝕環(huán)境(包括電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕)中，具有耐各種形式腐蝕破壞(包括均勻腐蝕、局部腐蝕以及應(yīng)力腐蝕等)的能力，兼有很好的力學(xué)性能及加工性能，尤其適宜于化工制造、電廠煙氣脫硫、造紙、海洋開發(fā)等眾多領(lǐng)域的苛刻介質(zhì)環(huán)境，也被認(rèn)為是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的鎳基耐蝕合金之一，是具有電阻率高、強度高、導(dǎo)熱性能好、焊接性能優(yōu)的非磁性材料。

1國產(chǎn)化難點分析

屏蔽套材料的國產(chǎn)化是我國壓水堆核電技術(shù)重大專項的課題任務(wù)之一，但目前尚未完全實現(xiàn)國產(chǎn)化。通過分析屏蔽套材料國產(chǎn)化過程中出現(xiàn)的問題，認(rèn)為未能實現(xiàn)國產(chǎn)化的難點主要集中在以下4方面。

1.1材料特殊性

1) C-276合金成分復(fù)雜，在凝固過程中容易產(chǎn)生較嚴(yán)重的成分偏析，且碳、硅含量特別低，因此冶煉時成分控制的難度很大。

2) C-276合金變形抗力大，且存在著可鍛性差、開坯率低、軋制易開裂等問題，塑性變形困難。

3) 定子屏蔽套產(chǎn)品規(guī)格0.40 mm接近冷軋設(shè)備能力極限，同時要求板寬達(dá)1 020 mm，生產(chǎn)難度極高。該規(guī)格已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國內(nèi)鎳基薄板的標(biāo)準(zhǔn)要求，國內(nèi)鋼廠也沒有相關(guān)業(yè)績。

4) 對材料提出電阻率的特殊要求,而在ASTM B575標(biāo)準(zhǔn)中對C-276材料沒有電阻率的要求，因此在成分的設(shè)計和制造過程中，需要特別考慮產(chǎn)品的電阻率能否達(dá)標(biāo)。

5) 屏蔽套薄板需光亮退火交貨，單張薄板無法完成光亮退火，因此在制造時需經(jīng)過熱軋成卷工序，但由于C-276合金的變形抗力大，熱軋成卷困難。

1.2國內(nèi)鋼廠制造經(jīng)驗不足

目前國內(nèi)C276合金薄板的生產(chǎn)廠家有寶鋼特鋼有限公司(原上海五鋼公司)、長城特鋼公司、撫順特鋼公司等。長城特鋼公司和撫順特鋼公司的產(chǎn)品是以在1 200或1 400 mm 軋機上生產(chǎn)的1 000 mm×2 000 mm單張板為主，產(chǎn)品規(guī)格不能滿足屏蔽套薄板的要求，現(xiàn)有設(shè)備也不具備生產(chǎn)屏蔽套薄板的能力。寶鋼特鋼有限公司具有國內(nèi)唯一的一條特種合金板帶產(chǎn)線，其冷軋設(shè)備的設(shè)計能力為厚0.3～4.0 mm、寬1 250 mm, 能夠滿足屏蔽套薄板的尺寸規(guī)格要求。但由于寶鋼特鋼有限公司的此條特種合金板帶生產(chǎn)線是近年新增加的，尚處于設(shè)備調(diào)試和熟悉階段，而C-276合金本身是一種制造非常困難的材料，目前還需突破多個關(guān)鍵技術(shù)難題才具備屏蔽套C276合金薄板的生產(chǎn)能力。此外，由于屏蔽套是應(yīng)用于核電、軍工等敏感行業(yè)，美歐等國將相應(yīng)的技術(shù)和裝備視為敏感技術(shù)，限制學(xué)術(shù)交流和裝備出口，相應(yīng)的研究報道很少，必須依靠自主研究來攻克屏蔽套材料的制造難題。

因此，在屏蔽套材料課題執(zhí)行中，國內(nèi)可選擇的合作單位僅有寶鋼特鋼有限公司，且其沒有屏蔽套C-276薄板的制造經(jīng)驗。

1.3制造工藝上的難度

依托重大專項課題，哈爾濱電氣動力裝備有限公司與寶鋼特鋼有限公司合作，對屏蔽套C-276薄板的制造工藝進(jìn)行了研究，確定了屏蔽套C-276薄板的整套制造工藝流程。但由于屏蔽套C-276薄板的技術(shù)要求已超出寶鋼特鋼有限公司在鎳基合金板材的原有制造水平，因此屏蔽套C-276薄板國產(chǎn)化制造研究貫穿整個生產(chǎn)制造流程，包括冶煉、鍛造、軋制、熱處理等技術(shù)領(lǐng)域，需要突破以下的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵工藝：

1) 冶煉工藝

C-276合金成分復(fù)雜，冶煉時成分控制的難度很大，為獲得優(yōu)質(zhì)鋼水，需研究冶煉流程工藝設(shè)計、合金化成分及有害元素控制、脫氧技術(shù)及非金屬夾雜物控制技術(shù)，從而提高鋼液純凈度，降低有害元素、氣體含量和非金屬夾雜物。

2) 電渣重熔工藝

針對屏蔽套C-276薄板產(chǎn)品的特性，需要采用大規(guī)格的電渣扁錠。但對于C-276鎳基合金材料，錠型放大后成分偏析傾向非常明顯，組織均勻性控制難度顯著增大，且鎳基高合金電渣扁錠的技術(shù)在國內(nèi)還是空白，因此需研究電渣重熔鋼錠的工藝參數(shù)和質(zhì)量控制技術(shù)，確保電渣重熔扁錠的質(zhì)量滿足要求。

3) 鍛造開坯工藝

對于電渣重熔后的扁錠鋼坯，由于扁錠的表面積大，表面散熱快，且該合金變形抗力大，溫度稍低塑性即顯著下降，熱加工性差，開坯時極易開裂，因此需對扁錠的開坯工藝，以及合金的熱塑性、高溫性能、析出相狀態(tài)等開展研究。

4) 熱軋工藝

C-276合金高溫變形抗力大，最高可達(dá)普碳鋼5倍以上，溫度場變化規(guī)律比較特別，隨溫度降低變形抗力迅速增大，目前經(jīng)典的板帶軋制模型都不適用與鎳基合金，對于軋制力計算、道次分配、板形和尺寸精度控制、設(shè)備安全帶來了難題。因此需要通過研究合金熱物性、流變特性提供合適的軋制負(fù)荷計算解決方案，并通過熱軋溫度工藝窗口的研究，掌握軋件溫度變化規(guī)律，確定板坯軋制加熱溫度制度、控制合理的終軋溫度和頭尾溫度補償方案，開發(fā)出適合特種合金特點的板形控制技術(shù)。

5) 熱軋卷取工藝

C276合金變形抗力大，同時還要需滿足板寬的要求，在軋制鋼卷時卷取非常困難，為確保熱軋卷的順利卷取，需要對熱軋卷取工藝進(jìn)行系統(tǒng)研究。

6) 薄板冷軋板形、尺寸精度與表面質(zhì)量控制技術(shù)

冷軋時對板材的板形和殘余應(yīng)力的大小和分布的控制很重要，需要系統(tǒng)研究合金冷軋加工硬化機制及冷變形條件下組織演變規(guī)律，優(yōu)化軋制道次分配，針對高強度C276薄板研究并建立一套特有冷軋規(guī)程，形成板形控制技術(shù)，實現(xiàn)高尺寸精度、板形優(yōu)良、表面良好的薄板產(chǎn)品和特種合金冷軋技術(shù)。

7) 熱處理工藝

需研究熱處理工藝參數(shù)對合金組織、機械強度、電磁性能的影響，確定出合理的光亮退火工藝。

綜上可知，屏蔽套C-276薄板的制造工藝復(fù)雜、關(guān)鍵技術(shù)工藝難點多，需要很長的研制周期才能完成所有的研制工作。

1.4投入與產(chǎn)出不成比例

從設(shè)計角度考慮，每一臺核主泵屏蔽電機僅需定、轉(zhuǎn)子屏蔽套薄板各2張，由于屏蔽套薄板非常薄，單張重量只有12.5 kg ； 而從制造角度考慮， 由

于熱軋卷制成形工藝決定每次軋制至少投入鋼錠7t，僅原材料成本每噸約12萬元，而且對于屏蔽套C-276薄板這樣高要求的產(chǎn)品，研制中會出現(xiàn)各種問題。在實際的研制過程中，每次試制的原材料費用就高達(dá)100萬元，而冶煉工藝、鍛造開坯工藝、熱軋工藝都是經(jīng)過多次研制才最終確定的。因此，投入與產(chǎn)出完全不成比例，在科研經(jīng)費有限的情況下難以調(diào)動鋼廠的積極性。

2結(jié)語

綜上可知，材料的特殊要求、國內(nèi)鋼廠經(jīng)驗不足、制造工藝的復(fù)雜性和研究經(jīng)費的不充足是在課題的計劃研制周期內(nèi)屏蔽套材料未能完全實現(xiàn)國產(chǎn)化的主要原因。但是通過前期多輪次的試制及研究，目前已確定鋼錠的冶煉、重熔、鍛造、熱軋工藝、冷軋工藝和光亮退火工藝，也通過采用國外采購鋼卷的技術(shù)方案取得關(guān)鍵技術(shù)突破并生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，剩余的一項關(guān)鍵技術(shù)熱軋卷取工藝也取得一定進(jìn)展及成果，并且積累了屏蔽套材料的技術(shù)數(shù)據(jù)和制造經(jīng)驗。因此，在再次得到國家重大專項經(jīng)費的支持后，主要任務(wù)是進(jìn)一步深化研究熱軋卷取工藝，并對整套制造工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，最終實現(xiàn)屏蔽套C-276薄板的全部國產(chǎn)化的目標(biāo)。

多類似的其它靜壓軸瓦工具，應(yīng)用不同的工藝環(huán)境中。通過此理論支持可以應(yīng)用任何直徑的大軸軸頸位置，即滿足了生產(chǎn)加工要求，又形成了一套數(shù)據(jù)理論支持。