[00339620]核电管道“轴向补料-径向挤压”热挤压工艺和模具技术

成果简介：

根据核电主管道和复杂管件的结构特点，为解决厚壁且较长的多接管嘴成形问题，提出核电主管道和大型复杂管件“轴向补料-径向挤压”成形新工艺，深入研究金属轴向与径向的协调变形和接管嘴的协调变形的基本规律，完成大型不锈钢管道和复杂管件的近净成形；此外本单位开发了一种大型核电不锈钢主管道“轴向补料-径向挤压成形”模具，这种新型模具结构，既能适应核电主管道的空间结构复杂性，又便于大尺寸工件放入与取出，同时具备有效的润滑与冷却系统。

与传统工艺的实心锻件相比，挤压成形可以显著缩短制造周期，在节能、节材、缩短制造周期、降低成本等方面有很大优势。挤压工艺与挤压装置（模具）密切相关。挤压产品不仅尺寸精度高而且表面质量好。合理的挤压工艺不仅可以提高坯料的变形能力和综合性能。而 AP1000 核电主管道大型复杂构件复合挤压加载成形是多模具约束、多参数作用下的不均匀变形过程，再加上构件结构复杂和材料组织敏感的特征，使得成形过程中宏微观变形机理极其复杂。通过本课题的研究，设计了用于带有双管嘴异形管件的挤压装置。这些成果表明，采用挤压方法生产 AP1000 核电主管道具有生产效率高、材料利用率高、能耗低且产品质量性能稳定等特点，对于 AP1000 核电主管道的工业化产品生产具有指导意义。

推广应用情况：

开展了复杂管件热挤压相关的实验、理论和模拟方面研究，实现了核电主管道 1：3 模拟件的一次挤压成形。在此基础上，联合申报了“河北省管道工程技术中心”，开展了“特种合金大型无缝管热挤压工艺与模具技术研究”、“大型厚壁钢管、复合管热挤压模拟和仿真研究-河北省管道装备工程技术中心建设项目”的合作研究等项目。多年来，围绕 5 万吨热挤压机组旨在合作开发研究高端大型厚壁无缝管、复杂管件等新、特产品等方面的前期合作良好合作，能够第一时间从现场需要出发进行了相应的技术支持。本单位多次到现场进行调研和研讨，并基于现场多种技术需求进行了实验和理论研究工作，如先后开展了Incoloy 825 合金圆管热挤压工艺、特种合金圆管热挤压工艺、IN825. TC4 合金圆管热挤压工艺、异型管挤压工艺、2.3MW 和 4MW 风机主轴挤压工艺、斜三通挤压工艺、阀门挤压工艺与模具、740Li 镍基高温合金管热挤压过程开裂缺陷研究、双金属复合管热挤压理论与技术、核主泵壳热挤压工艺和模具等相关的技术攻关研究。同时，通过对核电不锈钢管道和大型复杂管件挤压成形制坯、挤压成形工艺和模具等技术进行系统研究，将形成用于大型不锈钢管道和管件成形的 5 万吨挤压机组生产线一条，实现示范应用，为核电、船舶、石油化工等领域提供高品质管道、管件等产品，形成产业化。

技术优势：

与锻造成形相比，挤压成形过程中金属各部分连续变形，成形时间短，可在1 道次中实现大变形量的变形且变形均匀，有利于晶粒度的控制，因此挤压成形在提高产品质量和缩短制造周期方面具有显著优势。本课题针对核电不锈钢管道和大型复杂管件，提出“轴向补料-径向挤压”成形新方法，主要研究大口径不锈钢管的垂直挤压、复杂管件的挤压成形技术以及主管道试验件挤压工艺研究等，在目前世界最大的 5 万吨立式挤压机组上实现不锈钢管制坯和带接管嘴大尺寸厚壁管件挤压成形。

市场分析：

相关技术可应用于：核电、发电设备、船舶用大型复杂管件的制造；重型锻造成形设备的配套工艺和制造。

经济效益分析：

与 AP1000 核电主管传统的实心锻造工艺相比，挤压成形可以显著缩短制造周期，挤压成形的管坯内孔和外圆的余量很小，实现近净成形，锻件材料利用率由 36.5%提高到 75%，在节能、节材、缩短制造周期、降低成本等方面有很大优势。

通过研究核电主管道与核电超级管道等复杂管件的成形工艺及组织控制等制造技术，解决我国核电、发电设备用大型复杂管件的制造难题，提高我国重型锻造成形设备的配套工艺水平和制造能力，满足发电设备、船舶等领域对高效、优质、低成本、长寿命大型复杂管件的需求，使我国大型复杂管件的制造技术达到国际先进水平。

成果亮点：

1. 具有自主知识产权，研究成果已授权发明专利 2 项，申请 4 项。

2. 成果来源：国家科技重大专项。

3. 技术先进性：世界关键制造著名企业意大利 IBF 公司采用整体锻造方法研制成功 AP1000 核电主管道；国内来说完成全套 AP1000 核电主管道制造的是中国二重和渤船重工联合研发团队，采用的是实心锻造 镗孔工艺制造。目前国内外尚未出现采用挤压工艺制造主管道的相关报道。本项技术处在国际先进水平。