本專著繫統地回顧了我國核電鍛件的自主研發歷程， 以解決世界性難題為目標， 以具體產品實例為契入點，運用大量翔實的試驗數據對超大型核電鍛件從傳統制造邁向綠色制造(胎模鍛造、仿形鍛造及近淨成形鍛造) 過程中的理論創新、技術研發及工程實踐進行了詳細的闡述， 並對其中的失敗案例進行了深入剖析， 揭示了工程應用領域技術創新的本質。 針對核電裝備的預期走向， 對超大型核電鍛件未來的發展趨勢進行了展望。
本專著含有２５００ 餘幅圖片和２００ 多份表格等珍貴技術資料， 客觀真實地再現了超大型核電鍛件１ ∶ １ 評定、解剖及制造的研發經歷， 是一代工程技術人員心血的結晶， 對穩定和提高超大型核電鍛件質量具有一定的參考價值，對未來新技術研發亦具有指導意義。
本書可供核電裝備設計、制造、監管者以及將要從事核電裝備的專業技術人員和管理人員參考。

序一
序二
前言
第１篇緒論
第１章核電鍛件概述５
１.１核電簡介５
１.２發展核電的必要性１０
１.３核電鍛件自主化及核電裝備
“走出去”１１
１.４核電鍛件的重要性１２
第２章超大型核電鍛件特性及
綠色制造１８
２.１規格超大形狀復雜１８
２.２技術要求高２０
２.３大型化及一體化２０
２.３.１ＲＰＶ鍛件２１
２.３.２ＳＧ鍛件２１
２.４綠色制造２２
２.４.１胎模鍛造及仿形鍛造２３
２.４.２近淨成形鍛造２５
２.５鍛件制造資質３１
２.５.１制造資格取證３１
２.５.２鍛件評定３２
２.５.３核安全許可３３
２.６制造過程控制３３
２.７產品質量的可追溯性３５
２.７.１母材見證件３５
２.７.２焊接見證件３５
第３章鍛件制造設備與工裝特點３６
３.１制造設備的超大型化及
自動化３６
３.１.１冶煉及鑄錠設備３７
３.１.２鍛造設備４１
３.１.３熱處理設備４４
３.１.４試樣制備設備４９
３.２工裝的超大型化及復雜化５２
３.２.１ＳＧ水室封頭管嘴翻邊
裝置５２
３.２.２小型堆一體化頂蓋模鍛
工裝５３
３.２.３轉子中心孔超聲波探傷
裝置５３
３.２.４鋼錠抬梁及弔鉗５３
３.２.５鍛造起重機及翻鋼機５６
３.２.６坯料翻轉機５７
３.２.７回轉裝置５９
３.２.８非對稱鎖緊式半球體夾緊
裝置６０
３.２.９雙端不對稱變截面筒體同步
變形裝置６１
３.２.１０超大直徑鋼錠火焰切割機
６３
第４章核電鍛件的評定、解剖檢測及
驗證６４
４.１評定６４
４.１.１一體化頂蓋６４
４.１.２一體化底封頭６７
４.１.３泵殼６８
４.１.４整鍛低壓轉子７２
４.２解剖檢測７８
４.２.１ＲＰＶ接管段７８
４.２.２ＳＧ管板７９
４.２.３ＳＧ水室封頭８０
４.３研制及驗證８３
４.３.１６００ｔ級鋼錠的研制８３
４.３.２６００ｔ級鋼錠的驗證８６
４.３.３ＲＰＶ接管段法蘭全截面測溫
及性能檢測８７
第５章核電鍛件制造技術對比９０
５.１冶煉及鑄錠９０
５.１.１低硅控鋁鋼的冶煉９１
５.１.２超大型鋼錠制造９３
５.２ＲＰＶ一體化鍛件９４
５.２.１頂蓋９４
５.２.２底封頭９７
５.３ＳＧ鍛件胎模鍛造９８
５.３.１管板９８
５.３.２水室封頭９８
５.４近淨成形鍛造１００
５.４.１接管段１００
５.４.２錐形筒體１００
５.４.３主管道空心鍛造１０１
５.５整鍛低壓轉子的純淨性與
均勻性１０３
５.５.１純淨性１０３
５.５.２均勻性１０４
第６章典型核電鍛件成形過程的數值
模擬與比例試驗１０５
６.１成形工藝研究１０５
６?u56752.１?u56752.１自由鍛成形工藝１０５
６.１.２數值模擬１０７
６.１.３物理模擬１０７
６.１.４比例試驗１０８
６.２數值模擬軟件的選擇及邊界
條件的優化１０８
６.３物理模擬及比例試驗１０９
６.３.１整體頂蓋物理模擬１０９
６.３.２水室封頭管嘴翻邊比例
試驗１０９
６.３.３水室封頭近淨成形比例
試驗１１０
６.３.４主管道低熔點合金內支撐
彎曲比例試驗１１１
第７章核電鍛件制造的發展前景１１３
７.１產品質量穩定與提高１１３
７.２標準的自主化１１４
７.３鍛件的綠色制造與極端制造１１５
第２篇超大型鋼錠研制及應用
第１章核電用鋼化學成分設計與
優化１２１
１.１Ｍｎ－Ｍｏ－Ｎｉ鋼１２１
１.２不鏽鋼１２２
１.３Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｏ－Ｖ鋼１２７
１.３.１電爐氧化及ＬＦ爐精煉原料
成分控制１２７
１.３.２超純轉子鋼冶煉及鑄錠
要求１３１
第２章制造方法的創新１３３
２.１低硅控鋁鋼的冶煉１３３
２.１.１低硅的影響１３４
２.１.２控制鋁含量１３６
２.２保護澆注１３７
２.３二次補澆１３８
２.４空心鋼錠１４０
２.４.１大氣澆注１４０
２.４.２真空澆注１４３
２.５直桶型精煉鋼包底吹氬
新工藝１４６
２.５.１試驗原理及方法１４６
２.５.２試驗結果分析與討論１５０
２.５.３結論１５６
２.６ＭＰ工藝研究１５６
２.６.１研究目標及研究內容１５７
２.６.２研究方案及研究過程１５７
２.６.３結論１６１
第３章優質耐火材料１６２
３.１水口磚１６３
３.１.１鎂碳磚１６３
３.１.２復合磚１６４
３.１.３鋯質磚１６４
３.２導流管１６５
３.２.１分體式１６５
３.２.２整體式１６６
３.３塞棒１６７
３.３.１分體式１６７
３.３.２整體式１６７
３.４長水口１６９
３.４.１試驗研究１６９
３.４.２工程應用１７４
第４章中間包１７８
４.１傳統中間包１７９
４.１.１數值模擬１７９
４.１.２溫度場計算結果分析１８１
４.２新型中間包１８５
４.２.１包內鋼液流動數值模擬
研究結果分析１８５
４.２.２工程應用１９９
第５章超大型鋼錠的解剖２００
５.１解剖方案２００
５.２純淨性２０１
５.３致密性２０２
５.４制造技術對比２０２
５.５對傳統觀念的突破２０３
第３篇壓力容器鍛件
研制及應用
第１章壓水堆頂蓋２１３
１.１分體式２１３
１.２整體式２１４
１.２.１產品研制２１４
１.２.２產品制造２２５
１.３一體化２３６
１.３.１產品研制２３６
１.３.２產品制造２４９
１.４制造方式對比２５０
１?u56752.５經驗教訓及預防措施２５５
第２章壓水堆接管段２５９
２.１分體式２６０
２.２整體式２６９
２.２.１鍛造２６９
２.２.２熱處理２７２
２.２.３解剖檢測２７５
２.２.４國內外制造方式對比２７９
２.２.５經驗教訓２８０
２.３半一體化２９０
２.４一體化２９２
第３章壓水堆下封頭２９８
３.１分體式２９８
３.２一體化２９９
３.２.１產品研制２９９
３.２.２產品制造３１１
３.２.３國內外制造方式對比３１５
第４章其他鍛件３１８
４.１壓水堆其他鍛件３１８
４.１.１筒體３１８
４.１.２過渡段３１８
４.１.３接管３１８
４.２沸水堆鍛件３２３
４.２.１下封頭３２３
４.２.２法蘭３２３
４.２.３筒體３２４
４.３小型堆一體化頂蓋３２５
４.３.１工藝性分析３２６
４.３.２主要研究內容３２６
４.３.３滿足設計要求及保證質量的
分析３２６
４.３.４制造工藝３２６
４.４高溫氣冷堆鍛件３３１
第４篇蒸汽發生器鍛件
研制及應用
第１章壓水堆上封頭(橢球封頭)
３４１
１.１分體式３４１
１.２整體式３４３
第２章壓水堆錐形筒體與管板３５４
２.１錐形筒體３５４
２?u56752.１?u56752.１覆蓋式鍛造３５４
２.１.２仿形鍛造３５５
２.１.３近淨成形鍛造３５６
２.２管板３６３
２.２.１鍛造３６３
２.２.２熱處理３６７
２.２.３評定與解剖３７０
２.３國內外制造方式對比３７６
２.３.１錐形筒體３７６
２.３.２管板３７７
第３章壓水堆下封頭(水室封頭)
３７８
３.１分體式３７９
３.２整體式３８２
３.３胎模鍛造３８３
３.３.１產品研制３８４
３.３.２產品制造３９７
３.３.３經驗教訓４０３
３.４管嘴翻邊４１７
３.４.１產品研制４１７
３.４.２產品制造４１９
３.５國內外制造方式對比４２２
３.５.１帶非向心管嘴整體水室
封頭４２２
３.５.２帶向心管嘴整體水室
封頭４２３
第４章其他鍛件４２４
４.１壓水堆其他鍛件４２４
４.１.１上部筒體４２４
４.１.２下部筒體４２６
４.２高溫氣冷堆鍛件４２８
第５篇其他Ｍｎ－Ｍｏ－Ｎｉ鋼鍛件
研制及應用
第１章穩壓器及堆芯補給水箱
鍛件４３５
１.１穩壓器鍛件４３５
１.１.１上封頭４３５
１.１.２下封頭４３７
１.２堆芯補給水箱鍛件４４９
１.２.１筒體４４９
１.２.２上封頭４５１
１.２.３下封頭４５２
第２章主泵鍛件４５４
２.１泵殼４５４
２.１.１自由鍛造４５４
２.１.２仿形鍛造４５７
２.１.３近淨成形鍛造４６６
２.２殼法蘭鍛件４７２
２.２.１強韌性提升方案４７３
２.２.２優化效果４７４
第３章核廢料罐鍛件４７８
３.１工藝性分析４７８
３.２滿足設計要求和保證質量的
分析４７８
３.３制造工藝４７９
３.４性能結果４８１
第６篇不鏽鋼鍛件研制及應用
第１章基礎研究４８６
１.１主管道用不鏽鋼材料介紹４８６
１.２材料特性及成分優化４８６
１.２.１３２１不鏽鋼４８６
１.２.２３１６ＬＮ不鏽鋼５０１
１.３冶煉及鑄錠５０５
１.３.１雙真空５０６
１.３.２ＥＳＲ５０６
１.４晶粒度影響因素研究５０６
１.５晶粒細化及均勻化比例試驗５２０
１.６不鏽鋼的防污染研究５２６
第２章主管道鍛件管坯鍛造５３０
２.１實心鍛件５３０
２.２空心鍛件５３２
２.３近淨成形鍛件５３３
２.４國內外制造方式對比５４２
第３章主管道彎制、機加工及
熱處理５４５
３.１彎制方式５４５
３.２內部支撐５４９
３.３機械加工５５２
３.４固溶熱處理５５３
第４章其他不鏽鋼鍛件５６０
４.１ＣＥＮＴＥＲ５６０
４.１.１超大型不鏽鋼鍛件的研究
內容５６１
４.１.２結論５７０
４.２堆內構件５７１
４.２.１堆芯支撐板５７１
４.２.２壓緊彈簧５７５
４.３快堆支撐環５７７
４.３.１冶煉及鑄錠５７８
４.３.２鍛造５７８
４.３.３熱處理５７８
第７篇常規島鍛件研制及應用
第１章常規島轉子簡介５８３
１.１常規島汽輪發電機組５８３
１.２核電轉子的發展歷程５８３
１.３核電轉子工況及要求５８５
１.３.１轉子工況５８５
１.３.２核電轉子材料５８５
１.３.３核電轉子要求５８５
第２章核電轉子制造技術及裝備
研究５８６
２.１核電轉子國外研究進展５８６
２.２鍛造技術研究５８７
２.２.１鐓粗研究５８８
２.２.２撥長方法選擇５９２
２.２.３ＦＭ法的優化研究５９６
２.２.４ＦＭ法對水壓機振動的影響
研究６１３
２.２.５ＪＴＳ鍛造方法研究６１５
２.２.６材料熱鍛性能及晶粒演化
研究６１６
２.３熱處理技術研究６２０
２.３.１鍛後熱處理工藝研究６２１
２.３.２性能熱處理工藝研究６２４
２.４大型開合式熱處理裝備
研制６２９
２.４.１加熱和淬火設備形式
研究６２９
２.４.２開合式熱處理爐研制６２９
２.４.３開合式淬火設備研制６３０
２.４.４大型開合式熱處理裝備
研制效果６３２
第３章核電轉子試制與評定６３３
３.１整鍛低壓轉子試制６３３
３.１.１冶煉及鑄錠６３３
３.１.２鍛造６３４
３.１.３熱處理６３６
３.２試制轉子的性能檢測６３８
３.２.１化學成分分析６３９
３.２.２力學性能分析６４０
３.２.３組織、晶粒度、夾雜物
分析６４１
３.２.４長心棒拉伸試驗６４２
３.２.５無損檢測６４３
３.３試制轉子解剖６４３
３.３.１解剖方案６４３
３.３.２解剖６４４
３.３.３各種解剖數據分析６４７
３.３.４解剖分析結論６５１
第４章產品制造６５２
４.１汽輪機整鍛低壓轉子６５２
４.１.１冶煉及鑄錠６５３
４.１.２鍛造６５５
４.１.３熱處理６６３
４.２汽輪機焊接轉子６６５
４.２.１輪盤６６５
４.２.２軸頭６６７
４.３汽輪機低壓轉子整鍛與分鍛的
對比６７０
４.４發電機轉子６７２
４.４.１冶煉及鑄錠６７２
４.４.２鍛造６７２
４.４.３熱處理６７３
４.４.４產品主要技術指標６７４
第８篇存在的問題與
未來發展設想
第１章問題與不足６８５
１.１鍛件質量不穩定６８５
１.２現有標準的不適應性６８５
１.２.１Ｍ３１０ＳＧ水室封頭６８５
１.２.２Ｍ３１０ＳＧ管板６８５
１.３熱處理餘量的不合理性６８８
１.４特殊性能試驗的不完整性６９０
１.４.１輻照環境下性能試驗６９０
１.４.２冷卻劑環境下性能試驗６９０
１.５材料的潛力有待挖掘６９０
１.６模擬軟件邊界條件需要不斷
優化６９２
１.６.１超大型鋼錠的凝固模擬６９２
１.６.２鍛件成形模擬中成形力
偏差６９２
１.７取樣位置的代表性有待探討６９３
１.７.１ＲＰＶ封頭６９４
１.７.２ＳＧ管板６９５
第２章設想與展望６９８
２.１材料的挖潛與研發６９８
２.１.１原有材料的挖潛６９８
２.１.２新材料的研發６９８
２.２制造工藝的創新６９９
２.２.１鋼錠/制坯６９９
２.２.２成形７０１
２.２.３晶粒與應力７０３
２.３設備與工裝能力進一步加大７０５
２.３.１２００１０００ＭＮ液壓機７０５
２.３.２１２００ＭＮ鍛擠壓機７０６
２.３.３超大直徑鍛件測量裝置７０８
２.４團隊建設７０８
２.４.１學習型團隊７０８
２.４.２綜合型人纔７０９
參考文獻７１０
索引７１５

為了適應核電裝備長壽期、大型化等發展需求，超大型核電鍛件應運而生。長期以來，我國重主機而輕配套的發展思路，致使超大型鍛件依賴進口供貨，國產件能力與質量難以滿足要求，已成為重大裝備工業發展的瓶頸並受制於人。在第三代核電技術引進中，外方不同意轉讓大型鍛件制造技術，大型鍛件制造技術已成為我國發展重大裝備工業的瓶頸之一。為了盡快實現超大型核電鍛件的自主化並達到國際先進水平，由中國第一重型機械集團公司牽頭，聯合國內優勢企業、高等院校及科研院所，承擔了國家“十一五”科技支撐計劃及大型先進壓水堆核電重大專項等科研課題，開展了長達十年的超大型核電鍛件研究與制造工作。
超大型核電鍛件的綠色制造具體體現為鍛件的胎模鍛造、仿形鍛造及近淨成形鍛造。超大型核電鍛件的制造已很“難”，一體化超大型核電鍛件的制造“更難”，而近淨成形鍛造的一體化超大型核電鍛件綠色制造則是“難以想像”。科研團隊秉承著核電鍛件超大型化和綠色化的研制理念，不斷向“不可能”發起挑戰。在近乎“一窮二白”的基礎上，攻堅克難、“屢敗屢戰”，經過不懈努力，取得了多項世界之最的優異成績。
目前，全球經濟發展進入新常態，導致熱加工產能嚴重過剩，６０ＭＮ及以上液壓機開工率平均不足３０％。雖然超大型核電鍛件“熱火朝天”、供不應求的局面可能“一去不復返”了，但能源裝備“清潔、綠色、高效”的發展趨勢，對超大型核電鍛件的需求是永恆的。國家核電裝備“走出去”戰略的實施，也必將為超大型核電鍛件的發展提供更加廣闊的空間。因此，我們將十幾年來在超大型核電鍛件研究與制造方面的經驗、體會和教訓編撰成冊，對如何進行繫統性基礎研究、如何進行低成本工程化試制，以及怎樣實現綠色化、產業化、批量化生產進行了闡述，對未來的發展趨勢進行了展望。
本書共分８篇３３章。第１篇從超大型核電鍛件的重要性、主要特點、創新性研發以及國內外同類制造技術對比等方面進行了綜述；第２篇對超大型核電鍛件的坯料———超大型鋼錠的研制進行了論述；第３７篇分別重點對各種堆型的壓力容器、蒸汽發生器、主管道等核電鍛件以及常規島鍛件研制及應用實踐和經驗教訓進行了詳細闡述；第８篇對核電超大型鍛件研制中具有代表性的問題與不足進行了列舉，對未來發展進行了展望。
本書是工程實踐經驗的總結與提煉，含有直徑?４０００ｍｍ的６００ｔ級超大型鋼錠和直徑?３０００ｍｍ的汽輪機整鍛低壓轉子鍛件解剖等大量珍貴技術資料，希望能成為核電裝備的設計、制造、質量管理人員，特別是超大型鍛件研究制造工作者的技術工作指南。此外，由於本書涉及的內容已突破了傳統論述，亦可供高等院校及研究院所從事熱加工理論學習的人員參考。
本專著采用大量工程實踐的圖表展示了超大型核電鍛件綠色制造技術的先進性，為了保證試驗數據的真實性及完整性，本專著少部分圖表及描述采用了機械工業出版社出版的?超大型核電鍛件綠色制造技術?相關內容。
本書由王寶忠執筆並統稿，劉穎、聶義宏、金嘉瑜、趙德利參與了部分章節的撰寫；劉凱泉、曹志遠、高建軍曾參與了?超大型核電鍛件綠色制造技術?專著部分章節的撰寫。
在超大型核電鍛件綠色制造技術研發工作中，得到了上海核工程研究設計院、清華大學、燕山大學、重慶大學、東北大學、太原科技大學、中國科學院金屬研究所、鋼鐵研究總院和機械科學研究總院等單位的大力支持，在此一並表示感謝!
由於我們的水平有限，書中不妥及疏漏的地方，敬請讀者批評指正。
著者
二○一七年十一月