陈 洪1，钟文斌1，王 伟2
（1.中广核工程有限公司，广东深圳518124；2.东方电气广州重型机器有限公司，广东广州511455）
摘要：介绍了厚壁不锈钢筒体冷卷制造技术，通过分析找到确定筒体卷制所需的重要参数，并将其成功运用于核岛设备安注箱的制造，为后续类似筒体的制造累积了经验。
关键词：不锈钢；厚壁筒体；卷制；安注箱
筒节成型是压力容器制造的重要工艺之一，对于容器的大型厚壁不锈钢筒体，在实际生产制造中，由于不锈钢筒体热卷难度大，通常采用锻件进行制造[1-4]。且大型厚壁不锈钢锻件制造成筒体，成本高、效率低、难度大[5-7]。笔者根据制造厂实际设备能力，以及相应产品中不锈钢筒体几何尺寸、制造成本等相关因素，对大型厚壁不锈钢筒体采用了冷卷成型技术。以核电站CPR1000堆型常规岛安注箱筒体冷卷成型为例，阐述了大型厚壁不锈钢筒体冷卷成型技术在实际生产制造中的运用。
2.1 标准的要求
核电站CPR1000堆型常规岛安注箱筒体使用RCC-M 2007标准，根据安注箱筒体制造过程中上游技术文件的要求，它是RCCM核安全2级，材料为：Z2CN19.10AC，制造尺寸为：DN3 578mm× 76 mm×2 623 mm。由R-CCM第F4113章节，可知圆柱筒体应变率A：
其中：e——筒体名义厚度；Rf——成形后零件中心线曲率半径；Ro——成形前零件中心的曲率半径。
根据筒体的制造尺寸参数，e=76 mm，Rf= 1 789 mm，Ro=无穷大（板材展开180°曲率半径为无穷大），计算得出筒体最大应变A小于10%，根据R-CCM相关规定，当奥氏体不锈钢冷卷最大应变率小于10%时，无需卷制工艺评定。
2.2 卷板压力的确定
卷板不锈钢厚壁圆筒体在HAUESLE液压4辊卷板机上的压弯是属于U形件弯曲，其弯曲力的计算公式为[8]：
其中：F-筒体压弯力；L-筒体长度；δ-板材厚度；r-弯曲内侧；σb-奥氏体不锈钢抗拉强度，为480 MPa；K-修正系数，一般取1.3。
由筒体的制造尺寸，计算得出筒体自由弯曲力F=3 815.38 kN，筒体冷卷采用型号为VRM-hy4200×130的HAUESLE液压4辊卷板机，且该压卷板机辊压力P最大值为600 MPa，可以对安注箱筒体进行自由弯曲。
2.3 筒体展开长度的确定
根据筒体弯曲件坯料尺寸的计算经验[9]，安注箱筒体在冷卷前展开的长度L的计算公式为：
其中：L=π×（?内径+δ板厚）－理论中径展开尺寸，?内径为筒体内径，δ板厚为均匀取8点检测钢板厚度得出平均板厚；L预弯-两端预弯直段；Δ= L1+L2-H-筒体卷后伸长量，L1为滚压时产生的压延量，L2为中心层伸长量，H为纵缝焊接后收缩量。
四辊卷板机卷制筒体时：受到上辊和下辊的挤压力F0，使钢板壁厚减薄，产生压延量L1卷制时受到左右辊推力F，产生弯曲变形，可能发生中性层向内偏移，几何截面中心层受切向拉力，产生伸长量L2，见图1。
图1 滚压受力图
L1的计算公式：
其中：δ为筒体壁厚76 mm，DN为筒体内径3 578 mm，卷板系数K根据材质取0.06，可得L1≈14 mm。
L2的计算公式：
其中：r-筒体内半径；δ板厚-材料厚度；K-中性层系数；p=r+Kδ板厚-筒体卷制后中性层半径。
根据弯卷工艺经验数据：当r/δ板厚＞6.5时，K值取0.5，代入上式可得：L2=0。这正好解释了卷制后几何截面中心层与中性层重合，中性层在冷卷后没有发生向内的偏移中性层相应的伸长量为0。安注箱不锈钢筒体纵缝为双面坡口，板厚为76 mm，根据经验公式及相关标准[10]，冷卷后纵缝焊接后收缩量选取为H=5 mm。
综上得：△=L1+L2-H≈8 mm，因伸长量较小，此尺寸可在最终合拢前划线时进行修正。同时由于左右两端预弯直段各为250 mm，L预弯= 500 mm，根据公式（3）计算出理论中径展开尺寸L≈11 479 mm。
3.1 板材划线及准备
根据上述计算冷卷前展开的长度L≈11 479 mm，实际制造过程，选择板块胚料长度为12 000 mm，对板材展开划线，见图2。
在制造过程中，确保：对角线之间、平行线之间误差≤3 mm；监视线与线锤垂直线的距离误差≤1 mm，中线与线锤垂直线的距离误差≤1 mm。
3.2 筒体的预弯
先在钢板一端预弯，卷板机应逐渐升压卷制钢板，在卷制过程中，用样板检查预弯段情况，但不得过卷。按上游技术文件要求，在预弯段用样板检查，棱角度控制采用弦长等于1/6设计内径Di，且不小于300 mm的内样板检查，圆弧处与样板之间的间隙应≤2 mm，一端预弯合格后预弯另一端。卷制过程中，卷板机升压数据压力表数值及用样板检查数据记录妥。预弯弧长见图3。
图2 板材划线
3.3 筒体的卷制
卷圆时钢板在上下辊之间放正，板材边缘与辊筒轴线应严格保持平行。采用将板上的标记与辊轴线上的划线标记对正来保证。卷制筒节时，逐次减少筒体的曲率半径，进行多次卷板成型。卷制过程中用样板控制卷制量和调离卷板机，控制过卷及每一次卷圆的变形量控制在总变形时的30%。卷制完成后用等离子切割去除一端预弯端，见图4。
图3 筒体预弯
以已气割坡口面为基准，划另一端去除线，坡口线，其中考虑筒体的伸长量。二次划线尺寸的确定：最终合拢前筒体开档尺寸为Y：两预弯直段+筒体预合拢间隙+筒体回弹量≈700 mm，对应的开档角度X≈21°，通过几何计算得出L最终=11 702 mm，见图5。
图4 卷制完后的切割
图5 合拢前的尺寸
打磨纵向坡口，检测坡口角度及直线度，并对坡口面进行无损探伤，结果合格。
3.4 筒节焊接合拢
清理去除钢板表面的灰尘和油污，将筒体吊上卷板机，卷制筒节合拢。在卷板机上侧辊顶住来保证纵缝间隙，筒体内壁点焊序号1。筒节纵缝坡口为窄间隙坡口，先手工焊序号2，清根后再自动焊序号3与序号4，见图6。由于焊接位置的限制，在焊接中纵缝可能会变得扭曲或变成“喇叭”形，为了防止该类变形，在筒体纵缝端口上用星型支撑顶住，焊接时控制焊接顺序，见图7。焊接完成后纵缝100%射线探伤，结果合格。
图6 合拢焊接坡口示意图
图7 筒体焊接防变形控制
通过厚壁不锈钢筒体冷卷成形工艺的研究和分析，并以核电站CPR1000堆型常规岛安注箱筒体冷卷成型为例，解决了厚壁不锈钢筒体冷卷成形技术难题。相应冷卷成形技术也可用于其他材质的厚壁筒体冷卷，如核岛设备上面蒸发器筒体、稳压器筒体等大型设备不锈钢筒体卷制成形。
参考文献：
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CHEN Hong1，ZHONG Wen-bin1，WANG Wei2
（1.China Nuclear Power Engineering Company Ltd.，Shenzhen 518124，China；2.Dongfang Electric Corporation(Guangzhou)Heavy Machinery Company Ltd.，Guangzhou 511455，China）
Abstract：The key parameters for rolling technology for thick-walled stainless steel cylinder at room temperature are obtained through analysis.And this rolling technology is successfully applied in the manufacture of safety injection tank of nuclear plant，which accumulates the experience for the similar stainless steel cylinder.
Key words：stainless steel；thick-walled cylinder；rolling；safety injection tank
中图分类号：TG315.7
文献标识码：B
文章编号：1009－9492(2017)04－0067－03
第一作者简介：陈洪，男，1965年生，四川宜宾人，大学本科，高级工程师。研究领域：核电站压力容器制造。已发表论文3篇。
(编辑：向飞)
DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2017.04.017
收稿日期：2016－10－13
Rolling Technology for Thick-Walled Stainless Steel Cylinder at Room Temperature
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