制备无焊缝整体不锈钢大环

　　中国科学院金属研究所李依依院士，李殿中和孙明月等人在国际上率先制备无焊缝整体不锈钢大环第四代核电具有许多优点，例如安全可靠，能源利用效率高且可持续性发展，许多国家，如美国、法国、日本等正在加快第四代核反应堆的建设。建造超大型核反应堆的需要相应地结构材料，其中一个关键问题是用于制造反应堆部件的重型工程结构的实用性。支撑环是反应堆的关键重型结构部件，可支撑整个反应堆容器和内部的7000多吨重量。此外，它也是反应堆容器的边缘，在工作条件下会承受高压，高温以及其他飓风荷载，地震荷载和静荷载。因此，支撑环的安全性和稳定性对于核反应堆至关重要。由于支撑环的最大直径可达15.6 m，因此理论上将消耗200吨以上的不锈钢。但是按照目前的冶炼技术，要实现他的一体成型技术，做出不含成分偏析、缩松和缩孔等缺陷的大环材是不可能的。以前，最常用的方法是制造焊接类型的支撑环，但是由于多次纵向焊接，支撑环的安全性和稳定性将大打折扣。这会造成材料的寿命缩短，严重造成资源浪费，给四代核电的发展形成空前的挑战。中国科学院金属研究所李依依院士，李殿中和孙明月研究员等人独辟蹊径，在全球率先发明金属构筑成形技术。该技术以多块小尺寸均质化板坯作为基元，通过表面活化 、真空封装、高温形变等手段，使构筑界面与基体完全一致，进而获得大锻件所需均质化母材，实现“以小制大”的新型制造。实现了世界上最大的整体式无焊支撑环（φ= 15.6 m）构筑成型。与必须通过较大的毛坯进行重型锻造的传统观念形成鲜明对比的是，该技术的核心思想是通过建造更小，更便宜的金属板来制造大型的高质量零件。在这个巨型环上，根本不存在所谓的焊缝，整体性能得到了显著提升，已经成功的运用于我国的第四代核电站反应堆制造，取得了显著的经济效益。得到了多位院士专家及企业的认可，并被评价为大构件制造领域的一项变革性技术。该技术具有低成本、高品质、质量稳定及绿色环保等优势，成为当前大环件制造的一种重要新兴技术。然而，虽然金属构筑技术能够制造高品质大型锻件钢坯，但由于该技术需要采用真空电子束封焊，对于一些难焊、不可焊金属，采用构筑技术则不能实现。该技术入选“共和国成就发展巡礼”，在央视多次播出。未来，这项技术有望解决舰船、核电、航天等战略性装备核心部件制造的难题，使我国工业发展实现质的飞跃。

图1 采用多层热压粘结法制造无焊缝不锈钢锻造环的工艺

　　首先对316不锈钢铸坯表面进行清理、整齐堆放，然后用电子束焊机进行真空封装。然后对整个包体进行热压粘合，界面完全愈合后成型为初始坯料形状进行二次热压粘合。接下来，两个初始的钢坯再被电子束焊机真空包装，然后热压结合成环轧制所需的大钢坯。随后进行冲孔、拉削、轧制，最终得到一个完整的支撑环。