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需求背景

双相不锈钢核电用大型叶轮因尺寸大、壁厚差大、材质特殊等原因，铸造难度较大。本课题对核电百万千瓦机组配套核心设备，循环水泵为“三回路心脏”双相不锈钢叶轮整体制造技术进行研发，主要针对铸造工艺设计、成型方案等进行研究，解决不锈钢叶轮均匀薄壁结构铸造易缩松、夹渣及浇注冷隔、叶轮内不规则曲面尺寸精度控制技术；通过铸件焊接工艺研究，解决双相不锈钢焊接过程中焊缝微观组织控制、力学性能控制技术；以及针对双相不锈钢叶轮质量控制技术的研究，设置双相不锈钢叶轮成型技术研究、双相不锈钢叶轮焊接工艺研究，实现核电配套海水循环泵用大型双相不锈钢叶轮的成功研发。

需解决的主要技术难题

本课题研发核电配套海水循环泵用大型双相不锈钢叶轮叶轮廓尺寸为2850×2100×1716mm，毛重8t，铸件材质为GX2CrNiMoN25-6-3。

相比于常规铸件，海水循环泵用叶轮的铸造难度高，主要表现在以下五个方面：

（1）内在质量要求高，部分区域出现缺陷、不合格风险大

铸件质量规范要求叶片与前后盖板交线处、叶片进出水边100mm范围内采用100%RT检测，验收等级不低于四级，不允许出现任何缩松缺陷。

（2）铸件尺寸精度要求高，尺寸不合格风险大

叶轮铸件内部含有多个弯曲度和尺寸精度要求高的叶片，上端壁厚40mm，轮廓最大尺寸2850mm。传统成型为外壳型腔与内部砂芯装配而成，由于铸件不规则曲面多，下芯后，尺寸无法测量，极易导致壁厚偏差，导致铸件报废。叶轮铸件组芯造型尺寸精度控制方式是本项目关键难题之一。

（3）性能要求高，材料工艺设计难度大

双相不锈钢中奥氏体和铁素体两相的相比例控制至关重要，如果两相比例失调，容易导致最终性能不合，包括力学性能、耐腐蚀性能等。控制材料合金元素的含量和热处理工艺参数是调控双相不锈钢各相比例的主要工艺措施。三代双相不锈钢Cr、Ni、Mo等合金元素含量高，铸造冷却过程中线收缩大，实际测量线收缩率达到***%，在干燥的动机甚至超过***%，而且高温强度低，冷却收缩受阻时，易产生铸造热裂纹。

（4）金相组织复杂，焊接控制难度高

双相不锈钢材料微观结构为铁素体+奥氏体组织。铁素体相和奥氏体相晶体结构存在很大不同，焊接过程和焊后冷却过程中，二者之间相互转化，导致焊接接头附近产生组织转变应力。接头力学性能降低和焊接应力共同作用，引起叶轮铸件焊后开裂，甚至导致铸件整体报废。叶轮焊接组织和应力控制技术的研发是攻克大型双相不锈钢叶轮制造技术的关键环节。

（5）实际服役条件复杂，质量及制造难点难以全面识别

由于实际服役条件复杂，双相不锈钢叶轮研制过程中可能出现难点识别不全的问题。采取措施，深入挖掘未识别到的难点是双相不锈钢叶轮研制过程中比不可少的一个环节。相关措施可能包括相关方技术评审及样件市场化应用验证及反馈。

期望实现的主要技术目标

1、力学性能指标：

（1）抗拉强度（MPa）≥650；

（2）屈服强度（MPa）≥480；

（3）延伸率（%）≥22；

（4）低温冲击功AKv(23℃±5℃)≥50J

2、材料微观组织：

铸件热处理后不得有晶间碳化物，铁素体含量应在40-60%之间。

2、NDT指标

（1）PT等级不应低于2级；

 检测位置：100%铸件过流表面，100%加工配合表面。

（2）RT等级不应低于4；

检测位置：级叶片与前后盖板交线处RT，距离叶片进口及出口部分100mm。

3、耐蚀性能指标

点腐蚀：试验温度50℃±2℃，时间24小时，腐蚀失重不应大于***；

缝隙腐蚀：试验温度50℃±2℃，时间24小时，腐蚀失重不应大于***；

晶间腐蚀：按照GB/T4334执行。

4、尺寸精度

尺寸公差符合CT12等级要求

需求解析

解析单位：“科创中国”宁夏科技服务团（宁夏回族自治区科学技术协会） 解析时间：2023-08-10

王解生

宁夏机械工程学会

秘书长

综合评价

此需求描述已足够清晰。本课题针对三代核电百万千瓦机组配套双相不锈钢叶轮整体制造技术进行研发，符合国家清洁能源发展政策，理想合理正确，对减少碳排放和企业的发展壮大有着极其重要的意义。具有较高的社会效益和生态环境效益。 此需求技术路线为：本项目总体采用大型合金钢铸件新产品研发技术路线，以顾客的显性要求、潜在需求和产品的技术指标为研究设计依据，产品设计应用DMADV的思想。按照“人脑”产品、“电脑”产品、“物理”产品的制造流程，以KOCEL-VM系统为核心，发挥标准库、专家库、知识库、典型工艺库的作用，输出最优的策划方案，形成“人脑”产品；以PLM平台为基础，实现数据规范管理和数据协同设计，配合最佳的仿真工具（NX、MAGMA、CAM等）实现关键节点的虚拟设计、关键制造环节仿真分析、虚拟检验，将策划方案转化为可执行的工艺方案，并检验其合理性，形成“电脑”产品；以智能体为核心，实现虚拟制造与智能制造的有效对接，最终制造出“物理”产品。

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