一种核电机组蒸汽发生器支承用金属缓冲块及其制备方法与流程

本发明涉及金属结构材料领域，尤其涉及一种核电机组蒸汽发生器支承用金属缓冲块及其制备方法。

背景技术：

1、核电蒸汽发生器支承用金属缓冲块，是一种利用金属丝网层叠烧结制成的多孔金属吸能元件。它安装在蒸汽发生器支承框架与厂房基础之间的环形间隙内，核心用途是：在正常运行期间允许蒸汽发生器因热膨胀产生的缓慢位移，几乎不产生热应力；在地震、主管道破裂（loca）等极端事故下，通过内部金属丝的塑性弯曲、屈服及摩擦，将冲击动能不可逆地转换为热能，同时提供稳定且递增的限位反力，柔和制动数百吨重的蒸汽发生器，保护一回路主管道及反应堆厂房结构安全。

2、现有技术中，此类金属缓冲块主要采用两种制备工艺：丝网编织工艺和螺旋卷缠绕工艺。其中，丝网编织工艺为国外主流技术路线，但现有产品在承载能力、回弹性能、事故后环境适应性及疲劳可靠性等方面存在以下突出问题：

3、（1）丝网编织法制备的金属缓冲块内部由二维编织网层叠烧结而成，密度较低，且层间仅有烧结节点连接，缺乏贯穿厚度方向的增强纤维。在大变形（≥60%）、高承载工况下，该层叠结构极易发生层间分离与结构塌陷，导致60%压缩位移下的压缩载荷难以达到450kn以上，无法满足华龙一号等大功率核电机组对支承缓冲块极限承载能力的要求。

4、（2）丝网编织缓冲块的力学行为主要依赖金属丝交叉节点间的摩擦与滑移，卸载后回弹能力不足。在经历60%压缩变形后，永久变形量往往超过10mm，难以保证事故后蒸汽发生器支承间隙的有效恢复，影响设备复位精度和后续安全功能的实现。

5、（3）无论是丝网编织工艺还是常规螺旋卷缠绕工艺，现有产品均未针对核岛事故后极端环境进行专门的材料选择与热处理匹配。在事故后190℃高温条件下，不锈钢丝材发生明显软化，承载能力大幅下降；在安全壳喷淋系统激活后的硼酸喷淋环境（硼浓度4000ppm，ph=9.7，温度50℃）下，材料表面易遭受硼酸腐蚀，长期服役可靠性尚未经过核级验证。

6、（4）现有产品未针对100kn级交变载荷、3000次循环的疲劳工况进行专门的结构设计与验证，缺乏疲劳累积后的承载能力和回弹性能保持数据，无法确认其在多次地震或振动叠加工况下的功能稳定性。

7、（5）截至目前，国内尚无通过第三方鉴定、且能同时满足上述承载、回弹、耐高温、耐腐蚀及疲劳性能全部技术要求的蒸汽发生器支承用金属缓冲块。相关产品完全依赖进口，存在供应链安全风险，且关键性能参数受制于国外技术，严重制约了我国自主化核电机组的安全保障能力。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种核电机组蒸汽发生器支承用金属缓冲块及其制备方法，满足蒸汽发生器支承要求，耐硼酸腐蚀，在60%大变形卸载后具有良好的回弹能力。

2、本发明提供了一种核电机组蒸汽发生器支承用金属缓冲块，所述金属缓冲块的长为49.5~50.5mm，宽为39.5~40.5mm，厚度为19.5~20.5mm；

3、所述金属缓冲块具有由奥氏体不锈钢丝螺旋缠绕形成三维空间网状结构。

4、作为进一步地技术方案，所述奥氏体不锈钢丝优选为304l奥氏体不锈钢丝、316l奥氏体不锈钢丝或者321l奥氏体不锈钢丝。

5、作为进一步地技术方案，所述奥氏体不锈钢丝的直径为0.2~0.5mm，所述螺旋卷的圈径为奥氏体不锈钢丝直径的10~12倍。

6、本发明提供了一种核电机组蒸汽发生器支承用金属缓冲块的制备方法，包括以下步骤：

7、步骤1：将奥氏体不锈钢丝绕制成密匝螺旋卷，所述螺旋卷的圈径为奥氏体不锈钢丝直径的10~12倍，圈径偏差不大于±0.1mm；

8、步骤2：将密匝螺旋卷进行定螺距拉伸，使螺距与螺旋卷的圈径数值均匀一致；

9、步骤3：将拉伸后的螺旋卷按44°~50°交叉缠绕轨迹在芯轴上缠绕成松散毛坯，控制毛坯质量在目标值±2%以内；

10、步骤4：将松散的毛坯放入模具内，冷压成型，脱模得半成品；

11、步骤5：对半成品进行清洗干燥；

12、步骤6：将清洗干燥后的半成品放入气氛保护炉中，通入氩气，保证炉内正压，以4~10℃/min升温至474℃~476℃，保温1~3小时，然后随炉冷却至室温，得到金属缓冲块。

13、作为进一步地技术方案，所述步骤1中，在绕制前还包括对奥氏体不锈钢丝进行表面质量检查，所述奥氏体不锈钢丝的直径偏差控制在±0.01mm以内。

14、作为进一步地技术方案，所述步骤4具体为：在1000kn伺服压力机上冷压成型，控制压机行程至毛坯厚度为15~20mm，保压3~10分钟，脱模得半成品。

15、作为进一步地技术方案，所述步骤5具体包括：将半成品置于超声波清洗机中，在50~60℃水温、40~50khz频率下清洗30~50分钟，去除油污和金属碎屑；然后在70~80℃鼓风干燥箱中烘干1~2小时。

16、作为进一步地技术方案，所述步骤6中，将清洗干燥后的半成品放入气氛保护炉中，通入氩气，保证炉内正压，以5~7℃/min升温至474.9℃~475.2℃，保温1~1.2小时，然后随炉冷却至室温，得到金属缓冲块。

17、作为进一步地技术方案，控制毛坯质量在71g~73g；毛坯长度55mm~59mm；缠绕角度44.5°~45.5°。

18、作为进一步地技术方案，所述步骤4中，成型压力为60kn~62kn。

19、与现有技术相比，本发明的核电机组蒸汽发生器支承用金属缓冲块及其制备方法，具备如下有益效果：

20、（1）本发明采用螺旋卷结构，定螺距拉伸后，在数控缠绕装置上按一定角度交叉缠绕轨迹缠绕成毛坯，再经模压致密化形成稳定的三维网状结构。螺旋卷之间相互勾连、交叉、摩擦，形成以摩擦耗能为主的力学耦合网络。通过控制缠绕角度、铺层方式和毛坯密度，可调控金属缓冲块的非线性刚度特性。在大变形下刚度持续增长，承载能力显著提升。

21、（2）缓冲块在100kn级交变疲劳载荷下具有长寿命，且疲劳后性能保持；硼酸喷淋后表面无腐蚀，60%载荷≥450kn，重量变化可忽略。190℃下60%载荷≥350kn，安全裕度20%，克服了常规产品高温软化的不足。

22、（3）本发明的制备方法中，通过应力退火热处理，保证缓冲块在190℃高温下的承载性能及尺寸稳定性，提高了金属缓冲块的承载能力；

23、（4）产品批产过程中的高一致性和可重复性。

1.一种核电机组蒸汽发生器支承用金属缓冲块，其特征在于，所述金属缓冲块的长为49.5~50.5mm，宽为39.5~40.5mm，厚度为19.5~20.5mm；

2.根据权利要求1所述的核电机组蒸汽发生器支承用金属缓冲块，其特征在于，所述奥氏体不锈钢丝优选为304l奥氏体不锈钢丝、316l奥氏体不锈钢丝或者321l奥氏体不锈钢丝。

3.根据权利要求2所述的核电机组蒸汽发生器支承用金属缓冲块，其特征在于，所述奥氏体不锈钢丝的直径为0.2~0.5mm，所述螺旋卷的圈径为奥氏体不锈钢丝直径的10~12倍。

4.一种核电机组蒸汽发生器支承用金属缓冲块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，在绕制前还包括对奥氏体不锈钢丝进行表面质量检查，所述奥氏体不锈钢丝的直径偏差控制在±0.01mm以内。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4具体为：在1000kn伺服压力机上冷压成型，控制压机行程至毛坯厚度为15~20mm，保压3~10分钟，脱模得半成品。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：将半成品置于超声波清洗机中，在50~60℃水温、40~50khz频率下清洗30~50分钟，去除油污和金属碎屑；然后在70~80℃鼓风干燥箱中烘干1~2小时。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤6中，将清洗干燥后的半成品放入气氛保护炉中，通入氩气，保证炉内正压，以5~7℃/min升温至474.9℃~475.2℃，保温1~1.2小时，然后随炉冷却至室温，得到金属缓冲块。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，控制毛坯质量在71g~73g；毛坯长度55mm~59mm；缠绕角度44.5°~45.5°。

10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，成型压力为60kn~62kn。