前期核电站的部分主管道曾选用低合金钢管,并在管内堆焊不锈钢。之后的核电主管道遍及选用18-8型奥氏体不锈钢,并在此基础上不断优化成分和出产工艺。安稳化的奥氏体不锈钢:在18-8型不锈钢中参加钛(Ti)或铌(Nb)进步耐晶间腐蚀功能,但其焊接功能欠好且形成夹杂物过多,影响弯管的加工。

  304和316奥氏体不锈钢:304不锈钢在18-8型奥氏体不锈钢基础上下降碳含量,316钢又参加了2%的钼(Mo),但它们在480~820℃之间长时间逗留仍有“敏化”的倾向。

  超低碳304L和316L奥氏体不锈钢:在原来的钢种上持续下降碳含量,获得了优异的耐晶间腐蚀、焊接功能和加工功能,但最大的问题是强度不足。

  第2代压水堆核电站的一回路主管道选用的是铸造双相不锈钢,在奥氏体基体中增加少数的铁素体(12%~20%),不仅进步了材料的强度和抗热裂性,还可以按捺应力腐蚀的发作。但铁素体含量不能超过20%,不然会发作较严峻的热老化现象。

  第3代压水堆AP1000核电站的一回路主管道选用全体铸造的316LN奥氏体不锈钢,归于超低碳控氮奥氏体不锈钢,是在316L的基础上参加氮元素,既可以进步材料的强度,同时仍坚持较高的塑耐性水平。

  反应堆压力容器用钢

  反应堆压力容器在高温、高压、流体冲刷和腐蚀,以及强烈的中子辐照等恶劣条件下运转,其设计寿数不低于40年且不行替换。

  压力容器材料有必要满意以下特别要求:足够高的纯净度、致密度和均匀度,恰当的强度和杰出的韧塑性,优秀的抗辐照脆化和耐时效老化功能,优秀的焊接性、冷热加工功能以及优秀的抗腐蚀功能等。

  压力容器材料一般都是在工程上老练的材料基础上改善而成的。

  最早的压力容器材料选用锅炉用碳(C)-锰(Mn)钢A212B(锻件为A105),随后改用淬透性和高温功能更好的Mn-Mo钢A302B(锻件为A336)。

  20世纪60年代中期对A302B钢增加镍(Ni),发展出淬透性和耐性更好的Mn-Mo-Ni钢A533B(锻材为A508-Ⅱ钢)。

  A508-Ⅲ钢在A508-Ⅱ钢基础上,通过下降C、铬(Cr)、Mo含量,进步Mn含量发展而来,是现在大型压水堆压力容器的首选材料。

  蒸汽发作器用钢

  蒸汽发作器的效果是把一回路冷却剂从反应堆内带出的热量持续传递给二回路介质,并使其变为蒸汽推动汽轮机发电。

  因为要接受高温、高压和介质的腐蚀、磨蚀等效果,蒸汽发作器部件尤其是传热管对材料功能的要求很苛刻。

  前期的核电站因为蒸汽发作器选材或加工工艺不妥等发作过多原因蒸汽发作器故障而停堆的事端,如1989年法国的某1300MW核电站,1993年的美国特洛伊核电站和载恩核电站,2000年美国印第安角核电站等。

  图11 蒸汽发作器内的U型管

  蒸汽发作器的外壳(包含上封头、上筒体、下筒体以及锥形体)由铁素体钢板制成;

  U型传热管曩昔运用18-8不锈钢,现在已广泛选用690、800等Ni基合金;

  管板选用高强度低合金钢铸造而成,一回路冷却剂侧为不锈钢堆焊层。

  核级阀门用钢

  核级阀门在核电设备中归于要害附件,连接了核电站的300多个子系统,其品种首要有闸阀、截止阀、止回阀、蝶阀、安全阀、主蒸汽阻隔阀、球阀、隔膜阀、减压阀和控制阀等。尽管核级阀门在核电站的建造本钱中占比很小,但在核电站一切部件的修理本钱中,核级阀门的修理本钱占有了50%以上。

  图12 控制阀

  核级阀门选用的材料一般需求具有杰出的耐蚀性、抗辐照、抗冲击和抗晶间腐蚀,因而在一些主系统中均选用低碳乃至超低碳奥氏体型不锈钢做主体材料,并选用一些强度高、耐性好、耐高温高压、抗冲蚀和擦伤功能优越的合金材料来做阀杆或密封面等零件。

  依照阀体材料的挑选,核岛中碳钢阀门约占41%、不锈钢阀门约占55%、其他材料阀门仅占约4%。

  堆内构件用钢

  堆内构件是指压力容器内除燃料组件及相关部件外的悉数结构部件。

  其部件繁多、结构杂乱、精度要求高,且需求接受高温高压、中子辐照、冷却剂腐蚀等检测。因而,反应堆内构件材料的选材准则一般为:强度恰当高、塑耐性好、能抗冲击和抗疲劳;中子吸收界面和中子俘获截面以及感生放射性小;抗辐照、耐腐蚀并与冷却剂相容性好;热膨胀系数小;杰出的焊接和机加工工艺功能。

  第2代压水堆核电站的堆内主体结构材料一般是奥氏体不锈钢,如304L、304LN、321、347、310,螺栓类材料为316LN、321H不锈钢,某些特别件选用了马氏体不锈钢,如压紧绷簧的1Cr13。

  第3代压水堆AP1000核电站,其功率更大、寿数更长,对堆内构件的成分和功能要求更严。其主体结构材料选用铸造的F304和F304H奥氏体不锈钢,压紧绷簧选用改善型的403马氏体不锈钢。

 

  附言:核电用钢的八个特点

  核电用钢特点首要包含以下几个方面:

  1、核电用钢品种齐全、规模广泛。钢种涵盖了碳素钢、合金钢、不锈钢及镍基材料等,而且均有较为严厉的要求。因为核岛设备用钢长时间工作在高温、高压等环境,因而要求具有适合的强度、高的耐性及低的脆性改变温度(NDT)。

  2、核电用钢出产难度大,挨近国内外先进轧机极限水平。首要是钢板单重重、标准大,属超宽、超厚、超重型。如CPR1000蒸汽发作器筒体用钢18MND5,仅一张钢板单重就挨近40t左右。

  3、严厉的化学成分要求。惯例岛设备用钢一般要求P、S含量在0.015%以下,而核岛设备用钢则要求P、S含量小于0.010%、0.0005%。

  4、严厉、杂乱的力学功能要求。取样数量显着增多,需求在交货状态、试模拟焊后热处理(SPWHT)后进行高温、常温及低温等不同状态的不同方位进行纵横向查验,如稳压器用16MND5钢板,一张钢板要求最多需查验50余个冲击试样。

  5、在工作温度下要有杰出的安排安稳性、可焊性、冷热加工性核抗疲劳强度,在反应堆辐照条件下应具有杰出的抗辐照脆化敏感性。

  6、考虑长时间接受中子辐射效果,因为合金元素越多,全体抗中子辐射才能越弱,一般选用抗辐射才能强的稀疏合金元素钢材,现在世界各国广泛认同的是Mn-Ni-Mo系低合金高强度钢。

  7、核电用钢首要分为碳钢及合金钢两大范畴。国际上较为典型的核电用钢首要有美国的A508-3、A533(B、D)、德国的BHW35、法国的16MND5、日本的SFVV3等。

  8、具有严厉的无损检测要求。核电设备用钢大都需求进行100%超声波查验,钢板外表需求进行磁粉探伤,同时对探伤操作人员资质提出了较高的要求。(材料来源于网络,求和不锈钢交流共享!)

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