核电站传热用不锈钢管材料的研究

2021-08-26 09:29:02

核能是一种廉价、安全、可靠和清洁的新能源。这是实现低碳经济的有效途径。核电等能源建设是关系国民经济发展的重要基础工程。对于能源资源有限、能源消耗量居世界第一的我国来说，发展核电更具战略意义。

自1954年苏联和1957年美国建立核电站以来，世界核电有了长足发展。据统计，2006年全球在运核电站441座，分布在31个国家或地区，年发电量占总发电量的16%。目前，世界核电主要分布在北美、欧洲和东亚，核电机组占世界总量的74%，装机容量占79.5%。排名前三位的美国、法国和日本核电设施占世界核电机组总数的49.4%和装机容量的56.9%。据相关国际组织统计，由于能源和环境的双重压力，加上世界核能技术进步，世界将在2010年前后掀起核能建设高潮。未来，许多国家将建设先进大规模建设核电站，并继续发展先进的核电站。能源系统。截至2008年3月，世界上核电发电量占总发电量25%以上的国家和地区有19个。其中，法国达到76.8%，欧盟为35%，美国为19.4%，日本为27.5%。目前仅超过1%。

我国核能发电起步较晚。我国大陆第一座核电站（即秦山核电站）于1994年投运。我国大陆共有3个核电基地，即浙江秦山核电基地，拥有5台核电机组和4台正在施工;广东大亚湾核电基地，拥有4台核电机组和2台在建机组；江苏田湾核电基地的2台机组已投产。其他地区也在建设核电站。我国目前核电规模不大。为保障能源供应安全，减少环境污染，我国将核能作为能源战略的重要组成部分，政策是“积极推进核能建设”。 2006年2月国务院《国家中长期科学技术发展规划纲要》号文件将“先进大型压水堆和高温气冷核电站”列为国家16项科技攻关项目。 2006年3月，国务院批复我国《国家中长期核电发展规划》（2005-2020）号。 2020年核电规划已经出台，经过30年左右的时间，我国核电发电有望达到目前世界核电发展的平均水平。虽然2011年3月日本福岛核事故让人们开始重新审视核电，但不可否认的是，核电在经济性、清洁性等诸多方面确实优于其他新能源。未来几十年，核电将继续保持强劲的竞争力。它以其清洁、安全、经济的优势，在保障能源供应安全、促进环境可持续发展、提高国民经济水平等方面发挥着至关重要的作用。

蒸汽发生器位于核岛上，其传热不锈钢管是核电站的关键部件。目前世界上蒸汽发生器用传热不锈钢管材质多为Fe-Cr-Ni合金，主要有304、800系列奥氏体不锈钢和600、690系列的镍基合金。国外核电站已经表明，以传热不锈钢管应力腐蚀开裂为代表的环境破坏是影响核电站安全运行的主要因素之一。因此，不锈钢管材及其制造工艺成为研究的热点。目前我国核电站蒸汽发生器用不锈钢管基本靠进口。国家开展核能设备国产化工作取得初步成效。但是，有必要对材料的成分进行深入研究。热处理、冷加工等因素对不锈钢管使用寿命的影响规律、新材料研发及关键制造技术。

核电机组最早的传热管主要是304不锈钢管和600合金管，传热管存在很多应力腐蚀开裂现象，因此研究较多。后来又开发了690和800，这两种材料都具有比较好的抗应力腐蚀性能。也有很多研究报告。研究发现，在一定试验条件下出现应力腐蚀开裂的800合金表面严重贫Cr。表面膜主要是Ni和Fe的氧化产物，表面膜中最高的Cr可使氧化膜结构稳定、致密、牢固，降低灵敏度。应力腐蚀开裂。关于Fe-Cr-Ni四种合金材料的研究，认为影响不锈钢传热管应力腐蚀开裂的材料因素主要是Ni和Cr含量的变化。结构需要深入研究，获得抗应力腐蚀开裂性能更好的材料。研究认为，材料的热处理和变形加工技术也很重要，适当的热处理工艺可以改变材料的组织结构，从而提高钢管的高温抗氧化能力。

M.CxAlvarez 等人研究了核电厂堆芯外高压等温环境中800 合金氧化层的平均厚度。分析表明，氧化表面出现水合物，膜内出现针状物。 RSDutta 等。即冷变形后的800合金合金中还有少量马氏体，在高温蒸汽条件下，合金表面会出现Fe和Cr的氧化物。退火后，Alloy 800 形成了TiC 和TiN 颗粒，腐蚀点开始于那些大的多面体颗粒，而不是小的球形颗粒。 BTLu等研究发现抗应力腐蚀断裂与R Dehmolari等人的断裂韧性有很大关系，发现800合金服役15年后，TiC会转变为Cr23C6+Ni16Ti6Si7，服役过程中也会形成析出物并且材料的延展性和韧性有所下降。