核电站用不锈钢无缝钢管国产化研究

国产化研究

1 核能发电概况

电力发展“十三五”规划指出，坚持安全发展核电的原则，加大自主核电示范工程建设力度，着力打造核心竞争力，加快推进沿海核电项目建设。“十三五”期间，全国核电将投产约3000万千瓦、开工3000万千瓦以上，2020年装机将达到5800万千瓦。

核能发电没有空气污染，不会加重地球的温室效应。核能燃料的能量密度比化石燃料高几百万倍，燃料体积小，运输与储存方便。但是，核能发电会产生高低阶放射性废料；使用过的核燃料，尽管体积不大，但具有放射性，必须慎重处理；核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故时泄露到环境中，会对环境及公众造成伤害。

2 压水堆核电站用不锈钢无缝钢管压水堆核电站使用的不锈钢无缝钢管，按照安全等级划分为核级和非核级；核级钢管又分为核1级、核2级和核3级。依据不同的安全等级，在设计、生产、检验、安装、运行等各个环节，又执行不同等级的质保要求（如质保1级、质保2级和质保3级）。通常，核岛一回路的不锈钢无缝钢管为核级材料，其中用于一回路冷却剂系统的所有承压边界设备和管道均属于核安全1级，核质保1级材料，部分蒸汽输送管道为核2级或核3级，质保2级材料；常规岛的二回路系统管道均为非核级，质保3级材料。

3 压水堆核电站用不锈钢无缝钢管

的性能要求

压水堆核电站的特点是反应堆内具有很强的中子和γ射线辐照及巨大的核能释放及反应性裂变产物。核电厂的部件结构、选材以及系统组成和安全设施等远比火电厂复杂、庞大和要求严格。为了保证反应堆安全运行和设计寿命，各部件在服役期内必须具有稳定性、完整性和可靠性。一般而言，核电站核1级不锈钢无缝钢管性能要求主要体现在以下几个方面。1）力学性能：不锈钢无缝钢管应具备足够强度、韧性和耐热性，以保证管路系统的稳定性和完整性。

2）化学性能：不锈钢无缝钢管应有抗局部腐蚀、抗全面腐蚀、抗高温氧化和高温蠕变能力；对晶间腐蚀和应力腐蚀不敏感、对冷却剂和燃料相容性好。

3）物理性能：不锈钢无缝钢管的导热率高、热膨胀系数小、熔点高。

4）辐照性能：不锈钢无缝钢管对辐照不敏感、辐照肿胀和辐照引起的性能变化小，辐照产生的感生放射性小、组织结构稳定、杂质和气体含量应该尽量少，尤其对于磷、硫含量和参与元素要严格控制。

5）工艺性能：不锈钢无缝钢管制造中的冶炼、铸造、锻压、轧制、热处理、无损检测以及安装过程中的对接焊、弯曲、胀接等工艺性能均应良好。

6）经济性：不锈钢无缝钢管应具有来源方便、生产工艺简单、成本低廉、使用经验丰富的经济性。

4 核电站用不锈钢无缝钢管的国产化

1994年，我国从法国成套引进大亚湾核电站1、2号机组和秦山核电站一期，之后二十多年，我国核电工业有了很大发展。核电站用不锈钢无缝钢管也走过了从检修应急时零星从国内采购非核级，到无缝管件用直管国内制造，到制造厂家严格按照HAF003的要求取证、整机成套供货的发展历程。

2005年，国内企业开始为秦山二期扩建工程和岭澳二期工程供应首批核级不锈钢无缝钢管，标志着我国无缝钢管行业开始具备为核电站成套供应核级不锈钢无缝钢管能力。

无论是美国西屋公司的AP1000堆型技术（我国消化吸收后为CAP1400），法国的M310堆型技术，还是我国自主研发的华龙一号技术，核岛一回路1、2、3级不锈钢无缝钢管现均已实现国产化

通常，核电站一回路用核级不锈钢无缝钢管选择的牌号为Z2CN18.10、Z2CN19.10N（控氮）、Z2CND17.12、Z2CND18.12（控氮）（依次对应美标的TP304L、TP304LN、TP316L、TP316LN；国标的022Cr19Ni10、022Cr19Ni10N、022Cr17Ni12Mo2、022Cr17Ni12Mo2N）；最大直径为711mm（台山1、2号机组核2级Z2CND17.12 Ф711mm×15.88mm，其他机组未见此规格），最小为13.7mm（核3级 Z2CN18.10 Ф13.7mm×1.65mm），最大壁厚为35.71mm（核1级 Z2CND18.12（控氮） Ф355.6mm×35.71mm），最小壁厚为0.8mm（核1级 Z2CN18.10 Ф9.52mm× 0.8mm）。我国基本都采用挤压/斜轧穿孔+冷轧或冷拔方式生产。以法国M310堆型技术为主的RCC-M规范规定，钢管应以热加工完成，小直径管可以冷加工完成。以AP1000堆型技术为代表的钢管，ASME规范规定可以热加工完成，也可以冷加工完成。

与其他行业用不锈钢无缝钢管不同，核电站用不锈钢无缝钢管除了区分核安全等级、核质保等级，并满足相应的质保要求外，在国产化制造过程中，还要满足以下几个要求。

1）化学成分中对Co含量进行严格限制，熔炼分析不超过0.20%，力争控制在0.10%以下；B含量成品分析不超过0.0018%（部分设备限制为不超过0.0015%）。

2）大多数钢管的壁厚与外径之比低于0.1，甚至低于0.03。对于管径超过200mm的钢管，外径控制、壁厚控制、椭圆度控制都很困难。

3）水压试验是必做的检验项目，且根据钢管的核安全等级的不同，水压试验用水的等级有严格限制。

4）不锈钢抗晶间腐蚀敏感性能测定规程按照含钼与不含钼区分，敏化温度分别为725℃和700℃，并对敏化过程的升温、降温速度有严格限制；在加铜屑的硫酸铜溶液中沸腾24小时，不得出现晶间腐蚀敏感性（RCC-M规范）。