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图2 钠冷快堆用钢的发展路线图
1、快堆关键部件材料的国产化研制
目前实验快堆的关键部件还不能完全国产化,材料的服役性能数据库也不健全。开展快堆部件的国产化研制,能够缩小我国与先进国家在核电领域的差距,并为大型商业快堆的国产化奠定基础。
快堆关键部件材料的国产化研制主要包括:①燃料组件材料T i稳定化的316不锈钢的国产化制造;②堆内主要结构材料316和304不锈钢的国产化制造;③蒸汽发生器材料2.25Cr1Mo(T22)钢的国产化制造;④控制棒动导管、主钠泵支撑密封环以及栅板联箱主螺栓的国产化制造。
2、快堆关键部件新型材料的基础研究
开展具有更加优异的高温力学性能、耐辐照(累积辐照剂量可达上百dpa)及与高温钠和水具有良好相容性的新型材料的基础研究。快堆关键部件新型材料的基础研究主要包括:①新型燃料包壳和外套管材料,如F/M钢和ODS钢;②新型堆内构件用低碳控氮不锈钢,如316LN和304LN;③新型蒸汽发生器结构材料,如T91(改进型9Cr-1MO)和T92钢。
3、快堆关键部件材料的寿命评价及老化管理
钠冷快堆的使用寿命为40~60年,关键部件在反应堆运行过程中的老化、失效以及寿命评估问题需要密切关注,亟需开展关键设备和材料的寿命评价和老化管理研究。研究的成果可以应用于实验快堆部件的寿命预测,并推广到示范快堆和商用快堆的寿命评估。
快堆关键部件材料的寿命评价及老化管理主要包括:
① 研究关键结构材料在钠中的老化评定方法和鉴定标准;
② 研究反应堆压力容器和堆内构件的寿命管理及检测关键技术;
③ 研究钠冷快堆中高温部件的剩余寿命评估方法。
4、快堆关键部件材料的研发平台建设
快堆关键部件材料研发平台的建设,能够建立从基础研究到产业转化的一体化部署,推进快堆产业的整体技术创新。
快堆关键部件材料的研发平台建设主要包括:
① 建立快堆材料的堆内辐照考验设施和大型热室;
② 完善快堆材料的微观结构和性能测试分析平台;
③ 搭建快堆材料的堆外高温考验和钠-水相容性考验设施;
④ 建设快堆材料成分设计与组织模拟的高性能计算平台;
⑤ 成立快堆材料从冶炼成形、加工装配到服役管理的产业联盟。
四、结语
钢铁材料广泛应用于核电站中的关键部件,占核电机组部件采购成本的80%以上。我国正迎来核电开工建设的高潮期,核电设备及用钢产业将迎来很好的发展机遇。在引进消化吸收国外先进核电机组的同时,我国应尽快提高核电关键部件的国产化,尤其是核电用钢的国产化,着手建立核电用钢的选材标准和评价体系。同时,我国应抓住第4代核电站发展的新机遇,加大钠冷快堆相关设备和材料的研发力量,使我国尽快成为核电大国和核电强国。
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