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(二)核电用钢的生产有多严,出厂文件跟钢板一样厚
在核反应堆三层防护中,除燃料包壳是锆合金材质以外,其他均由钢铁材料制成。在核电站的其他部分,更是广泛应用了多种类、多规格的钢材。不过,由于核电钢应用领域的特殊性,钢材的性能、技术质量指标、生产流程要求非常苛刻,因而生产难度大、准入门槛高。
(核电站用钢情况)
首先,由于核电钢长期工作在高温、高压、辐射等环境中,因此必须具有适宜的强度、较高的韧性及较低的脆性转变温度,且为了降低中子辐射影响,要控制合金元素含量。
其次,核电钢力学性能要求复杂、化学成分要求严格,核电关键设备用钢要磷含量小于0.01%、硫含量小于0.0005%,性能检测要在不同位置以及高温、常温及低温等不同状态下进行纵横向检验。
第三,钢板单重高、规格大,属超宽、超厚、超重型,生产难度大,如中国改进型百万千瓦级压水堆核电CPR1000蒸汽发生器筒体用钢,一张钢板单重就接近40吨左右。
最后,在投入使用前,专业人员还要对钢板进行严格的无损检测,包括100%超声波检验和钢板表面磁粉探伤。
(超声波检验和磁粉探伤)
为保证质量,核电钢生产实施终身追责制,每一道工序都必须有责任人签字确认,一旦因钢板质量问题造成事故,制造厂家和责任人也难逃其咎。
生产前,钢厂要先向用户和业务提供质保大纲、质量计划、技术条件等文件,经对方审核通过方可开始生产;生产中,每一张钢板、每一道工序完成,都需要三方共同到现场取样对质量、性能进行检验,确认无误后在质保书上签字。
不夸张地说,核电钢板出厂的时候,相关的文件差不多跟交付的钢板一样厚。
(核电钢生产的体系文件层次)
(三)中国的国产核电钢:从无到有,从有到强
人类和平利用核能始于1942年,不过中国的核电却起步较晚,1985年才开工建设第一座秦山核电站。但中国核电发展迅猛,中国目前在建核电总装机容量已占全球总量的40%。
核电钢的国产化路径与中国核电站的发展历史一脉相承。自1973年开始,中国启动研制核电钢,在由中国自行设计、建造和运营管理的秦山核电站建设中,中国钢厂成功研制和生产了特定型号的核电用钢并投入应用,国产核电钢实现了“零”的突破。
但是当时,核电站关键设备和高级别核电钢中国还不能生产建造,大部分需依赖进口。
2008年,中国首个二代改进型压水堆项目——福建福清核电站开工,国产核岛级蒸汽发生器用钢18MND5、16MND5等成功应用于项目建设,结束了中国不能生产高级别核电钢的历史。
并且,核电蒸汽发生器的核心部件690U形管于2010年成功实现国产化,中国成为全球第四个能生产该产品的国家。
(核电蒸汽发生器)
(690U形管)
在第三代核电站建设中,安全性比前两代更加受重视,中国核电团队在反应堆外面增加了钢制安全壳,“华龙一号”更是采用了双层安全壳的设计。
安全壳由SA738Gr.B钢板组成,它采用的是低碳、Ni-Cr-Mo(镍铬钼)成分系列,屈服强度在415兆帕以上,最大厚度106毫米。国内钢厂已经可以自主开发并通过权威机构评审,实现批量生产并应用于相关核电站建设。
目前,中国已经具备了第二代改进型和第三代核电站安全壳、压力容器、蒸汽发生器、主管道、堆内构件等关键用钢的生产制造能力,“华龙一号”综合国产化率超过85%。与此同时,核电钢国家标准正式实施,为中国核电设计单位的选材、采购及钢板的生产提供了标准依据,核电钢国产化有了更加坚强的支撑。
(第三代核电站主管道锻造)
结语
当前世界上公认的核电钢生产和使用标准仍是法国RCC-M和美国ASME-Ⅲ,而中国近年来在核电钢生产研发方面已经取得了较好的成果,在产品质量和稳定性上一直在努力追赶国际先进水平,不过,实现核电钢全球领先仍有很长的路要走。
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