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核岛设备金属材料国产化可行性分析(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2011/10/21 14:37:54   

  所属频道:  核电    关键词:  核电设备 核电技术 核电项目

随着我国《核电中长期发展规划(2005-2020年)》的批准通过,核电发展战略由原先的“适度发展”转变为“积极推进”,今后核电将在电力结构中扮演更重要的角色,同时也给我国钢铁业、核电设备制造业的发展带来了历史性机遇。

目前国际核电界已经有多种核电设计制造运行标准体系,如法国的RCC-M、美国的ASME、俄罗斯的FOCT、德国的KTA等。但在我国,由于核电政策原因,一直未能形成统一的核电技术路线,堆型的选择也不完全一样,有自行设计制造的秦山一期核电厂(压水堆);也有从国外引进的,如法国技术的大亚湾核电站 (压水堆)、俄罗斯技术的田湾核电站(压水堆)、加拿大技术的秦山三期核电厂(重水堆);日前正拟从国外引进第三代APl000(美国西屋电气有限公司) 或EPR(法国阿海珐集团)的技术。受其影响,我国的核电制造与运行也未能形成统一的标准体系。不过,现行我国核电政策和形势已经明朗,即无论从何引进,必须走通过技术引进、中外合作以实现核电国产化的道路。

在不同核电制造体系中,核电设备均分为承压部件和非承压部件2大类,对承压件的制造与采购须严格按规范进行。我国前期的多个核电项目的原材料或部件的主要采购自法国、英国、美国、日本、韩国或其他一些欧洲国家。随着世界各国对核电的重新认识和核电新项目的启动,原材料资源争夺战日趋激化,使采购成本与周期也受到极大影响。

随着我国核电政策变化、中外合作和国外技术援助的逐步到位、对引进技术的消化和对核电厂建设国产化的进程加快,以及我国冶金和铸锻、加工水平的提高,为了减低采购成本、缩短交货周期,我国后期的核电项目所需原材料或部件必须大规模地国产化。也就是说,以前从国外采购的部件,将视原材料和要求的不同以及国内钢铁业的实际发展,很可能转向国内采购。由于法国RCC-M规范在我国核电建设中仍占相当重要的地位,加之RCC-M也源自于ASME规范,因此,依据 RCC-M规范对核电金属材料或部件的要求,对这些材料国产化的可行性和存在的问题进行分析。

1 RCC—M规范中对所用金属材料的概述

由于核电部件安全性的要求,RCC-M规范对承压部件以及涉及安全功能的非承压部件所用金属材料有相当多的特殊要求。该规范有一套非常完整而系统的体系来规范这些金属材料的生产、采购和使用。

RCC-M规范第1卷各篇中的2000章说明部件的技术规范是否适用或是否只有总则适用,设备的技术规范书可以在此基础上追加一些要求。此卷的 B,C,D,E,G,H,J各篇中的2000章给出了用于各篇所包括设备的制品或部件制造相关材料的选择及使用条件,其中B,C,D,G篇中还规定了奥氏体或奥氏体一铁素体不锈钢应满足的晶间腐蚀要求,以及奥氏体钢、奥氏体—铁素体不锈钢、Ni-Cr-Fe合金的钴含量的要求;B 2500章还给出了需按适用参考采购技术规范附录1确定RTNDT温度的相关部件。

RCC-M规范的M篇,用整卷篇幅对压水堆核电设备上的制品或部件的制造及采购做了详尽细致的规定,并在不同的章节里分类提供了大量制品或部件采购技术规范,其中部件采购技术规范主要是从冶金的角度提出了一些必须重视的问题。M1000~M6000篇对制品或部件的采购提出的专门技术规范和要求,是在结合材料总原则的基础上,对具体制品或部件的采购技术要求进行了规范、细化。这些技术规范主要涉及到订货范围、熔炼工艺、化学要求与成分分析、制造(包括锻、轧、铸和处理要求)、力学性能、表面检验和表面缺陷、尺寸检查、标识、清洁度、包装运输和试验报告等。

在规范的第Ⅲ卷、第Ⅳ卷和第V卷中,还规定了各类金属材料和部件制造过程中的具体检验方法、热处理和使用要求等。

规范中所引用的钢种,主要是法国或欧洲标准中的一些牌号和其他一些规范(如ASME)有基本对应的材料。

2 各类金属材料国产化可行性

2. 1 M1000碳钢

M1000为碳钢类制品或部件的技术规范,分为铸件、锻件、钢板、钢管及配件等。这些材料,由于是普通的碳钢类,除了牌号与国内有所不同,其他方面以国内现行的冶炼装备、制作生产水平是可以达到的。有相当多的钢厂可以生产的这些材料。

当然,由于是在核岛内使用,对这些材料还有相应的要求。除了化学成分、热处理(含模拟热处理)、力学性能、冲击性能、无损检测外,还要对将进行性能热处理的部件取样,进行模拟热处理,模拟部件在随后的制造加工过程中所受到的热处理情况。模拟热处理可能要求对加热与冷却速率进行控制,这对热处理炉设备的要求并不低,也向国内材料制造商提出了新的要求。

2.2 M2000合金钢

M2000是专门针对低合金钢类制品或部件的技术规范,主要是Mn,Ni,(Cr),Mo的锻件、钢板和封头等,或Ni,Cr,Mo,(V)的锻造棒材,或Ni,Cr,Mo钢板。这些材料用于核岛内极为重要的制品或部件,依其在反应堆中所处的位置,均存在不同程度的辐照(特别是反应堆压力容器),RCC- M规范对这类大型重要部件提出了较多特殊要求,主要有冶炼、化学成分、锻造比、热处理(含模拟热处理)、力学性能、冲击性能、无损检测等方面的要求,特别是材料的冲击性能。这是因为冲击性能的高低反映了钢的冶金质量和成品热处理质量,是材料的强度和塑性的综合表现,是对核压力容器性能劣化作出评估和定量分析的2个重要参数(即上平台能量USE以及RTNDT参考温度)的数据来源。同样,这些材料也要求进行模拟热处理,并在模拟热处理时要求对加热与冷却速率进行控制。

虽然这些要求较高,国内仍有部份钢厂可能承制这些重要制品或部件。对大型重要锻件,国内企业有中国第一重型机械集团公司、上海重型机械厂、中国第二重型机械集团公司等;中小型锻件则可依托贵州航天新天新力铸锻有限责任公司、上海昌强电站配件有限公司等;钢板可依托舞阳钢铁有限责任公司、宝钢集团有限公司、武汉钢铁(集团)公司等;棒材则可能来自于湖北新冶钢有限公司、宝钢股份特殊钢分公司、东北特殊钢集团有限责任公司、攀钢集团四川长城特殊钢有限责任公司等。

来源:中国核电信息网
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