材料科学前沿讲座文档

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1、核电站反应堆压力容器用刚的研究摘要：介绍了核反应堆压力容器用钢的国内外发展状况和演化规律，材料技术是核反应堆压力容器制造的关键技术，分析了不同的成分、热处理工艺、冶金工艺、制造工艺对材料性能的影响,最后预测了随核反应堆压力容器制造向大型化和一体化方向发展的状况下，核反应堆压力容器用钢的发展趋势。关键词：核电站；反应堆压力容器；热处理；性能随着人类生活水平的提高,世界各国对能源需要量的急剧增加，到2020年非化石能源占中国一次能源的比重将提高到15%。相比其他新能源，可短期内、大规模实现工业化发电只有

2、核电。世界各国如美国、英国、法国、日本、意大利等在上世纪50年代就建设了大批核电厂，所发电量占世界发电量的16%。由于风电、太阳能等受到发电成本、电网调峰、传输距离等等限制，使得核电成为新能源领域的重头。而从我国目前的电源结构看，煤电的比例长期在70%左右，核电仅占1.9%，与全球核电占总发电量16%的比例相差比较大。【1】发展空间很大。核电是一种技术成熟的清洁能源。与火电相比，核电不排放二氧化硫、烟尘、氮氧化物和二氧化碳。核电相对于其他能源，还有一大优势就是年利用时间长。核电在各种能源中年利用小时

3、数最长，可达7000小时左右，相比其他能源电力供应稳定，特别是相比较风电与太阳能等新能源来说，更适合作为电网中主要的电能来源以核电替代部分煤电，不但可以减少煤炭的开采、运输和燃烧总量，而且是电力工业减排污染物的有效途径，也是减缓全球温室效应的重要措施核电工业已成火电之外的重要能源工业。在核电站发展的50多年里，曾发生过多起因材料使用不当而造成的事故，因此本文重点对目前所占核电发电比例最大的压水堆核电站的一级承压设备———压水堆压力容器用钢的发展及现状进行了研究。1核电分类按堆型分类，核电主要分为以下

4、几类：（1）压水堆使用加压轻水（普通水）作为冷却剂和慢化剂，且水在堆内不沸腾的核反应堆。燃料为加浓铀。压水堆是目前最常用的堆型。（2）沸水堆沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。（3）重水堆重水堆是以重水作慢化剂的反应堆，可以直接利用天然铀作为核燃料。重水堆可用轻水或重水作冷却剂。（4）石墨气冷堆所谓石墨气冷堆就是以气体（二氧化碳或氦气）作为冷却剂的反应堆。这种堆有三种堆型：天然铀石墨气冷堆、改进型气冷堆和高温气冷堆。①天然铀石墨气冷堆天然铀石墨气冷堆实际上

5、是天然铀作燃料，石墨作慢化剂，二氧化碳作冷却剂的反应堆。②改进型气冷堆改进型气冷堆石墨仍然为慢化剂，二氧化碳为冷却剂，核燃料用的是低浓度铀(铀－235的浓度为2~3%)，出口温度可达670℃。③高温气冷堆高温气冷堆它是石墨作为慢化剂，氦气作为冷却剂的堆。（5）气冷堆用石墨慢化、二氧化碳或氦气冷却的反应堆。目前集中在氦气冷却的高温气冷堆上。（6）快堆由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能的核电站。快堆在运行中既消耗裂变材料，又生产新裂变材料，能实现核裂变材料的再生。根据国际原子能机构200

6、5年10月发表的数据，全世界正在运行的核电机组共有442台，其中：压水堆占60%，沸水堆占21%，重水堆占9%，其它堆型占10%。经过多年的努力，我国核电发展取得了显著的成绩。目前已经投运的核电机组有11台，总装机容量910万千瓦。截止2008年，核电占全国电力装机总容量的1.3%，核电年发电量683.94亿千瓦小时，占全国总发电量的2%左右。到2020年，我国核电装机容量、在建容量及发电量，均将分别超过4000万千瓦、1800万千瓦和2800亿千瓦我国将在最近一段时间内加快核电建设的步伐。2.国内

7、外反应堆压力容器钢种演化介绍核反应堆压力容器(简称RPV)属厚壁压力容器。一台900MW压水堆压力壳的内径约4m，高10~12。，其活性区壁厚可达220mm，而接管段的壁厚则接近300mm，整个压力壳的重量在350~400t之间。RPV是一个承受高温、高压、受放射性幅射的特殊高压容器。它是一个由顶盖组合件、筒体组合件、容器密封环、螺栓及螺帽组合而成的圆柱形容器，核燃料的裂变反应就在这个高压容器内进行。RPV的主要设计参数为:工作压力14~16MPa，设计压力是工作压力的1.5倍，水压试验压力是工作压

8、力的1.5倍；设计温度340~350℃，反应堆出口温度310~320℃，反应堆入口温度280~290℃，设计寿命为40年[2]。核反应堆压力容器用钢的选择需要同时考虑强韧匹配、可加工性、焊接性能、抗中子辐照性能等。由于核电站初期的堆型都是小型轻水反应堆，所以当时的压力壳用钢的选用是根据低合金压力容器钢在石油化工压力容器技术和使用中的经验选定的。当时选用的是抗拉强度较小的碳钢，如美国最初实验堆用为核电压力容器的SA201B的钢，随后在1955年以美国和欧洲为代表的国家，