压水堆核电站控制棒驱动机构金属材料设计

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1、··压水堆核电站控制棒驱动机构金属材料设计兰银辉1，熊少阳2，尤磊1，刘克明3(1．中广核工程有限公司，广东深圳518124;2．上海海洋大学爱恩学院，上海201306;3．江西省科学院应用物理研究所，江西南昌330029)摘要:控制棒驱动机构为核反应堆系统中的重要设备。本文介绍了压水堆控制棒驱动机构的结构特点、功能及金属材料的选用原则，对所用奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、镍基合金和钴基合金的选用进行了具体分析。关键词:控制棒驱动机构;奥氏体不锈钢;马氏体不锈钢;镍基合金;钴基合金中图分类号:文献标识码:文章编号:1673－4971(2011)06－0024－05TG142．7ATheMeta

2、llicMaterialDesignofPressurizedWaterReactorControlRodDriveMechanismLANYin-hui1，XIONGShao-yang2，YOULei1，LIUKe-ming3(1．ChinaNuclearPowerEngineeringCompanyCo．，Ltd．，Shenzhenguangdong518124，China;2．AienInstitute，shanghaiOceanUniversity，Shanghai201306，China;3．JiangxiAcademyofSciencesInstituteofAppliedNan

3、changJiangxi330029，China)Abstract:Controlroddrivemechanismisimportantequipmentinnuclearreactorsystemofpressurizedwaterreactor．Thepaperintroduceditsstructure，characteristicthefunctionandtheselectedprincipleofthemetallicmaterialofPWRcontrolroddrivemechanism，andspecificlyanalyzedtheslectionofmartensit

4、icstainlesssteel，austenitestainlesssteel，nickelbasealloyandcobaltbasealloy．Keywords:controlroddrivemechanism;austenitestainlesssteel;martensiticstainlesssteel;nickelbasealloy;cobaltbasealloy压水堆控制棒驱动机构(简称CRDM)是核反应堆系统中重要的机械设备，是反应堆控制和保护系统的一部分;它按照指令带动控制棒组件在堆芯内上下运动、保持和改变控制棒组件在堆芯内的高度，在紧急情况下断电释放控制棒组件，使其快速

5、插入堆芯，从而达到反应堆的安全启动、功率调节、功率保持、正常停堆和紧急停堆;同时控制棒驱动机构是一回路冷却剂承压边界，是辐射防护的第二道屏障，必须保证反应堆压力边界的完整性，保证无任何冷却剂的泄漏。控制棒驱动机构由驱动杆部件、钩爪部件、耐压壳部件、线圈部件和棒位指示器部件组成。其中驱动杆部件、钩爪部件、耐压壳部件和线圈部件的磁轭等由金属材料组成(具体结构见图1、图2)。驱动杆下部的可拆接头连接控制棒组件，通过钩爪部件带动驱动杆运动，从而实现控制棒提升、下落和停止等功能。耐压壳部件安装于反应堆压力容器顶盖管座上，组成一回路边界，其腔室用于容纳钩爪部件和提收稿日期:2011－10－11作者简介:

6、兰银辉(1976－)，男，工程师，主要从事核电站材料设计。联系电话:0755－84478505;E－mail:lanyinhui@cgnpc．com．cn第6期兰银辉等:压水堆核电站控制棒驱动机构金属材料设计·25·供驱动杆运动空间，并将线圈部件与一回路冷却剂隔开。线圈部件套在耐压壳外部，线圈产生电磁力驱动钩爪带动驱动杆运动，棒位探测线圈感应驱动杆的位置。这些金属材料零部件长期承受高温(设计温度343℃)［1］、高压(设计压力17．2MPa)［1］，反应堆冷却剂的腐蚀等的作用。因此，对其选材有较高要求，既要具有耐高温、高压，又要具有足够的韧性、塑性及耐磨、抗冲击和抗腐蚀性能，对部分材料的磁性

7、能亦有较高要求。选材应考虑，但不限于以下要求:图1CPR1000CRDM结构示意图Fig．1StructurediagramofCPR1000CRDM图2CPR1000CRDM结构图Fig．2StructurechartofCPR1000CRDM1主要零部件选材依据和原则压水堆控制棒驱动机构属于重要的核岛主设(1)金属材料应符合ASTM、ASME、RCC-M等国际标准。对于CRDM国产化材料可以选用国家GB标