核工程材料概述

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1、核反应堆材料压水堆核电站结构•核电站原理：核裂变释放出的核能，被载热剂一回路水带出，并经过蒸汽发生器使二回路水变成蒸汽，蒸汽再驱动汽轮发电机组进行发电。•反应堆所用的各种材料在成份、工艺、组织和性能上，都比常规电站材料要求严格第一章绪论•一、.堆材料在核电站中的作用•反应堆材料在核电站运行中影响反应堆的安全性和机组寿命；•反应堆材料对核电站的建设速度、质量、数量和水平都起到重要的作用。•在核电站的发展和新堆型的开发中，需耍材料科学的发展,以大量材料数据作为基础，开发新材料。•首先各国反应堆运行经验表明，运行上出现的问题或故障抢修,追究其原因

2、,多半都与材料有关。•其次，反应堆材料的工况比较复杂，除受温度、压力和腐蚀介质作用外，还受到中子辐照，由此而引起的性能恶化，对安全存在威胁。•第三，如果堆材料的使用性能与工况要求不相匹配或者余量不足，将会使零、部件失去预定服役效能而引起失效或损坏。这表明，在设计和建造反应堆过程中，每个部件、每个环节都离不开材料问题。•第四，从降低成本、延长寿命和改进堆型考虑，必然涉及到合理选材、改进工艺和开发新材料的问题。•第五，在核电站的定型化、标准化、系列化和商品化的各阶段中，都需要有大量材料数据作基础•二、材料结构•材料结构是指组成材料的原子（或离子

3、、分子）相互结合的方式或构成的形式以及结构要索按一定次序的组合、排列及相互间的各种联系。•三、材料结构的具体内容•1.组成材料的原子（或离子、分子）的构造•2.组成材料的原子（或离子、分子）间的结合•3.纽成材料的原子（或离子、分子）的排列•4.材料结构内存在的缺陷•四、材料的性能•1.材料的性能是材料结构反作用于环境的能力•2.材料的性能是由材料结构所决定的•3.材料性能具有多面性•4.材料性能是可以改变的原子——晶格一一晶粒——相——组织——金属材料。1•燃料（核裂变材料）/压水堆核电站燃料用的是UO2陶瓷材料。＞耐高温＞在铀的氧化物中

4、密度最高＞抗蚀＞抗肿胀燃料（核裂变材料）/燃料组件＞先将UO2烧结成圆柱形芯块，再封装在错一4合金管内组成元件。然后将元件以nXn组排方式定位在方形格架内＞反应堆的裂变场所，即活性区就是由许许多多燃料组件排列而成2•包壳材料(也称元件包壳)＞燃料包壳管是反应堆的第一道安全屏障。＞作用：＞保护燃料不受冷却剂浸蚀＞防止裂变产物进人冷却剂回路。包壳材料(也称元件包壳)＞材料应具备下列性能：＞(1)中子吸收截面小，导热率好；＞(2)强度高，塑韧性好，耐蚀性强、对应力腐蚀不敏感；＞(3)热强性、热稳定性和抗辐照性能好。＞PWR元件包壳采用错合金：＞中

5、子吸收截面小＞在3oo°c下具有优良的机械性能和抗水的腐蚀能力3•反应堆压力容器材料＞压力容器是核电站的第二道安全屏障的一部分。＞作用之一是在元件一旦破损时，保证放射性物质或气体仍保留在一回路系统内。＞广泛采用MnMoNi钢A508a,为防止腐蚀，其内壁堆焊了一层或两层不锈钢里衬。4•回路材料•PWR核电站回路系统包括：反应堆、蒸汽发生器、主泵、稳定器和回路管道等(统称核岛)。•一回路对反应堆安全十分重要，为防止破坏引起失水事故(LOCA),一回路管道材料应满足下列要求：•(1)抗应力腐蚀、抗晶间腐蚀和抗均匀腐蚀能力强•(2)高、低温强度和

6、塑韧性好•(3)焊接和铸造性能好•二回路材料与常规电站大体相同•低合金钢或2.25Cr-Mo钢5.蒸发器材料•蒸汽发生器结构主要由筒体、管板、水室、汽水分离器、干燥器和倒U形传热管组成。•U形管是主要传热构件，多达几千根，总长约70-110公里，以备泄漏的管子堵塞后，即使在寿期内有上千根停用，仍有足够的传热面积。•因此传热管材料需具备：•(1)导热性能好、热膨胀系数小；•(2)抗应力腐蚀能力强；•(3)热强性、热稳定性和焊接性能良好；•(4)塑韧性好，以便制管、弯管和胀管的加工。•PWR蒸汽发生器传热管早期用In-600,后改用Incolo

7、g-800或In-6906•控制材料•控制材料的特点是中子吸收截面大，如B4C、HLCd等。•主要用作控制棒、化学控制和可燃毒物。•反应堆的功率调节、后备反应性的储备以及开堆、停堆等都需要用控制材料制成的控制棒、调节棒、可燃毒物等来实现。7•安全壳•安全壳是核电站的第三道安全屏障。•目的：防止当发生强烈地震或失水等严重事故时，保证放射性物质全部保持在安全壳内，不外逸污染环境。•安全壳的组装、焊接是现场进行的，而且体积庞大，焊后难以进行热处理。•要求材料焊接性能好、杂质少、强度高，塑韧性好。•安全壳材料国外多采用SA516和SA517钢或16

8、Mn钢，也有采用高强度A543钢的。&慢化材料•目的：将裂变放出的快中子慢化成热中子，以便U235吸收发生核裂变。•方法：靠非弹性碰撞降低快中子能量。•慢化材料的特性：质量轻、中