简介：《金属宇宙》依托于中邦金属学会、中邦有色金属学会，以报道中邦冶金、有色金属及金属加工工业发...
实质导读：核电站一回途主管道是核电站的一级部件，它的苛重性不问可知，其质料经常为含必然铁素体相的奥氏体不锈钢，海外也称双相不锈钢，此类质料归纳机能优异。作品从质料的类型、机合、因素、机能等方面先容了目前运转最众、最成熟的二代核电站一回途主管道质料，并正在此底子上扼要先容了一回途主管道的制备工艺，意正在让读者尽也许所有地分解核电站一回途主管道质料及其筑制经过，从而充分金属质料正在核电规模行使的学问。
核电因其壮大的上风取得了神速开展，目前已与火电、水电并称为电力能源三大支柱，而且跟着煤炭、石油等化石能源的储量日益削减，其苛重位子延续凸显。核电源委近60年的开展、运转，其技艺延续完美，至今一经开展到了第三代（如图1所示），现正在少许邦度正正在装备三代核电站。第四代核电站观念也已于21世纪初提出，但隔断贸易行使还很远。目前全宇宙限制内应用最众、运转最成熟的是第二代和二代订正型核电站。
核电站中，动力堆合键有轻水堆（蕴涵压水堆和滚水堆）、重水堆、石墨堆（蕴涵石墨气冷堆和石墨水冷堆）以及速中子增殖堆，这些堆型中压水堆是行使最平常、最合键的堆型。目前全宇宙运转的贸易核电站共有439座，这些核电站中轻水堆占85.9%，此中压水堆61.3%，滚水堆24.6%，如图2所示。
压水堆核电站的职业道理如图3所示。响应堆堆芯核裂变出现壮大的热能，主泵把水泵入，水既是慢化剂，又是冷却剂，冷却剂流经堆芯举办冷却，同时水被加热到327℃、155个大气压的高温高压水。高温高压水进入蒸汽产生器的U型管内，正在U型管内与二回途冷却水举办热换取，开释热量后又被主泵送回堆芯从新加热再进入蒸汽产生器。如此延续地正在密闭的回途内轮回，称为一回途体系。蒸汽产生器管壁外的水被一回途体系的热水加热成蒸汽晚辈入汽轮机，通过汽轮机做功，同轴启发发电机发电，然晚辈入冷凝器被海水冷却，又凝集成水通回蒸汽产生器，从新加热成蒸汽。这个汽水轮回经过称为二回途体系。压水堆核电站中一回途主管道为核岛七大抵害部件之一，是体系承压鸿沟的一一面，称为核电站的“主动脉”，它封锁着高温、高压和带有放射性、腐化性的冷却剂，保护和统制冷却剂轮回活动，对响应堆的安然安好常运转起着苛重的保证功用。由此可睹一回途主管道正在核电站中饰演着分外苛重的脚色。
一回途主管道属于核安然一级部件，尺寸大、运转条款苛刻（~约300℃、16 MPa的含磷酸、硼酸高温高压水），对质料机能哀求极高，除哀求有优异的归纳力学机能（足够的强度、高的塑性和韧性）外，还哀求耐高温高压水腐化，具有优异的抗疲倦机能、易加工性和焊接机能等[1]。具有 双相机合的锻制奥氏体不锈钢（约5%~20%铁素体相以岛状散布正在奥氏体基体上—CASS）能很好的满意上述机能，平常用于核电站一回途主管道。海外早期核电站一回途管道公共采用18-8型（美邦ASME304）奥氏体不锈钢（相应铸钢为CF-8）。厥后，为了抬高304不锈钢抗高温高压水晶间应力腐化机能，渐渐改用含2%～3% Mo的ASME316型不锈钢及相应的铸钢CF-8M。
为了进一步延伸核电站运转寿命，近几十年邦际上对一回途管道质料举办了深化的咨询。美邦、日本开拓了核级控氮316L不锈钢，法邦进入巨资发展了一系列奥氏体不锈钢质料的咨询，开拓了Z2CND18.12和Z3CN20.09M主管道质料。少许邦度核电站一回途主管道质料如外1所示。
目前宇宙上折半以上的核电站是按法邦核岛筑筑打算和筑制委员会（AFCEN）制订的RCC-M《压水堆机器筑筑打算和筑制规定》筑制的，我邦正正在筑制的和以来相当一一面核电站也都按这个典范筑制。RCC-M《压水堆机器筑筑打算和筑制规定》是一部邦际上公认的最为安然的核电筑筑筑制典范，按RCC-M筑制的核电筑筑迄今为止没有产生过强大的安然变乱，且筑筑阻碍率最低。RCC-M典范中的招牌Z3CN20.09M不锈钢属于低碳奥氏体-铁素体型不锈钢，其化学因素和力学机能尺度如外2和外3所示。RCC-M典范哀求Z3CN20.09M铁素体含量限制12%~20%，最理思值为15%~18%，其值可根据Shaeffler图通过改动质料因素达成调控。
Z3CN20.09M的微观机合如图4所示，它由奥氏体基体和岛状铁素体相构成。铁素体含量平常规矩为12%~20%，最佳值为15%~18%（以上均为体积分数）。
奥氏体不锈钢中铁素体起着极其苛重的功用。1）因为铁素体是以散开并均布成小坑状存正在于奥氏体晶粒之间，衰弱奥氏体柱状晶和树枝晶的倾向性，间隔奥氏体晶界络续网状碳化铬析出，从而防御晶间腐化，所以铁素体对抬高耐晶间腐化的功用有好处。通过试验注明，因为铁素体对应力腐化开裂不敏锐，所以含有铁素体的奥氏体钢焊缝的耐应力腐化机能优于同因素但含有很少铁素体的奥氏体钢焊缝。2）奥氏体不锈钢中的铁素体对质料的力学机能有明显影响。铁素体含量加添时强度加添，同时，延展性和袭击强度减低。操纵此特点，可采用调控铁素体的含量来抵达所须要的质料力学机能和加工机能。3）可是奥氏体不锈钢中铁素体含量过高会损害奥氏体不锈钢的可锻性和热褂讪性，特殊是用于大锻制比的锻件，铸坯节制铁素体的含量是合理而需要的（经常节制正在3%~8%）。同样原因用于冷变形的奥氏体钢，如冷伸压、深冲压，冷拔和冷挤压的奥氏体钢，铁素体含量应进一步节制（经常节制正在5%以下）；同时，高铬铁素体持久处于较高温度境遇（≤550℃）会产生475℃脆化外象，加添质料脆性断裂目标。
压水堆一回途主管道可能采用锻制或锻制筑制工艺。采用锻制奥氏体不锈钢时，主管道机合平均，力学机能较好；但因为筑制工艺的节制，直管段筑制长度受限，使主管道焊缝数目增加，焊接职业量增大，况且因为质料自身特质，正在焊接时容易出现焊接缺陷。锻制工艺可能驯服锻制主管道的错误正在保障主管道力学机能不消重的前期下，采用锻制奥氏素体－铁体不锈钢来取代锻制奥氏体不锈钢。锻制奥氏素体－铁体不锈钢具有较好的焊接机能，焊接时不易出现焊接缺陷，且采用离心锻制可能筑制出长度较大的直管，使焊缝数目削减，这一技艺一经获胜行使到主管道的临蓐中。
二代核电站一回途主管道蕴涵直管和弯头一面，直管和弯头通过焊接组合成完善管道。一回途主管道直管由离心锻制而成，弯头通过静态模铸而成，全体工艺途径所示。
原料源委电弧炉+氩氧炉双联冶炼，调控微合金元素及杂质含量取得因素及格的钢液，因素调控时要正经将C含量消重到0.03%以下，然后举办浇注。弯头通过砂型静态锻制成型，直管经卧式离心锻制机成型，成型后的毛坯管件脱模后举办固溶热管束，主意是削减缺陷、平均因素及调控铁素体含量从而抬高机能，热管束工序告竣后举办机器加工。直管和弯头的加工蕴涵内圆和外圆的加工，机加工筑筑合键蕴涵大型的车床、镗床及工装。对直管和弯头的机加工要害正在于制订合理的加工工艺，并配套相应的筑筑。
一回途主管道正在核电站安然运转中饰演着分外苛重的脚色，其选材、加工都有极正经的典范。含有必然量铁素体相的奥氏体不锈钢因其机能优异（蕴涵力学机能、物理机能、加工机能等），平常用于二代和二代订正型核电站一回途主管道，可是此种质料也存正在少许缺陷，比如持久服役会产生热老化脆化，其机能低落。为分解决二代核电站一回途主管道热老化脆化题目，延伸核电站应用寿命，抬高安然性，正正在开展和装备中的第三代核电站主管道质料选用控氮奥氏体不锈钢，经全部锻制而成。
[3]王秀清.宇宙核电兴盛的里程碑—中邦核电开展前沿陈述.北京:科学出书社, 2008
[4]王勤湖,李社坤,卢文跃.压水堆核电站一回途工况改观对主泵合键机器机能的影响.核 动 力 工 程, 2005, 26(6): 103-108.
[9]中邦特钢企业协会不锈钢分会.不锈钢适用手册.北京:中邦科学技艺出书社, 2003
[10]李元太,张春来,雷中黎.压水堆一回途管道的锻制工艺及其邦产化.核动力工程, 2009, 30(6): 6-10.
作家简介：王永强（1982-—），男，博士咨询生，咨询倾向：核电一回途管道质料，E-mail: wa；
杨滨（1960-—），男，博士，教学，联络电话：，北京科技大学新金属质料邦度要点实习室，
