10MW高温气冷堆压力容器用SA516-70钢板

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核动力工程
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超声波检验，并由压力容器制造厂复验。用于 制造 ,-./+* 的 ! 个压力容器的每张钢板均按 (0/#1!* 进行超声波检验，检验范围和验收标 准 按 照 (0/#1!# 的 规 定 2 + 3 。 如 有 缺 陷 必 须 清 除，但打磨后钢板尺寸要求在规定的范围内。 如需补焊，需经买方同意方可进行。对 451+"/6* 钢板进行超声波检验未发现超标缺陷。
容积达 !"#$ 。蒸 汽 发 生 器 压 力 容 器 的 内 径 为 % &’’$$， 高 度 达 !! "(&$$， 容 积 达 #)* &$" 。 只有热气导管压力容器内径接近 ! ’’’$$，尺寸 较小。反应堆压力容器和蒸汽发生器压力容器 采用全尺寸的大开口顶盖，这样的结构形式与 轻水堆核电站压力容器是相同的。不同的是 +,-.!’ 压力容器的设计压力比轻水堆核电站压 力容器要低得多，反应堆压力容器的壁厚最大 的筒体加强段仅厚 !%’$$。其壁厚也远小于轻 水动力堆的压力容器。 +,-.!’ 反应堆压力容器 的中子注量只有 ! / !’!( 0 1$% ，远低于核电站压 力容器的辐照水平，中子辐照对反应堆压力容 器材料性能的影响可以忽略不计。 +,-.!’ 的 " 个压力容器除了主法兰和穿管采用锻件制造以 外，它们的上下封头和筒体都采用板焊方式制 造。可以减少设备制造费用。 23&!4.(’ 钢板为早期核电站压力容器所用 钢材之一。细晶粒的 23&!4.(’ 钢具有较好的韧 性，抗中子辐照性能好。随着核电站功率的提 高，它的压力容器设计参数逐步升高，工作压 力 达 到 !&567 以 上 ， 工 作 温 度 达 到 "’’8 以 上；容积不断加大。这样，压力容器的壁厚就 随之增大，甚至超过 %’’$$。在这样大厚度的 条 件 下 ， 23&!4.(’ 钢 材 的 热 处 理 性 能 明 显 降 低。因而核电站压力容器用材向具有更高强 度、在大厚度下具有良好热处理性能的材料 9 如 23&’:." 锻件， 23&"".; 板材 < 上发展。目前， 轻 水 动 力 堆 压 力 容 器 通 常 采 用 23&’:." 或 23&"".;。由于 +,-.!’ " 个压力容器的设计参 数低，壁厚小，采用 23&!4.(’ 钢板很容易保证 良好的热处理性能。我国的压力容器制造厂已 多 次 用 23&!4.(’ 钢 板 制 造 设 备 ， 在 焊 接 、 成 型、机加工和热处理方面积累了丰富的经验。 钢板在厚度方面承受拉力的情况下有时出 现层状撕裂现象，其厚度方向的性能比轧制方 向差，不如锻件材料。出现这种现象的原因主 要是钢板的某些杂质元素 9 如硫、磷等 < 的影 响。只要严格控制 23&!4.(’ 钢板中的硫、磷等
抗拉强度 : ?CH )=1 A "#* "!=* "!=* 1*+ A 1!# )+6 A )16
注： ! L —— — 弯曲直径； H —— — 试样厚度。
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&’!#%()* 钢板厚度方向的机械性能 反应堆压力容器的支承底座、蒸汽发生器
非常良好的各项同性。它完全可以承受厚度方 向的拉力。
表) 451+"/6* 钢板厚工艺要求及无损检验
冶炼
23&!4.(’ 钢板为核一级设备材料，要求其 磷、硫含量非常低，而且对铜、锡、砷、锑都 有严格的限制。为此采用如下工艺措施：钢的 冶炼，要求对熔融钢水进行真空除气处理，形 成细晶粒镇静钢。 &’ ) 热处理 23&!4.(’ 钢板以正火或调质状态供货。 &’ ! 钢板无损检验 23&!4.(’ 钢板制造厂要对产品进行表面和
屈服强度 : ?CH !=* 伸长率 : > 断面收缩率 : > #=’ * ""’ 1 抗拉强度 : ?CH 11!
压力容器的氮气接管盲板及压力容器支承耳架 部位在板材厚度方向也承受拉力，所以要求制 造厂对这些部位的板材进行钢板厚度方向的补 充 机 械 性 能 试 验 。 表 ) 为 厚 度 +#*JJ 的 451+"/6* 钢板在室温时的拉伸性能试验结果。 由表 ) 可以看出， 451+"/6* 钢板在厚度方向的 机械性能与轧制方向的相应值基本相同，具有
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前
言
设计参数见表 "。 D/E+"# 压力 容 器的 尺寸 庞 大。 反 应 堆压 力 容 器 的 内 径 达 % 2##GG，高 度 达 "" "))GG，
"#-. 高温气冷实验堆 ! D/E+"# & 是清华大 学核能技术设计研究院设计和建造的模块式高 温 气 冷 实 验 堆 ， 2### 年 底 已 经 正 式 临 界 。 D/E+"# 有 1 个压力容器，即反应堆压力容器、 蒸汽发生器压力容器和热气导管压力容器。它 们构成了 D/E+"# 一回路系统压力边界的主体。 轻水堆核电站的压力容器大多采用 -?+-<+4A 型 合 金 钢 制 造 ， 优 选 材 料 为 ’()#$+1 锻 件 、 ’()11+F 板 材 、 2#-?-<4A)) 等 。 D/E+"# 的 1 个压力容器以 ’()"*+,# 钢板为主体材料，主法 兰和穿管采用 ")-?4A 钢锻件，筒体和封头采用 板焊结构。压力容器的支承底座和耳架、人孔 封板、蒸汽发生器压力容器的氮气接管盲板也 采用 ’()"*+,# 钢板制造。 D/E+"# 压力容器制 造、检验和试验的结果表明， ’()"*+,# 钢板完 全满足设计要求。
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#$%&!’ 压力容器的设计参数与选材 依据
图 " 为 D/E+"# 简图。 1 个压力容器的主要
图" D/E+"# 1 个压力容器简图
收稿日期：2##"+#2+") ；修回日期：2##"+#1+#3 基金项目：国家 $*1 高科技项目
刘俊杰等：!’5B 高温气冷堆压力容器用 23&!4.(’ 钢板 表!
设计压力 工作压力 设计温度 工作温度 0 567 0 567 08 08
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反应堆压力容器的主要设计参数
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元素含量，就可以保证 23&!4.(’ 钢板在厚度方 向的性能，满足 +,-.!’ 压力容器的设计要求。 基于 +,-.!’ 反应堆压力容器的上述特点和 原因，设计时将 23&!4.(’ 钢板用作 " 个压力容 器主要用材：压力容器的筒体和封头选用 23&!4.(’ 钢板；压力容器的支承底座和耳架、 人孔封板、蒸汽发生器压力容器的氮气接管盲 板 也 选 23&!4.(’ 钢 板 作 为 本 体 用 材 ； 筒 体 法 兰、顶盖法兰、热气导管穿管等法兰采用与 23&!4.(’ 钢板化学成分与机械性能十分接近的 !&5=>? 锻件。
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化学成份
熔炼分析 对每炉或每包钢水进行一次化学成份分
析，分析试样在浇注过程中提取。分炉合浇的 钢锭，则从合浇的钢包中取样确定其化学成份。 451+"/6* 钢板熔炼分析的化学成份设计要 求值见表 # 2 # 3 。表中单个值为含量最大值。 !" $ 成品分析 451+"/6* 钢板产品分析的机械性能试样取 自每张轧制钢板的头部和尾部，而化学成分分 析应取自靠近试样处或从破坏的拉伸试样上。 用于反应堆压力容器的 451+"/6* 钢板的化学成 份要求及复验结果见表 # 。
451+"/6* 钢板的化学成分
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表#
元 素 7 冶炼分析 !*’ #+ 成品分析 !*’ ## 复验值 ! *’ +6 A *’ #+ ?B 4 C *’ =1 A +’ #* !*’ *+# !*’ *+1 !*’ *+1 !*’ *+= *’ 66 A +’ !* +’ +) A +’ #6 *’ **# A *’ **D *’ **#
! 清华大学核能技术设计研究院，北京 "###$% &
摘要： ’()"*+,# 钢板具有中等强度和高韧性，机加工和焊接性能好。 "#-. 高温气冷堆压力容器采用 ’()"*+,# 钢板制造。其机械性能和水压试验均满足设计要求。 关键词："#-. 高温气冷堆；压力容器； ’()"*+,# 钢板；材料性能 中图分类号： /01% 文献标识码： (
按冶炼分析结果计算的碳当量： 7 ! 8 " 9 #$ : " 9 ; "% & #’ & ( < : 1 9 ; )* & "+ < : +1!*’ 1*