核电新材料研究进展

核电装备关键管材新材料研究进展

程晓农戴起勋李冬升

（江苏大学材料科学与工程学院，镇江212013）

摘要：简述了世界核电能源的发展状况和核电机组蒸汽发生器传热管应力腐蚀破裂的研究进展。介绍了提高或改善关键管材高温抗氧化性和蠕变强度的研究成果，论述了高温抗氧化性和蠕变强度间匹配、协调的理念及其关键因素。

关键词：核电；传热管；不锈钢；蠕变强度；抗氧化性

Show that the development of the world nuclear powder and study progress of 核电机组蒸汽发生器传热管应力腐蚀破裂. Introduce the research result of enhancement of high temperature oxidation antioxidation in high resistance andcreep strength.discuss the factor on the relation of high temperature oxidation antioxidation in high resistance andcreep strength.

Describes Briefly the world's nuclear energy development and nuclear power plant steam generator tube stress corrosion cracking of progress.

Describes the development of the world's nuclear energy and nuclear power plant steam generator tube stress corrosion cracking of progress.

电力建设是涉及国家经济发展命脉的重大基础项目，核电是一种经济、高效、可靠、清洁的新能源，是实现低碳经济的重要途径之一。对于能源资源有限、能源消费高居世界前列的中国来讲，发展核电是我国能源结构战略调整的必然选择，具有极其重要的战略意义。

但目前我国与世界核电平均水平相比，无论是技术还是产业均相差甚远；我国在核电装备方面缺少具有自主知识产权的成果，在主要关键技术上受制于人，用各种新材料的开发和制备技术是其中之一，如核电站蒸汽发生器传热管材基本上依靠进口。因此核电装备关键管材及其相关关键技术的研发十分重要且迫切。

1 国内外核电发展现状

自从1954年前苏联和1957年美国建成核电站以来，世界核电已取得了长足发展。据统计，2006年全世界正在运行的核电机组有441个，分布在31个国家或地区，年发电量占世界总发电量的16%。目前，世界核电主要分布在北美、欧洲和东亚，其核电机组数量占全世界总和的74%，装机容量则占79.5%。核电装机容量排名前三位的美国、法国和日本的核电机组之和占全世界的49.4%，装机容量占56.9%。

据有关国际组织的统计，由于能源和环境的双重压力，加上世界核电方面的技术进步，2010年前后全球将掀起核电建设的高潮，今后许多国家将大规模建造先进的核电机组，并继续开发先进核能系统。第三代核电技术AP1000落在我国，是历史的必然[1，2]；经过未来几年的健康快速发展，我国核电将从技术跟踪逐步过渡到自主创新。截止到2008年3月，

基金项目：江苏省科技成果转化项目“超（超）临界火电机组用关键管材开发及产业化”（BA2007033）

作者简介：程晓农(1958—)，男，江苏苏州人，教授，博士生导师(xncheng@)，主要从事金属和无机新材料的开发研究。

全球有19个国家和地区的核电发电量占总发电量的比重超过25%，其中法国高达76.8%，欧盟为35%，美国19.4%，日本为27.5%。而中国目前只有1%多[3]。

我国的核能发电起步较晚，我国大陆第一座核电厂（即秦山核电厂）于1994年投入运行。我国大陆现有三个核电基地，即浙江秦山核电基地，已建成5个核电机组，在建4个机组；广东大亚湾核电基地，已建成4个核电机组，在建2台机组；江苏田湾核电基地的2台机组已投入运行。其它地区也正在建设核电厂。

我国目前核电规模不大。为保障能源供应安全、减少环境污染，我国已将核电作为能源战略的重要组成部分，其方针是“积极推进核电建设”。国务院于2006年2月发布的《国家中长期科学技术发展规划纲要》中，已将“大型先进压水堆和高温气冷堆核电站”列为16个国家重大科技专项之一。2006年3月国务院通过了我国《国家中长期核电发展规划》（2005-2020年）。目前已颁布了2020年前的核电规划[2，4]。在大约30年后，我国核能发电有望达到目前世界核电发展的平均水平。国家发改委副主任、国家能源局局长张国宝[3]指出，中国的核电技术不能依靠别人，实现核电装备自主化是关键，要加快自主发展核电步伐。

2 核电机组传热管材料与失效分析

核电等电力建设是涉及国家经济发展命脉的重大基础项目，推进自主化是目标。在提升核电自主化过程中，一定要遵循学习、改进、创新的客观发展规律，最终形成自主知识产权[5]。要大力提升我国的制造能力和标准化，尤其是大锻件、管材、核级阀、核主泵等项目的国产化[3]。

蒸汽发生器传热管是核电机组中的关键部件。国际上蒸汽发生器传热管材料大多用Fe-Cr-Ni合金制造，主要有奥氏体不锈钢304、800系列和镍基合金600与690系列，材料的主要成分如表1所示。国外核电站运行实践表明，以传热管应力腐蚀破裂为代表的环境失效是影响核电站安全运行的主要因素之一。因此，传热管材料及其制造工艺也就成了研究热点。目前国际上有关传热管材的研究主要分为两大类：现有材料的失效分析和新合金的研究。

表1 核电机组蒸汽发生器传热管材料的主要成分

化学成分/%（质量分数）

中国牌号国外牌号

Fe Cr Ni 00Cr19Ni11 304L 基18.0~20.0 9.0~12.0

00Cr22Ni33Fe Alloy-800 基（>39.5）21.0~23.0 32.0~35.0

0Cr15Ni75Fe Alloy-600 6.0~10.0 14.0~17.0 ≥72