核电关键材料

大型压水堆核电站

水核

关键结构材料与工程应用技术

2007.8.16

一、项目背景和意义

{国家核电战略与规划

{中国核电现状与发展策略

{核电行业迫切需求

国家核电战略与规划

{国家核电战略调整：适度发展→积极发展

达到

2030，达到16%世界平均水平

2020，装机约40000MW，核电比例达到4%

(新建30多个反应堆，每年平均2-3座)

目前，装机约7000MW，9个反应堆

世界能源趋势

核电是唯一能大规模替代化石能源的成熟技术

Source:World Energy Council, Reference Scenario

我国核电产业和技术现状

{10个反应堆在建

{十几个核电站在规划

{总投资超过4000亿元

{技术起步晚，差距大

{可设计30、60万千瓦

{可建造30万千瓦

部分关键设备国外技术

{部分关键设备国外技术、

国内制造

{关键材料全部进口

核电自主化战略

{发展期：以我为主，中外合作

自主化目标：自主设计自主制造自主建设自主运营{自主化目标：自主设计、自主制造、自主建设、自主运营

设计→制造→建设→运营

材料

核电国产化是核电发展的关键，核电关键材料国产化是核电国产化的基础。

压水堆核电站示意图

压水堆核电站结构示意图

核电材料和设备国产化现状

{目前常规岛国产化程度较高，有报道接近90%；但核岛内设备和材料国产化程度较低，目前核级、三级的部件可设备和材料国产化程度较低，目前核二级、三级的部件可

国产；但核一级的大型部件多数靠进口，部分在攻关阶段，

例如反应堆压力容器（低合金钢）一重、二重在攻关；

{目前材料和设备国产化攻关的重点是核岛内核安全一级的部件

核电站分为核岛和常规岛两部分：核岛内包括反应堆、反{

应堆冷却剂系统（一回路）、蒸汽发生器；常规岛部分包括回路汽轮机发电机冷凝系统回路等

括二回路、汽轮机、发电机、冷凝系统（三回路）等

压水堆核电站相关材料

核电站金属结构材料分类

{M1000 碳钢：主要应用于二、三回路结构件

{M2000 合金钢反应堆压力容器（A5083）、二回路管道系统、支撑件、蒸汽发生器壳体、稳压器壳体等

{M3000 不锈钢（核岛内用的最多、最广）z M3200 马氏体不锈钢：阀杆、泵轴等，用量较少

z M3300 奥氏体不锈钢：堆内构件、一回路系统锻件（核级

304、316、321）

：大型铸件包括主管道弯z M3400 奥氏体+铁素体不锈钢：大型铸件包括主管道、弯头、主泵壳体（F316）

核电站金属结构材料分类

{M4000 特殊合金：

M4100

z镍基合金（Ni-Cr-Fe）蒸汽发生器U形管（换热管）、异质焊接过渡段

z M4300 铜铝合金：铸件，三级辅助泵、阀

z M4400 钛合金：三级冷凝管、板

锆合金：燃料组件（Zr2、Zr4、Zr Nb）

z Zr-2Zr-4Zr-Nb

{M5000 其他材料，包括复合板、轴承钢、弹簧钢等应用于特殊部位

等。应用于特殊部位。

{M6000 铸铁，二、三级铸件。

核岛关键材料的现状与问题

{碳钢、合金钢：材料可国内提供，难点在大型部件制造技术，如反应堆压力容器、蒸汽发生器壳体，已基本掌握

{不锈钢：核岛内核级不锈钢材料比普通级要求高，大尺寸部件是难点。主要问题是材料质量和成形技术，如主管道（直径近1米）、4厘米厚以上板件。

米）厘米厚以上板件

{镍基合金：蒸汽发生器东方电气可制造，但换热管全部进口，国产化同时面临材料和成管技术问题

{锆合金：国内在开发和使用，但不成熟，包括合金优化和锆合金管、棒成形技术

{钛合金：常规岛冷凝器用薄壁钛合金管国内有生产，而且出口。

本项目研究对象的选择

选择标准：

{针对核岛内关键部件，注重其在核电发展中的战略意义

{材料与部件制造相结合

面向核电装备制造需求已经具有较好基础{面向核电装备制造需求，已经具有较好基础{具备一定的评价经验和条件

35

{有可能在3-5年内在商业核电站获得应用

本项目选择的三大关键部件和材料{锆合金燃料组件

z属于战略材料。有较好开发材料开发和成形技术基础，有核动力部件制造和应用经验，有辐照评价手段，目

前在少量试用，有可能大量应用

一回路主管道（不锈钢）

{回路主管道（不锈钢）

z国内攻关多年，已可制造30万千瓦级；引进吸收法国技术；国产弯头、支管在岭澳试装；具备对比评价实

验条件和手段；可望较快取得应用突破

验条件和手段可望较快取得应用突破

{蒸汽发生器热交换管（镍基合金）

核电设备关键材料国内有一定研究基础多家企业

z核电设备关键材料，国内有定研究基础，多家企业在试制攻关，近期企业有较大投入；装备制造业积极

性很高

堆芯

燃料组件

反应堆冷却剂系统主管道

主管道直管铸件

主管道弯头

蒸汽发生器

核电行业急需解决的关键材料

{堆芯燃料组件用高性能锆合金包壳管等消耗大、价格高、技术受制于人

{反应堆冷却剂系统主管道

建设：价格高、周期长；运营：长期受制于人{蒸汽发生器换热管

SG全面国产化；运营、维修受制于人