目前,世界上運行的絕大部分商用反應堆屬于二代或二代改進型的壓水堆。三代壓水堆剛剛開始進入商用市場,還沒有展開。四代壓水堆的概念正在形成和逐步定型階段。而核聚變堆正處于實驗堆型設計和建造階段。從我國目前冶金和機械行業(yè)的實際看,為實現(xiàn)我國核電機組用關鍵設備的國產(chǎn)化,以下問題需要關注和逐步解決。
壓力容器(包括蒸發(fā)器等)用鋼及其特大鍛件穩(wěn)定化生產(chǎn)。壓力容器是核電廠最重要的設備,在核電廠整個壽期內(nèi)不可更換。目前508-3鋼已成為通用選擇。我國試制和生產(chǎn)508-3鋼也已有多年的歷史,基本具備滿足我國核電廠建設需求的條件。但是,應清醒地認識到我國并沒有完全摸清該鋼不同噸位大鍛件的最佳化學成分配比、冶金質(zhì)量精細控制技術、最佳熱加工工藝和最佳的熱處理工藝,這些嚴重制約著508-3鋼特大鍛件的穩(wěn)定化生產(chǎn)。另外,隨著構件設計尺寸的加大,應注意到508-3鋼的淬透性極限問題,否則是無法保證壓力容器性能的均勻性和穩(wěn)定性。雖然具有更好淬透性的壓力容器用鋼正在開發(fā)之中,但要積累足夠的輻照后的數(shù)據(jù)需要時間。
蒸汽發(fā)生器用耐蝕合金Inconel690管。近年來的核電廠運行實踐證明,相對而言,Inconel690因其具有較好的抗應力腐蝕性能是目前最適用壓水堆核電機組蒸汽發(fā)生器的傳熱管材料。我國目前不能進行這種鋼管的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn),核電廠建設全部依靠進口。2007年6月28日寶鋼股份公司和江蘇宜興銀環(huán)精密鋼管廠合資在江蘇宜興成立了寶銀特種鋼管有限責任公司,我國在生產(chǎn)裝備上將具備生產(chǎn)核用高質(zhì)量Inconel690管的能力。但這只是邁出了核用高質(zhì)量Inconel690管國產(chǎn)化的關鍵一步,我國仍然需要組織各方科研力量,結合生產(chǎn)實際情況,解決現(xiàn)場制造中的諸多難題以及服役環(huán)境下可能出現(xiàn)的問題。
300系列奧氏體不銹鋼。核電廠反應堆一般多選用奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼在水堆中的應用主要包括:堆芯結構件、堆內(nèi)元件、壓力容器內(nèi)壁堆焊層、一二回路冷卻循環(huán)系統(tǒng)、汽輪機部件等。從不銹鋼生產(chǎn)線裝備水平而言,我國太原鋼鐵公司和寶鋼股份不銹鋼分公司目前處于世界領先水平。從不銹鋼的冶金技術水平而言,我國亦處于世界先進水平。但是,核用不銹鋼的生產(chǎn)是個系統(tǒng)工程,從冶金企業(yè)出廠時品質(zhì)優(yōu)良并不意味著制成反應堆構件后的品質(zhì)仍然優(yōu)良。我國引進的AP1000主管道設計采用整體鍛造316LN異形彎管,不銹鋼錠重量達到90t左右,存在巨大技術挑戰(zhàn)。作為世界上第一個AP1000核電站建設的總承包商,美國西屋公司目前正在世界范圍內(nèi)組織316LN主管道技術攻關。在工程應用中,奧氏體不銹鋼構件易出現(xiàn)應力腐蝕、晶間腐蝕和疲勞腐蝕問題,這些問題與冶金、制造和使用都有關系,這些問題必須得到關注、控制和解決。
焊接材料與技術。焊接材料與技術是核電廠建造最重要的技術之一,沒有合理、完善和可行的焊接材料與工藝技術就無法完成核電廠的建造,在工程實踐中出現(xiàn)的很多問題都直接或間接地與焊接有關。目前我國在核電廠焊接材料研發(fā)和工藝技術方面與國外相比存在著差距,需要組織力量攻關解決,其中包括自動化焊接方法的開發(fā)和應用。
大型轉子制造。我國三大動力設備制造基地都在進行技術改造以滿足我國火電、核電和水電建設發(fā)展的巨大需求,同時從根本上提升我國機械行業(yè)的核心競爭力,使我國真正成為世界制造強國。
材料的腐蝕與防護。腐蝕是核電廠設備結構失效的主要模式之一,目前,核電機組的預期設計壽命是60年,為保障核電機組能在整個壽期內(nèi)安全可靠運行,材料的腐蝕與防護問題是必須面對的長期問題。在核聚變工程試驗堆研制過程中,中國作為主要合作方之一需要重點研制第一壁用奧氏體不銹鋼和低活化鐵素體/馬氏體耐熱鋼。(曉紅)