一、中國核電為什么要用不銹鋼

核電站通風(fēng)凈化設(shè)備主要用于送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)，可根據(jù)不同的工況安裝不同型號的空氣過濾裝置。 用于實現(xiàn)空氣凈化，特別適用于污染或有害氣體的送排風(fēng)系統(tǒng)，可有效保護系統(tǒng)工作人員的安全和周圍環(huán)境的衛(wèi)生。 我國核電站的通風(fēng)凈化裝置大多采用奧氏體不銹鋼制造。 奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和更好的耐輻射性能。 然而，核電站大多建在沿海地區(qū)，海水空氣濕度大，含鹽量高，氯離子是不銹鋼腐蝕的主要原因之一。 為確保核電站通風(fēng)凈化系統(tǒng)的安全，提高奧氏體不銹鋼的耐蝕性顯得尤為重要。

1 海洋環(huán)境對核電用奧氏體不銹鋼腐蝕的影響

1.1 海洋環(huán)境腐蝕特征

不銹鋼在一般空氣或淡水環(huán)境中發(fā)生腐蝕，表面會形成一層致密的氧化膜，抑制鋼的腐蝕過程。 海洋環(huán)境中空氣氯離子含量較高，氯離子很容易取代氧化膜中的氧而破壞氧化膜，使得在一定濃度的氯離子環(huán)境下難以建立穩(wěn)定的鈍化狀態(tài). 不銹鋼中的鉬能減少氯離子對鈍化膜的破壞。 隨著氯離子在設(shè)備上的積累，氯離子的濃度會越來越高，對不銹鋼的腐蝕也越來越大。

1.2點腐蝕

點蝕是相對集中在金屬表面一小部分的局部腐蝕。 在真正發(fā)生點蝕之前，不銹鋼表面的保護氧化層會形成直徑數(shù)微米的微凹陷。 這種微凹陷的迅速增加是不銹鋼大規(guī)模腐蝕的原因。 不銹鋼表面經(jīng)過酸洗和鈍化處理后，形成一層Cr2O3氧化膜，使不銹鋼發(fā)揮最大的耐腐蝕性能，有效阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕和破壞。 核電站不銹鋼設(shè)備的腐蝕一般為點腐蝕，點腐蝕多發(fā)生在鈍化膜破損處，如裂紋、劃傷等表面。 如果不銹鋼表面潮濕，含有氯離子，局部可形成強酸溶解的鈍化膜，破壞穩(wěn)定的鈍化狀態(tài)，引起大面積腐蝕。

1.3 晶間腐蝕

晶間腐蝕是金屬腐蝕中常見的局部腐蝕。 腐蝕從金屬表面開始，沿金屬晶粒間的界面向晶粒內(nèi)部擴展，大大削弱了晶粒間的結(jié)合力。 它是一種選擇性腐蝕，沿晶界深入金屬內(nèi)部。 這種腐蝕可以使材料失去機械性能，甚至在金屬外表面沒有任何跡象的情況下完全失去強度。 它是最有害的局部腐蝕形式之一。 核電站通風(fēng)凈化設(shè)備在長期運行過程中，氯離子積累到一定程度會導(dǎo)致不銹鋼外殼發(fā)生晶間腐蝕。 經(jīng)受這種腐蝕的不銹鋼表面沒有任何腐蝕或損壞，但不銹鋼內(nèi)部的晶界區(qū)域已經(jīng)損壞。 當(dāng)腐蝕達到一定程度時，會造成部件或設(shè)備的損壞，嚴重時會影響整個核電站的安全運行。

2 奧氏體不銹鋼材料比較

奧氏體不銹鋼在室溫和低溫下具有良好的韌性、塑性、焊接性和耐蝕性，具有抗化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的能力。 核電站常用的不銹鋼有304()、304L()、316L()、。

304不銹鋼是一種用途廣泛的不銹鋼，廣泛用于生產(chǎn)要求良好綜合性能（耐蝕性和成型性）的設(shè)備和零件。 304不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性，抗晶間腐蝕能力更好。

304L不銹鋼是304不銹鋼的變種，含碳量相對較低，用于需要焊接的場合。 較低的碳含量最大限度地減少了焊縫附近熱影響區(qū)碳化物的析出，碳化物的析出在某些環(huán)境下可能引起不銹鋼的晶間腐蝕。 因此，304L不銹鋼的抗晶間腐蝕能力優(yōu)于304不銹鋼。

316L不銹鋼又稱鈦鋼，加入Mo（2-3%）可提高鈍化膜的穩(wěn)定性。 316L不銹鋼具有優(yōu)良的抗點蝕和抗晶間腐蝕能力，同時還具有良好的抗氯化物腐蝕能力。 在海洋環(huán)境或侵蝕性工業(yè)大氣中的耐腐蝕性比304不銹鋼和304L不銹鋼好得多。

在耐腐蝕性方面，316L不銹鋼>304L不銹鋼>304不銹鋼，低碳不銹鋼優(yōu)于同鋼級的普通不銹鋼。 添加Ti、Mo或固溶處理是防止不銹鋼點腐蝕的主要方法。

3 腐蝕防護方法

在海洋環(huán)境中，海水空氣濕度大，含鹽量高。 空氣中的游離氯離子成為不銹鋼腐蝕的主要原因之一。 通過研究海洋環(huán)境對核電用奧氏體不銹鋼腐蝕的影響，對比奧氏體不銹鋼的性能，提出以下六種提高所用不銹鋼耐蝕性的方法。

3.1不銹鋼表面酸洗鈍化。 通過酸洗鈍化在表面覆蓋一層極薄致密的鈍化膜，腐蝕介質(zhì)被鈍化膜隔絕，形成奧氏體不銹鋼的基本和主要保護屏障。

3.2 避免鹵素離子濃度。 在通風(fēng)系統(tǒng)進風(fēng)口安裝干燥器或除霧器，盡可能減少進入通風(fēng)系統(tǒng)的氯離子含量，從而降低附著在通風(fēng)設(shè)備不銹鋼表面的氯離子濃度，從而減少奧氏體不銹鋼的腐蝕。

3.3 在通風(fēng)系統(tǒng)入口處設(shè)置鈍化劑添加接口，在通風(fēng)系統(tǒng)中加入低濃度硝酸鹽或鉻酸鹽，以抑制氯離子在金屬表面的吸附，防止因吸附氯離子而引起的早期點蝕離子或晶間腐蝕。

3.4盡量采用316L不銹鋼。 含鉬2%～4%的奧氏體不銹鋼具有良好的耐點蝕性能。 使用含鉬奧氏體不銹鋼可顯著減少點蝕或晶間腐蝕。

3.5 光亮退火處理。 提高鈍化膜在氯離子環(huán)境中的穩(wěn)定性，提高耐蝕性。

2、核電行業(yè)未來發(fā)展趨勢

中國國務(wù)院新聞辦公室9月3日發(fā)布《中國核安全》白皮書稱，經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國核電已實現(xiàn)自主設(shè)計、自主建設(shè)、自主運行，進入安全、可控階段。高效的發(fā)展。 在世界上率先建造并運行百萬千瓦非能動先進壓水堆和歐洲先進壓水堆機組。 中國核電機組數(shù)量居世界首位。

核電站設(shè)備發(fā)展分析

中國擬在未來10年內(nèi)建設(shè)60多座核電站，其中未來5年將建設(shè)約30座核反應(yīng)堆（核反應(yīng)堆），未來5年還將建設(shè)更多。 到2030年，中國共有110座核電站并網(wǎng)發(fā)電。

其中，未來四年核電鑄鍛件年均需求量有望達到86億元； 核電閥門約占核電設(shè)備總投資的5.2%。 到2020年，新建核電站閥門總投資將達到219億元。 每年核級儀表控制系統(tǒng)市場需求超過45億元。 每年加工機床約100億臺。 未來四年，核電主設(shè)備行業(yè)下游需求旺盛，行業(yè)年均銷售額有望達到390億元； 下游核電閥門和核電暖通空調(diào)設(shè)備需求有望翻番。

中國建成并投入運行的核電站：

秦山核電站（中核6臺）、廣東大亞灣核電站（中廣核2臺）、嶺澳核電站（中廣核4臺）、田灣核電站一期（中核3臺） 、遼寧紅沿河核電站（中廣核、中核4號機組）、寧德核電站（中廣核1、2、3號機組）、陽江核電站（中廣核1、2、3、4號機組）、福清核電電廠（中核6臺）、方家山核電廠（中廣核2臺）、海南昌江核電廠（中核2臺）、廣西防城港核電廠（中廣核6臺）。

中國在建核電站：

陽江核電一期工程（中廣核5、6號2臺機組）、三門核電廠（灣核電二期工程（人大4、5、6號機組）、石島灣核電廠（華能集團）、遼寧紅沿河核電廠（中廣核5、6號機組）、福清核電廠（中廣核5、6號機組）、防城港一期核電廠（中廣核3、4號機組）、陸豐核電電廠（中廣核6臺）、彭澤核電廠（中電投4臺）。

(華龍一號)

例如，在福清核電站，由中國佛山市新澤昌不銹鋼有限公司與中國廣核集團聯(lián)合研制的先進百萬千瓦壓水堆核電技術(shù)、世界首個示范工程核燃料元件“華龍” “一”示范工程中機、電、儀設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)備集成采購包涉及5300多臺、8萬多臺套。 如果再算上分包廠商、原材料、零部件供應(yīng)商，整個供應(yīng)鏈涉及的供應(yīng)商超過7000家。 供應(yīng)商遍布國內(nèi)外。

裝備國產(chǎn)化是核電的重要基礎(chǔ)

核電國產(chǎn)化戰(zhàn)略的不斷深入推進，為我國裝備制造業(yè)提供了重要的實踐機遇，制造能力和技術(shù)水平大幅提升。 紅沿河、寧德、福清、方家山、昌江等一大批核電項目國產(chǎn)化率逐步提高，在建核電機組綜合國產(chǎn)化率達到80%左右。 而作為我國自主三代核電技術(shù)的華龍一號一號堆設(shè)備國產(chǎn)化率可達85%以上。

未來中國三代核電站國產(chǎn)化程度較高，國產(chǎn)廠商受益。 華龍一號（首批國產(chǎn)率85%，量產(chǎn)后國產(chǎn)率至少90%），（國產(chǎn)率至少85%），（目前國產(chǎn)率20 ~30%，7~8臺后國產(chǎn)化率有望達到85%），有望為國內(nèi)龍頭廠商帶來巨大的市場。

“一帶一路”沿線及周邊地區(qū)已有60多個國家規(guī)劃發(fā)展核電，到2030年，新增發(fā)電機組數(shù)量將達到200多臺。如果我國能獲得沿線20%的市場份額“一帶一路”，即約30個海外市場單位。 每出口一臺核電機組需要8萬多臺套設(shè)備，200多家企業(yè)參與制造和建設(shè)。 單臺投資約300億元，相當(dāng)于100萬輛汽車和200架中型飛機的出口額。 考慮到包括天然鈾、核燃料、運維、退役在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈貢獻，單臺機組全壽命直接帶動約1000億元。 30臺機組將直接產(chǎn)生近1萬億元產(chǎn)值，創(chuàng)造500萬個就業(yè)機會，全生命周期產(chǎn)值約3萬億元。

到2020年不銹鋼換熱管需酸洗鈍化嗎，中國核電設(shè)備市場至少2400億元。 如果設(shè)備國產(chǎn)化率達到80%，國內(nèi)核電設(shè)備市場規(guī)模約為1920億元。 一座2*600MW壓水堆核電站約有290個系統(tǒng)，分別屬于核島（NI）、常規(guī)島（CI）和電站輔助設(shè)施（BOP）。 其中，核島市場約1094億元，常規(guī)島市場710億元。 年均造價約384億元，其中核島219億元，常規(guī)島165億元。 核電設(shè)備制造的盈利能力在電站設(shè)備制造中處于最高水平，毛利率通常為40%～60%。

三、核電用不銹鋼需求分析

一座發(fā)電能力為100萬千瓦的核電站要消耗鋼材5萬多噸。 反應(yīng)堆本體壓力容器、反應(yīng)堆內(nèi)部構(gòu)件、控制棒驅(qū)動機構(gòu)、設(shè)備、元器件、一回路系統(tǒng)部件等關(guān)鍵部件的鋼材和鎳合金用量高達數(shù)千噸，只要加壓就水反應(yīng)堆和沸水反應(yīng)堆而言，與一回路冷卻劑接觸的設(shè)備和部件90%以上由鋼和鎳合金制成，不銹鋼占鋼和鎳合金的80-90%，如下就是核電站用不銹鋼的具體情況。

核島是核電站安全殼內(nèi)的核反應(yīng)堆及反應(yīng)堆相關(guān)系統(tǒng)的總稱，包括核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。 核島系統(tǒng)需要大量高性能高端不銹鋼管材。

1 蒸汽發(fā)生器 U 型傳熱管

蒸汽發(fā)生器傳熱管是核電站一回路壓力邊界的重要組成部分，也是防止放射性裂變產(chǎn)物泄漏的主要屏障。 質(zhì)量是保證蒸汽發(fā)生器安全可靠運行的關(guān)鍵。 據(jù)統(tǒng)計，約30%的壓水堆非計劃停堆是由于蒸汽發(fā)生器傳熱管腐蝕損壞造成的。 目前，蒸汽發(fā)生器傳熱管的選用主要有800合金和690合金。 蒸汽發(fā)生器傳熱管由于對表面質(zhì)量、尺寸控制、熱處理制度、組織控制等方面的要求較高，技術(shù)壁壘較高。 國內(nèi)外廠商不多。 在瑞典山特維克有3家公司，在中國有浙江久力和寶銀兩家公司。

第三代核電技術(shù)蒸汽發(fā)生器傳熱管的主要材料為690合金。 一個百萬千瓦的機組需要約10000根換熱管，總重量約200噸。 主要規(guī)格有Ф19.05mm×1.09 mm等。 蒸汽發(fā)生器傳熱管的主要生產(chǎn)工藝包括鋼坯冶煉鍛造、熱擠壓成型、冷成型、固溶熱處理和TT熱處理、無損檢測和彎管等。目前，我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)久立集團完成了華龍一號和出口海外項目所需的690合金蒸汽發(fā)生器傳熱管的制造和安裝，受到了客戶的一致好評。

2 其他核島用不銹鋼管

一回路主管道是核電站在正常、異常、事故和試驗工況下防止核裂變產(chǎn)物泄漏到安全殼的重要屏障。 主管道通常要求耐高溫、耐高壓、耐腐蝕。 早期主要管道普遍采用18-8奧氏體不銹鋼，但存在強度不夠和晶間腐蝕等問題。 后來開發(fā)的鑄造雙相不銹鋼主管道存在老化現(xiàn)象等缺點。 目前，三代核電主管道及其他一回路均采用整體鍛造的316LN奧氏體不銹鋼，具有強度高、塑韌性好等特點。 目前，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)已基本掌握大型鋼錠冶煉、大型不銹鋼材料整體鍛造、管段整體加工成型等關(guān)鍵技術(shù)，并已實現(xiàn)國產(chǎn)化。 非能動安全原理是第三代核電技術(shù)的一個突出特點。 非能動余熱排出換熱器是堆芯冷卻系統(tǒng)的核心設(shè)備，對反應(yīng)堆的安全運行起著重要作用。 其中，被動式余熱排放換熱器上下封頭通過C型換熱管連接。 換熱管材質(zhì)主要為690合金等，規(guī)格主要有Φ19.05mm×1.24mm、Φ19.05mm×1.65mm等，每百萬千瓦機組需要約1噸C型管傳熱管。

反應(yīng)堆壓力容器是主回路冷卻劑壓力邊界屏障中的重要設(shè)備。 屬核安全一級設(shè)備，在核電站服役期內(nèi)不得更換。 它的壽命決定了整個核電站的使用壽命。 由于容器內(nèi)裝有高溫、高壓和放射性的工質(zhì)，要求其結(jié)構(gòu)在各種工況下都能保持完好無破損、不泄漏等現(xiàn)象，因此反應(yīng)堆壓力容器的密封設(shè)計和選材很重要為了設(shè)備安全。 跑步很關(guān)鍵。

目前在反應(yīng)堆壓力容器的密封設(shè)計中，筒體與頂蓋采用雙通道金屬O型圈密封，即在上法蘭密封面上開雙通道環(huán)槽形成內(nèi)、中、外三島，內(nèi)島、中島、外島排列。 外面的兩個金屬 O 形圈形成雙通道金屬 O 形圈密封。 在第三代核電技術(shù)中，O型密封圈主要采用718合金無縫管，規(guī)格主要有Φ30mm×1.2mm、Φ12.7mm×1.27mm等。

O型密封圈用718合金無縫管對表面質(zhì)量、尺寸控制、熱處理制度、回彈性能要求高，技術(shù)壁壘高。 貴等等。 自2014年以來，久立成功開發(fā)出密封圈用718合金無縫管，具有表面質(zhì)量好、尺寸精度高、回彈性能優(yōu)良等特點。 另外，O型圈彎曲后焊接時，焊點只有一個，降低了熱處理和檢驗的難度。 目前，該產(chǎn)品已成功應(yīng)用于國內(nèi)核電站。

3 條用于常規(guī)島的不銹鋼管

大多數(shù)核電站都建在沿海地區(qū)，電路使用大量海水作為冷卻介質(zhì)。 由于鈦的固有特性，鈦焊管具有優(yōu)良的耐腐蝕、耐沖刷、導(dǎo)熱、良好的機械性能，特別適合用作海水或污染嚴重的淡水作為冷卻介質(zhì)的冷凝管。 在百萬千瓦核電機組的凝汽器中，每臺機組使用鈦管約200噸。 但由于鈦管加工制造難度大，主要是焊接和熱處理難度大。 國外廠商主要由美國、日本等制造企業(yè)生產(chǎn)。 目前，國內(nèi)核電站凝汽器用鈦管大多依賴進口，國內(nèi)鈦焊管市場缺口較大。 因此，有必要研究優(yōu)質(zhì)薄壁鈦焊管的生產(chǎn)工藝，以滿足國內(nèi)日益增長的建筑需求。 目前冷凝管規(guī)格主要有Ф22mm×0.5mm，鈦材主要為TA2（Gr.2）。 高壓給水加熱器是熱回收系統(tǒng)中重要的給水加熱設(shè)備，對機組二回路運行的經(jīng)濟性起著重要作用。 換熱器通常采用U型換熱管。 TP439鐵素體不銹鋼具有強度高、耐沖蝕性和耐磨性好、價格低廉、抗氯離子腐蝕能力好等特點。 常用作U型換熱管的主要材料，在國外核電機組中得到廣泛應(yīng)用。 目前百萬千瓦核電機組使用TP439焊接U型管約150t，所需產(chǎn)品主要規(guī)格為Ф16mm×1.5mm。

4 個用于高級反應(yīng)器類型的不銹鋼管

在大力建設(shè)三代商用核電站的同時，國內(nèi)外許多研究機構(gòu)都在大力研究和建設(shè)四代、五代核電技術(shù)的試驗堆和示范堆，主要包括釷基熔鹽堆和鈉基反應(yīng)堆。 -冷卻快堆。 、鉛鉍快堆、高溫氣冷堆、核聚變堆等堆型。 在試驗堆和示范堆建設(shè)過程中，還需要各種高性能不銹鋼管道，材料涉及不銹鋼、鎳基合金等。釷基熔鹽堆是六大四代堆之一核電替代反應(yīng)堆類型。 具有常壓、無水冷卻、無需制作燃料元件、可實現(xiàn)在線加注、在線后處理等特點。 但同時也存在使用溫度高、熔鹽腐蝕強等問題。 對主管道和換熱管道材料提出了很高的要求。 目前主要材料是鎳鉻鉬合金等合金。 合金換熱管的制造存在熔煉困難、易偏析、熱加工困難等問題，國內(nèi)外生產(chǎn)廠家較少。 鈉冷快堆也是六種第四代核電備選堆型之一。 它是我國核能三步走發(fā)展規(guī)劃的第二步，是我國核能閉式循環(huán)的重要組成部分。 與壓水堆相比，鈉冷快堆具有溫度更高（500℃以上）、輻射劑量更高的特點。 因此對核心部件的結(jié)構(gòu)材料提出了更高的要求，如不銹鋼包殼管。 此外，鈉冷快堆蒸汽發(fā)生器、換熱器等管線也需要大量高性能奧氏體不銹鋼管，如316Ti、316H等。鈉冷高性能不銹鋼管規(guī)格冷快堆主要有Φ6.0mm×0.4mm、Φ22mm×1.4mm等。

核電用高性能高端不銹鋼管的研發(fā)和生產(chǎn)已成熟并得到廣泛應(yīng)用，如690合金、800合金蒸汽發(fā)生器U型換熱管、O型密封用718合金管環(huán)、TP439高換熱管、冷凝器用鈦焊管、反應(yīng)堆內(nèi)件用管、核級儀表管等。核能是未來能源發(fā)展的重要方向。 隨著第三代、第四代先進核電技術(shù)的研發(fā)不銹鋼換熱管需酸洗鈍化嗎，核島和常規(guī)島需要大量的高性能不銹鋼管，特別是隨著“一帶一路”的倡議，我國核電將走向世界，需要本土化的不銹鋼產(chǎn)品和技術(shù)。 因此，不銹鋼企業(yè)加強先進材料和先進制造工藝的研發(fā)和應(yīng)用，開發(fā)出一系列先進核電技術(shù)所需的高性能不銹鋼管。