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核电主管道制造工艺发展

发布时间:2015-10-12 10:29:08来源:中经纵横
核电主管道是核岛内连接反应堆压力容器、蒸汽发生器以及反应堆冷却剂泵的厚壁钢管。上述3个部分通过主管道的连接形成一个闭合回路,在反应堆冷却泵的驱动下,冷却剂(高纯水)在回路中流动,带出反应堆压力容器中核燃料裂变所产生热量,并通过汽轮机发电机组将热量转化为电能。在压水堆核电站的核岛中,主管道是核岛内七大关键设备之一,堪称核电站的主动脉。
 
  美国西屋公司推出的第3代核电技术AP1000主管道是AP1000核电机组中的关键部件之一,其成形制造工艺与第2代核电主管道有本质区别。第2代、2代加的核电主管道设计寿命为40年,主要由锻造或铸造方法成形部件,再用焊接方法进行连接。而AP1000主管道的设计使用寿命为60年,为了提高主管道使用性能及减少在役检测成本,规定管身不能出现焊缝,需要采用整体锻造成形,因此不能沿用传统加工工艺方法。由于尺寸大,并且存在2个径向呈45°的圆形接管嘴,属于典型的异型锻件,成形难度非常大,国外亦无成熟的制造技术可以借鉴。为了实现第3代核电技术的国产化,研究核电主管道的制造工艺是非常有必要的。
 
  核电主管道在服役期限内承受较高温度、相当高的压力、较高流速的高纯水腐蚀和高频疲劳的作用,工作环境十分恶劣。因此选用的管道材料必须具有高强度、高韧性、良好的疲劳性能以及抗腐蚀性能等。根据压水堆种类不同,主管道采用材料也不尽相同。
 
  第3代核电技术AP1000主管道指定材料为核级控氮不锈钢316LN(00Cr17Ni3Mo2N),在316L的基础上加入了适量的氮元素,既保持了316L的耐蚀性特点,又由于N的作用提高了强度和加工硬化倾向,而塑性、韧性又同时保持在较高水平。另外,氮的加入还进一步改善了诸如耐点腐蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀性能。
 
  清华大学先进成形制造教育部重点实验室研究人员提出的新型镦挤成形接管嘴工艺与传统的核电主管道制造工艺相比,具有如下优势:
 
  (1)材料利用率大大提高;
 
  (2)由于机加工余量与火次的减少,单支主管道的制造时间将显著缩短;
 
  (3)更有利于晶粒尺寸的控制,保证核电主管道的内部质量。少量的切削加工不会破坏挤压过程中所形成的金属流线,用镦挤方法制造的核电主管道耐腐蚀性能将得到极大提升。

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