專題|中國不銹鋼管30年

    編者按：近30年來，我國不銹鋼管的生產技術取得了長足進步，產量、質量大幅提高，品種不斷擴大，標準進一步完善。為此，本報特組織“中國不銹鋼管30年”專題系列報道，以饗讀者。

    核電站用不銹鋼無縫鋼管

    國產化研究

    1 核能發電概況

    電力發展“十三五”規劃指出，堅持安全發展核電的原則，加大自主核電示范工程建設力度，著力打造核心競爭力，加快推進沿海核電項目建設。“十三五”期間，全國核電將投產約3000萬千瓦、開工3000萬千瓦以上，2020年裝機將達到5800萬千瓦。

    核能發電沒有空氣污染，不會加重地球的溫室效應。核能燃料的能量密度比化石燃料高幾百萬倍，燃料體積小，運輸與儲存方便。但是，核能發電會產生高低階放射性廢料；使用過的核燃料，盡管體積不大，但具有放射性，必須慎重處理；核電廠的反應器內有大量的放射性物質，如果在事故時泄露到環境中，會對環境及公眾造成傷害。

    2 壓水堆核電站用不銹鋼無縫鋼管

    壓水堆核電站使用的不銹鋼無縫鋼管，按照安全等級劃分為核級和非核級；核級鋼管又分為核1級、核2級和核3級。依據不同的安全等級，在設計、生產、檢驗、安裝、運行等各個環節，又執行不同等級的質保要求（如質保1級、質保2級和質保3級）。通常，核島一回路的不銹鋼無縫鋼管為核級材料，其中用于一回路冷卻劑系統的所有承壓邊界設備和管道均屬于核安全1級，核質保1級材料，部分蒸汽輸送管道為核2級或核3級，質保2級材料；常規島的二回路系統管道均為非核級，質保3級材料。

    3 壓水堆核電站用不銹鋼無縫鋼管的性能要求

    壓水堆核電站的特點是反應堆內具有很強的中子和γ射線輻照及巨大的核能釋放及反應性裂變產物。核電廠的部件結構、選材以及系統組成和安全設施等遠比火電廠復雜、龐大和要求嚴格。為了保證反應堆安全運行和設計壽命，各部件在服役期內必須具有穩定性、完整性和可靠性。一般而言，核電站核1級不銹鋼無縫鋼管性能要求主要體現在以下幾個方面。

    1）力學性能：不銹鋼無縫鋼管應具備足夠強度、韌性和耐熱性，以保證管路系統的穩定性和完整性。

    2）化學性能：不銹鋼無縫鋼管應有抗局部腐蝕、抗全面腐蝕、抗高溫氧化和高溫蠕變能力；對晶間腐蝕和應力腐蝕不敏感、對冷卻劑和燃料相容性好。

    3）物理性能：不銹鋼無縫鋼管的導熱率高、熱膨脹系數小、熔點高。

    4）輻照性能：不銹鋼無縫鋼管對輻照不敏感、輻照腫脹和輻照引起的性能變化小，輻照產生的感生放射性小、組織結構穩定、雜質和氣體含量應該盡量少，尤其對于磷、硫含量和參與元素要嚴格控制。

    5）工藝性能：不銹鋼無縫鋼管制造中的冶煉、鑄造、鍛壓、軋制、熱處理、無損檢測以及安裝過程中的對接焊、彎曲、脹接等工藝性能均應良好。

    6）經濟性：不銹鋼無縫鋼管應具有來源方便、生產工藝簡單、成本低廉、使用經驗豐富的經濟性。

    4 核電站用不銹鋼無縫鋼管的國產化

    1994年，我國從法國成套引進大亞灣核電站1、2號機組和秦山核電站一期，之后二十多年，我國核電工業有了很大發展。核電站用不銹鋼無縫鋼管也走過了從檢修應急時零星從國內采購非核級，到無縫管件用直管國內制造，到制造廠家嚴格按照HAF003的要求取證、整機成套供貨的發展歷程。

    2005年，國內企業開始為秦山二期擴建工程和嶺澳二期工程供應首批核級不銹鋼無縫鋼管，標志著我國無縫鋼管行業開始具備為核電站成套供應核級不銹鋼無縫鋼管能力。

    無論是美國西屋公司的AP1000堆型技術（我國消化吸收后為CAP1400），法國的M310堆型技術，還是我國自主研發的華龍一號技術，核島一回路1、2、3級不銹鋼無縫鋼管現均已實現國產化

    通常，核電站一回路用核級不銹鋼無縫鋼管選擇的牌號為Z2CN18.10、Z2CN19.10N（控氮）、Z2CND17.12、Z2CND18.12（控氮）（依次對應美標的TP304L、TP304LN、TP316L、TP316LN；國標的022Cr19Ni10、022Cr19Ni10N、022Cr17Ni12Mo2、022Cr17Ni12Mo2N）；最大直徑為711mm（臺山1、2號機組核2級Z2CND17.12 Ф711mm×15.88mm，其他機組未見此規格），最小為13.7mm（核3級 Z2CN18.10 Ф13.7mm×1.65mm），最大壁厚為35.71mm（核1級 Z2CND18.12（控氮） Ф355.6mm×35.71mm），最小壁厚為0.8mm（核1級 Z2CN18.10 Ф9.52mm× 0.8mm）。我國基本都采用擠壓/斜軋穿孔+冷軋或冷拔方式生產。以法國M310堆型技術為主的RCC-M規范規定，鋼管應以熱加工完成，小直徑管可以冷加工完成。以AP1000堆型技術為代表的鋼管，ASME規范規定可以熱加工完成，也可以冷加工完成。

    與其他行業用不銹鋼無縫鋼管不同，核電站用不銹鋼無縫鋼管除了區分核安全等級、核質保等級，并滿足相應的質保要求外，在國產化制造過程中，還要滿足以下幾個要求。

    1）化學成分中對Co含量進行嚴格限制，熔煉分析不超過0.20%，力爭控制在0.10%以下；B含量成品分析不超過0.0018%（部分設備限制為不超過0.0015%）。

    2）大多數鋼管的壁厚與外徑之比低于0.1，甚至低于0.03。對于管徑超過200mm的鋼管，外徑控制、壁厚控制、橢圓度控制都很困難。

    3）水壓試驗是必做的檢驗項目，且根據鋼管的核安全等級的不同，水壓試驗用水的等級有嚴格限制。

    4）不銹鋼抗晶間腐蝕敏感性能測定規程按照含鉬與不含鉬區分，敏化溫度分別為725℃和700℃，并對敏化過程的升溫、降溫速度有嚴格限制；在加銅屑的硫酸銅溶液中沸騰24小時，不得出現晶間腐蝕敏感性（RCC-M規范）。

    5）350℃的高溫拉伸性能是核安全1、2級鋼管的必檢項目。

    6）如果壁厚大于12mm，外徑大于168mm，拉伸試樣取樣方向為橫向，當室溫拉伸時，延伸率低于45%但不低于40%時，允許用沖擊試驗進一步驗證鋼管的塑性和韌性，如果沖擊試驗合格，則認為鋼管合格（RCC-M規范）。

    5 核電站用不銹鋼無縫鋼管國產化進程中的一些問題

    我國核電站用不銹鋼無縫鋼管在國產化過程中取得了豐碩的成果，但也存在一些問題。

    1）設計、制造、檢驗的標準化問題

    國檢能源局組織核工業的設計院所編制了NB/T的行業標準，涵蓋了生產、制造、檢驗、安裝等各工藝流程，并對人員資質和能力進行了規定；中國鋼鐵工業協會也組織國內的幾家核電站用不銹鋼無縫鋼管制造企業編制了GB標準。

    但是，由于安全性設計和可靠性設計等基礎數據的缺失，各堆型技術規范體系相對獨立，導致部分依照標準或規范為母本編制的采購技術規格書的技術要求不能完全覆蓋。

    2）制造、檢驗場地問題

    我國的各核電用管制造企業的裝備配套都十分完善、設備指標也都很“高大上”。但是由于核電用管的品種規格多，批量又不大，無法做到批量化生產，這就對現場的生產組織管理帶來了挑戰。

    如何做到與其他非核電品種“同臺競技”而絲毫不亂，除了嚴格的管理制度外，寬裕、整潔、明亮的專用場地條件是必不可少的。

    3）生產、制造工藝問題

    統計發現，核電用不銹鋼無縫鋼管一次檢驗不合格品中，尺寸（形狀）公差和表面質量問題占到了50%以上。

    通常，冷軋冷拔鋼管的尺寸精度和形狀精度應該是很高的，表面質量也優于熱軋鋼管，但是由于目前國內的冷軋冷拔鋼管的表面質量處理過于依賴拋光，導致在冷軋冷拔時，對工序質量控制放的較松，希望成品拋光時來矯正尺寸和形狀。因此，放松了對軋輥、拔模的形狀、尺寸公差控制；成品熱處理時，也未采用保護氣氛熱處理方式或真空氣淬方式。

    采用高硬度硬質合金軋輥、拔模，嚴格控制鋼管的成品尺寸公差、形狀公差；采用保護氣氛熱處理或真空氣淬等方式進行固溶熱處理，可以很好地解決目前尺寸公差、形狀公差和表面質量差的問題。

    4）良好的核安全文化培育問題

    核電用管制造廠的管理人員、技術人員一般都能接受到良好的核安全文化教育，但身處一線的基層操作者，一是受限于自身文化素質、二是受限于工廠的重視程度、三是受限于工廠的薪酬體系，可能不能受到有效的核安全文化培訓，或是不主動、不自愿地接受核安全文化培訓，存在漠不關心、敷衍的態度問題。

    只有制造廠全員的核安全文化素養的提高，才能帶來整體核質保能力的躍升，進而促進核電用管質量的提升。

    5）人員能力延續問題

    由于人力資源流動成了一種新常態，核電站用核級鋼管的生產、檢驗人員又必須具有相應的資質，如何保持現有人力資源能力，并滿足不斷擴大的建設需求的問題，已日漸影響到制造廠的生產經營決策。

    6 結論

    隨著我國核電站建設的高速發展，核電站用不銹鋼無縫鋼管的國產化工作取得了長足的進步。核島用不銹鋼無縫鋼管已全部可以自主生產，產能能夠滿足國家建設的需要。

    我國核電站用不銹鋼無縫鋼管的開發雖然取得了很大進步，但也還存在著標準使用混亂、生產場地局促、質量控制有待進一步提高、人員的快速流動影響制造廠的生產經營活動等問題。

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責任編輯：王元

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