核电厂一回路压力边界铸造奥氏体不锈钢的老化管理(苏州院陆念文)

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1、核电厂一回路压力边界双相不锈钢部件的老化管理1陆念文1薛飞1汪小龙1遆文新2戴忠华、2刘鹏1苏州热工研究院苏州2150042大亚湾核电运营管理有限责任公司深圳市518124摘要：核电厂一回路压力边界（RCPB）许多部件的材料是铸造奥氏体-铁素体不锈钢，又称双相不锈钢。在轻水堆运行温度下长时运行后，双相不锈钢的韧性和延性会下降，发生热脆（thermalembrittlement）现象，又称为热老化（thermalaging）。随着热老化程度的加深，压力部件的临界裂纹尺寸值会下降，因此将削弱一回路压力边界的结构完整性。及时进行双相不锈钢部件的

2、热老化管理，对于核电厂的运行、在役检查和延寿都很有意义。关键词：双相不锈钢，热老化，老化管理1.引言轻水堆（包括PWR、BWR）核电厂的一回路压力边界许多部件的材料应用铸造奥氏体-铁素体不锈钢（CASS），又称为双相不锈钢。该材料有良好的抗热裂纹（HotCracking）、耐腐蚀（Corrosion）、抗应力腐蚀开裂（SCC）性能，同时具有良好的机械性能。保持一回路压力边界的结构完整性，对于核电厂的安全运行特别重要。任何导致双相不锈钢机械性能下降的老化机理都必须考虑，以延长核电厂的寿命。在轻水堆的运行温度下，双相不锈钢最主要的老化机理是热

3、脆（Thermalembrittlement），即韧性和延性下降的现象，又称为热老化（thermalaging）。随着热老化程度的加深，压力部件的临界裂纹尺寸值会下降，因此将削弱一回路压力边界的结构完整性[1]。双相不锈钢在核电厂运行温度下可能发生热老化，最早是通过实验室的研究提出的。随后对退役或更换的双相不锈钢部件的跟踪研究表明热老化确实存在，热老化的程度与双相不锈钢部件的化学成分、铸造工艺、微观组织形态和部件形状有密切的关系[2]。由于一回路压力边界中双相不锈钢部件更换困难、费用巨大、无损检测困难，因此美、法等核电大国对此相当重视，开

4、展了双相不锈钢热老化的深入研究。已初步发展出双相不锈钢断裂韧性随运行时间下降的预测模型、热老化的评估程序，并将这些预测模型和评估程序应用于核电厂的在役检查、安全评估和延寿活动中[3]。但是由于材料成分、性能的分散性，以及部件形状的复杂性，相关的研究并未停止[4]。核电厂的在役检查、安全评估和延寿必须考虑双相不锈钢的热老化问题。对于在役检查，必须重点检查那些可能发生热老化的双相不锈钢部件。对于安全评估，必须考虑热老化引起的双相不锈钢部件机械性能随运行时间的下降。对于申请延寿的核电厂，必须给出延寿期内（例如运行至60年）双相不锈钢部件机械性能

5、的下限值，确保一回路压力边界的结构完整性[3]。1.主要的双相不锈钢部件、铸造工艺和化学成分双相不锈钢的牌号有CF–8、CF-8A、CF-8M。部件的铸造工艺分为离心铸造和静态铸造两种，直管使用离心铸造，而泵壳、主管道弯头等形状复杂的部件采用静态铸造。双相不锈钢的化学成分见表1。表1双相不锈钢CF–8、CF-8A、CF-8M的化学成分[4]元素化学组分（重量百分比）CF-8、CF-8ACF-8MC0.080.08Mn1.501.50Si2.001.50S0.040.04P0.040.04Cr18.00~21.0018.00~21.00Ni

6、8.00~11.008.00~11.00Mo0.502.00~3.00主要的双相不锈钢部件有[1]：（不包括BWR核电厂）8反应堆冷却剂泵壳。因为泵壳的尺寸大，通常泵壳都是先用静态铸造方法铸造成几部分，然后将它们焊接起来，形成最终的设备。近来由于可以制造出比较大的壳式部件，已经逐步采用无缝泵壳（例如大亚湾的主泵泵壳）。8反应堆冷却剂主管道直段。西屋的电厂普遍使用CF-8A或CF-8M型不锈钢，采用离心铸造。一回路主管道的外径一般为32英寸。还没有在离心铸造管道上发现热老化问题。8反应堆冷却剂主管道弯头。材料是CF-8A，采用静态铸造，所有

7、西屋电厂使用这种材料。法国核电厂则使用CF8或者CF8M。静态铸造部件中的缺陷数量和严重程度都比离心铸造部件要严重，所以在役检查选择位置时要考虑这一因素。8波动管。波动管将一回路主管的热段和稳压器连接起来，当一回路主管中冷却剂的温度波动时，冷却剂就会通过波动管流进或流出稳压器，以调节一回路的压力。波动管的材料一般为奥氏体不锈钢，但有些电厂用的是CF-8M。波动管的运行温度可达343℃，这是PWR一回路压力边界部件的最高温度处。8稳压器喷嘴。喷嘴是喷淋管线的终点，位于稳压器顶部蒸汽空间部分，主管冷段的冷却剂可通过喷嘴进入稳压器，以降低一回路

8、的压力。西屋、法马通公司的喷嘴材料采用双相不锈钢，运行温度为343℃。8截止阀。某些截止阀的阀体采用双相不锈钢。如西屋的紧急堆芯冷却系统(ECCS)、法马通的安注系统的某些截止阀。阀体有些采用