核電是經(jīng)濟、安全、可靠、清潔的新能源,是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟的有效途徑。核電等電力建設(shè)是關(guān)系國民經(jīng)濟發(fā)展命脈的重大基礎(chǔ)工程。對世界能源資源有限、能源消耗高的中國來說,發(fā)展核電更具戰(zhàn)略意義
自1954年和1957年前蘇聯(lián)和美國建造核電站以來,據(jù)統(tǒng)計,世界核電取得了巨大進步,2006年,世界上有441臺核電機組在運行,占總發(fā)電量的31%。目前,世界核電主要分布在北美、歐洲和東亞。核電機組數(shù)量占世界總量的74%,裝機容量占79.5%。核電裝機容量排名前三位的美國、法國和日本,由于能源和環(huán)境的雙重壓力以及世界核電技術(shù)的進步,據(jù)有關(guān)國際組織統(tǒng)計,占世界核電機組的49.4%,占世界裝機容量的56.9%,2010年前后,世界將掀起核電建設(shè)的高潮。未來,許多國家將大規(guī)模建設(shè)先進的核電機組,并繼續(xù)發(fā)展先進的核電系統(tǒng)。截至2008年3月,全球19個國家和地區(qū)的核電發(fā)電量占總發(fā)電量的25%以上,其中法國占76.8%,歐盟占35%,美國占19.4%,日本占27.5%。目前,中國只有1%以上的核電起步較晚,中國大陸第一座核電站(秦山核電站)于1994年投入運行。中國大陸有三個核電基地,即浙江秦山核電基地。已建成5座核電機組,在建4座;廣東大亞灣核電基地已建成4臺核電機組,在建2臺機組;江蘇田灣核電基地兩臺機組已投入運行。其他地區(qū)也在建造核電站。目前,中國的核電規(guī)模很小。為了確保能源供應(yīng)安全,減少環(huán)境污染,中國將核電作為能源戰(zhàn)略的重要組成部分,其政策是“積極推進核電建設(shè)”。在2006年2月國務(wù)院發(fā)布的《國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中,“大型先進壓水堆和高溫氣冷堆核電站”被列為16個國家重大科技項目之一。2006年3月,國務(wù)院通過了《國家中長期核電發(fā)展規(guī)劃(2005-2020)》。目前,2020年前的核電規(guī)劃已經(jīng)頒布。大約30年后,中國的核能發(fā)電有望達到目前世界核電發(fā)展的平均水平。盡管2011年3月的福島核事故讓人們開始重新審視核電,但不可否認(rèn)的是,核電在經(jīng)濟性和清潔度等諸多方面確實優(yōu)于其他新能源。未來幾十年,核電將保持高度競爭力,以其清潔、安全、經(jīng)濟的優(yōu)勢,在確保能源供應(yīng)安全、促進環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和提高國民經(jīng)濟水平方面發(fā)揮重要作用,其傳熱不銹鋼管是核動力裝置中的關(guān)鍵部件。目前,國際上蒸汽發(fā)生器傳熱不銹鋼管材料均采用Fe-Cr-Ni合金,主要包括奧氏體不銹鋼304和800系列以及鎳基合金600和690系列。國外核電站運行經(jīng)驗表明,以傳熱不銹鋼管應(yīng)力腐蝕開裂為代表的環(huán)境失效是影響核電站安全運行的主要因素之一。因此,不銹鋼管的材料和制造工藝成為研究熱點。目前,我國核電站蒸汽發(fā)生器用不銹鋼管基本上都是進口的。為了實現(xiàn)核電設(shè)備國產(chǎn)化,國家組織了技術(shù)研究,并取得了初步成果。但仍需深入研究材料成分、熱處理、冷加工等因素對不銹鋼管使用壽命的影響規(guī)律,研究開發(fā)新材料和關(guān)鍵制造技術(shù)
核電機組早期換熱管主要為304不銹鋼管和600合金管。傳熱管的應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象很多,因此有很多研究。后來,開發(fā)了690和800。這兩種材料都具有較好的抗應(yīng)力腐蝕性能,有很多研究報告發(fā)現(xiàn),在一定的試驗條件下,800合金出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂時,其表面Cr嚴(yán)重貧化,表面薄膜主要是Ni和Fe的氧化產(chǎn)物。氧化膜中的高鉻使氧化膜穩(wěn)定、致密、牢固,降低了應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性。通過對四種Fe-Cr-Ni合金材料的研究,認(rèn)為影響不銹鋼傳熱管應(yīng)力腐蝕開裂的材料因素主要是Ni和Cr的變化。為了獲得具有更好的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能的材料,需要進一步研究合金成分與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。研究表明,材料的熱處理和變形加工技術(shù)也非常重要。適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚳梢愿淖儾牧系奈⒂^結(jié)構(gòu),提高鋼管的高溫抗氧化性
M.Cxalvarez等研究了核電站堆芯外高壓等溫環(huán)境下800合金的平均氧化層厚度。分析表明,氧化表面出現(xiàn)水合物,出現(xiàn)針狀物R.S.Dutta等人在薄膜中發(fā)現(xiàn),在高溫蒸汽條件下冷變形后仍有少量in合金800ε馬氏體,合金表面會出現(xiàn)Fe和Cr氧化物。退火后,800合金中形成tic和tin顆粒,腐蝕點開始于這些大的多面體顆粒,而不是小的球形顆粒。B.T.Lu等人發(fā)現(xiàn),應(yīng)力腐蝕斷裂抗力與薄膜的斷裂韌性密切相關(guān)。R.Dehmolari等人發(fā)現(xiàn),在800合金中,經(jīng)過15年的使用,tic將轉(zhuǎn)變?yōu)閏r23c6+ni16ti6si7,并且在使用過程中還會形成沉淀,這將降低材料的延展性和韌性。