中国冶金报：聚焦世界核电用钢开发

    随着煤炭等资源的日益紧缺和环保要求的不断提高，对于利用核能、水能、风能、太阳能等多种高效清洁能源改善全球环境和气候已达成共识。尤其是核能利用，已成为众多发展中国家缩小与发达国家差距、增强自身经济实力的主要方向。到目前为止，全世界正在运行的核电机组有436台，总装机容量为372吉瓦，分布在31个国家(地区)。核电在全球一次能源消费中的比例接近6%，占世界电力供应总量的15%。我国目前核电仅占全国电力供应总量的1.2%左右。
    核能具有其特殊性，日本地震引发的福岛核泄漏事故给全世界敲响警钟，核电用钢的安全性和可靠性显得愈发重要。从世界核电用钢发展历程来看，不同的核电技术有不同的标准和要求。我国亟须在加快核电用钢开发的同时，着手建立相应的核电用钢体系，以满足今后核电发展的需求。
    核电发展亟须完善标准严格规范
    世界核电发展并非一帆风顺。1942年，美国建成了世界上第一座人工核反应堆，开创了核能利用的新纪元;20世纪70年代，工业发达国家以核代油的选择使核电进入发展高潮;1980年前后发生的三哩岛事故和切尔诺贝利事故，使核电发展陷入低谷。此后，人们对核电安全性提出了更高的要求，并不断增加规则和技术标准，但仍然把核电放在重要的能源位置。2000年，法国核电占本国总发电量的比重达到76.7%，韩国37.9%、日本29%、德国30%、美国19.8%、俄罗斯14.7%。2011年，日本福岛事故再一次给全球核电发展蒙上了阴影。但在全球能源供需紧张局势没有根本改变的前提下，核电建设必不可少，但发展速度会相对放缓，须制定更新的规则和更加严格、完善的标准，提高核电的准入门槛。
    我国核电虽然起步较晚，但发展迅猛，在建共有28台核电机组，已成为世界在建核电机组最多的国家。根据国家中长期发展规划，力争到2020年核电装机容量占国内电力总装机容量的5%以上，达到7000万千瓦～8000万千瓦，相当于每年新增5座～8座百万千瓦级的核电机组。
    核电用钢向超高强度发展
    世界核电的发展可以划分为四代。第一代是指和平利用核能的初级阶段;第二代是指大型商用的核电机组，形成了自身的系列化和标准化，我国建成并正在运行的核电机组均属于此列;第三代充分吸取了第二代的经验，在安全性和经济性方面有了更大的提高;第四代则是指具有固有安全特性的核电技术，但目前尚处于概念设计的研发阶段，最快也只能在2030年以后才能开始商业应用。依据上述划分，我国在建或计划建设的核电机组基本以二代半和三代技术为主。
    伴随着核电技术不断进步和成熟，核电用钢正沿着一条低强度—中强度—高强度—超高强度的路线发展。以压水堆压力容器用钢为例，美国早期曾采用屈服强度为270兆帕的SA212-B低强度钢，后来采用了屈服强度为350兆帕的302B和SA533B-1中强度钢，接着又在核潜艇耐压壳体用钢和高压容器用钢的基础上发展了屈服强度为600兆帕的SA543和SA542高强度钢，目前又在积极着手为开发900兆帕～1400兆帕级的超高强度用钢积累资料。在成分选择方面，核电用钢主要分为碳钢和合金钢两大领域，其中由于核电站内部的特殊环境，钢板在具有较好的强度、韧性匹配的同时，更重要的是要承受长期的中子辐射作用。一般来讲，钢中的合金元素越多，其体现出的整体抗中子辐射作用就越弱，世界各国广泛认同的是Mn-Ni-Mo系低合金高强度钢，它是在Mn-Mo的基础上加Ni而发展起来的，比Mn-Mo型低合金钢韧性好。为了获得比较满意的淬透性，并保证钢板各项性能能够达到规定的要求，世界各国对钢的成分范围均作了不同程度的调整，但其基本性能相差无几。国际上较为典型的核电用钢主要有美国的A508-3、A533(B、D)、德国的BHW35、法国的16MND5和日本的SFVV3等。
    我国核电用钢自1973年开始研制，最初是在国产Mn、Mo、Nb钢种上添加0.6%～0.9%的Ni改进而成，命名为S271钢。随着核电用钢技术的不断发展，针对核电建设不同部位的特殊要求分别进行了相应钢种的成分设计和选材。
    虽然我国在建核电项目较多，但迄今为止，在核电用钢方面还没有形成正式的国家标准，尤其是在关键核级设备材料方面，不得不按国外技术标准进行采购，主要包括法国RCC-M和美国ASME-Ⅲ，而这两项标准也是目前世界上公认的适合核电用钢生产和使用的标准。
    尽快实现核电用钢及其标准国产化
    核电用钢主要有以下六个方面的特点：
    第一，核电用钢品种齐全、范围广泛。钢种涵盖了碳素钢、合金钢、不锈钢和镍基材料等，并且均有较为严格的要求。核岛设备用钢长期工作在高温、高压等环境，因此要求具有适宜的强度、高韧性和低脆性转变温度(NDT)。
    第二，核电用钢生产难度大，接近世界先进轧机极限水平。主要是钢板单重重、规格大，属超宽、超厚、超重型。如CPR1000蒸汽发生器筒体用钢18MND5，仅一张钢板单重就接近40吨左右。
    第三，严格的化学成分要求。常规岛设备用钢一般要求P、S含量在0.015%以下，而核岛设备用钢则要求P、S含量小于0.01%、0.005%。
    第四，严格、复杂的力学性能要求。取样数量明显增多，需要在交货状态、试模拟焊后热处理(SPWHT)后在高温、常温和低温等不同状态下的不同位置进行纵、横向检验，如稳压器用16MND5钢板，一张钢板要求最多须检验50余个冲击试样。
    第五，在工作温度下要有良好的组织稳定性、可焊性、冷热加工性和抗疲劳强度，在反应堆辐照条件下应具有良好的抗辐照脆化敏感性。
    第六，具有严格的无损检测要求。核电设备用钢大都须进行100%超声波检验，钢板表面进行磁粉探伤，同时对探伤操作人员资质提出了较高的要求。
    与福岛事故发生之前相比，我国的核电建设会适度放缓，但发展核电的信心不会动摇。据全球知名咨询公司麦肯锡2011年9月21日发布的能源报告中称，未来20年内我国核电新装机容量将占全球的47%。这意味着我国将进入一个核电建造的高峰期。在这个时期，一方面要尽快实现核电用钢国产化，另一方面还要尽快实现核电用钢标准国产化，建立适合我国自身特点的核电用钢体系。同时，继续加强我国核电用钢质量保证体系的建设，实现规范化，只有这样才标志着我国核电用钢实现了真正意义的国产化，核电机组建造也会步入一个成熟期。另外在拥有核电机组自主设计、建造能力的同时，还要像发达国家一样进行核电技术整体输出，这就要求我国钢铁企业与国家核电装备企业密切合作，以便共同占领国际市场。