一、中國核電為什么要用不銹鋼

核電站通風(fēng)凈化設(shè)備主要用于送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)，可根據(jù)不同的工況安裝不同型號的空氣過濾裝置。 用于實現(xiàn)空氣凈化，特別適用于污染或有害氣體的送排風(fēng)系統(tǒng)，可有效保護(hù)系統(tǒng)工作人員的安全和周圍環(huán)境的衛(wèi)生。 我國核電站的通風(fēng)凈化裝置大多采用奧氏體不銹鋼制造。 奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和更好的耐輻射性能。 然而，核電站大多建在沿海地區(qū)，海水空氣濕度大，含鹽量高，氯離子是不銹鋼腐蝕的主要原因之一。 為確保核電站通風(fēng)凈化系統(tǒng)的安全，提高奧氏體不銹鋼的耐蝕性顯得尤為重要。

1 海洋環(huán)境對核電用奧氏體不銹鋼腐蝕的影響

1.1 海洋環(huán)境腐蝕特征

不銹鋼在一般空氣或淡水環(huán)境中發(fā)生腐蝕，表面會形成一層致密的氧化膜，抑制鋼的腐蝕過程。 海洋環(huán)境中空氣氯離子含量較高，氯離子很容易取代氧化膜中的氧而破壞氧化膜，使得在一定濃度的氯離子環(huán)境下難以建立穩(wěn)定的鈍化狀態(tài). 不銹鋼中的鉬能減少氯離子對鈍化膜的破壞。 隨著氯離子在設(shè)備上的積累，氯離子的濃度會越來越高，對不銹鋼的腐蝕也越來越大。

1.2點腐蝕

點蝕是相對集中在金屬表面一小部分的局部腐蝕。 在真正發(fā)生點蝕之前，不銹鋼表面的保護(hù)氧化層會形成直徑數(shù)微米的微凹陷。 這種微凹陷的迅速增加是不銹鋼大規(guī)模腐蝕的原因。 不銹鋼表面經(jīng)過酸洗和鈍化處理后，形成一層Cr2O3氧化膜，使不銹鋼發(fā)揮最大的耐腐蝕性能，有效阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕和破壞。 核電站不銹鋼設(shè)備的腐蝕一般為點腐蝕，點腐蝕多發(fā)生在鈍化膜破損處，如裂紋、劃傷等表面。 如果不銹鋼表面潮濕，含有氯離子，局部可形成強(qiáng)酸溶解的鈍化膜，破壞穩(wěn)定的鈍化狀態(tài)，引起大面積腐蝕。

1.3 晶間腐蝕

晶間腐蝕是金屬腐蝕中常見的局部腐蝕。 腐蝕從金屬表面開始，沿金屬晶粒間的界面向晶粒內(nèi)部擴(kuò)展，大大削弱了晶粒間的結(jié)合力。 它是一種選擇性腐蝕，沿晶界深入金屬內(nèi)部。 這種腐蝕可以使材料失去機(jī)械性能，甚至在金屬外表面沒有任何跡象的情況下完全失去強(qiáng)度。 它是最有害的局部腐蝕形式之一。 核電站通風(fēng)凈化設(shè)備在長期運行過程中，氯離子積累到一定程度會導(dǎo)致不銹鋼外殼發(fā)生晶間腐蝕。 經(jīng)受這種腐蝕的不銹鋼表面沒有任何腐蝕或損壞，但不銹鋼內(nèi)部的晶界區(qū)域已經(jīng)損壞。 當(dāng)腐蝕達(dá)到一定程度時，會造成部件或設(shè)備的損壞，嚴(yán)重時會影響整個核電站的安全運行。

2 奧氏體不銹鋼材料比較

奧氏體不銹鋼在室溫和低溫下具有良好的韌性、塑性、焊接性和耐蝕性，具有抗化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的能力。 核電站常用的不銹鋼有304()、304L()、316L()、。

304不銹鋼是一種用途廣泛的不銹鋼，廣泛用于生產(chǎn)要求良好綜合性能（耐蝕性和成型性）的設(shè)備和零件。 304不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性，抗晶間腐蝕能力更好。

304L不銹鋼是304不銹鋼的變種，含碳量相對較低，用于需要焊接的場合。 較低的碳含量最大限度地減少了焊縫附近熱影響區(qū)碳化物的析出，碳化物的析出在某些環(huán)境下可能引起不銹鋼的晶間腐蝕。 因此，304L不銹鋼的抗晶間腐蝕能力優(yōu)于304不銹鋼。

316L不銹鋼又稱鈦鋼，加入Mo（2-3%）可提高鈍化膜的穩(wěn)定性。 316L不銹鋼具有優(yōu)良的抗點蝕和抗晶間腐蝕能力，同時還具有良好的抗氯化物腐蝕能力。 在海洋環(huán)境或侵蝕性工業(yè)大氣中的耐腐蝕性比304不銹鋼和304L不銹鋼好得多。

在耐腐蝕性方面，316L不銹鋼>304L不銹鋼>304不銹鋼，低碳不銹鋼優(yōu)于同鋼級的普通不銹鋼。 添加Ti、Mo或固溶處理是防止不銹鋼點腐蝕的主要方法。

3 腐蝕防護(hù)方法

在海洋環(huán)境中，海水空氣濕度大，含鹽量高。 空氣中的游離氯離子成為不銹鋼腐蝕的主要原因之一。 通過研究海洋環(huán)境對核電用奧氏體不銹鋼腐蝕的影響，對比奧氏體不銹鋼的性能，提出以下六種提高所用不銹鋼耐蝕性的方法。

3.1不銹鋼表面酸洗鈍化。 通過酸洗鈍化在表面覆蓋一層極薄致密的鈍化膜，腐蝕介質(zhì)被鈍化膜隔絕，形成奧氏體不銹鋼的基本和主要保護(hù)屏障。

3.2 避免鹵素離子濃度。 在通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口安裝干燥器或除霧器，盡可能減少進(jìn)入通風(fēng)系統(tǒng)的氯離子含量，從而降低附著在通風(fēng)設(shè)備不銹鋼表面的氯離子濃度，從而減少奧氏體不銹鋼的腐蝕。

3.3 在通風(fēng)系統(tǒng)入口處設(shè)置鈍化劑添加接口，在通風(fēng)系統(tǒng)中加入低濃度硝酸鹽或鉻酸鹽，以抑制氯離子在金屬表面的吸附，防止因吸附氯離子而引起的早期點蝕離子或晶間腐蝕。

3.4盡量采用316L不銹鋼。 含鉬2%～4%的奧氏體不銹鋼具有良好的耐點蝕性能。 使用含鉬奧氏體不銹鋼可顯著減少點蝕或晶間腐蝕。

3.5 光亮退火處理。 提高鈍化膜在氯離子環(huán)境中的穩(wěn)定性，提高耐蝕性。

2、核電行業(yè)未來發(fā)展趨勢

中國國務(wù)院新聞辦公室9月3日發(fā)布《中國核安全》白皮書稱，經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國核電已實現(xiàn)自主設(shè)計、自主建設(shè)、自主運行，進(jìn)入安全、可控階段。高效的發(fā)展。 在世界上率先建造并運行百萬千瓦非能動先進(jìn)壓水堆和歐洲先進(jìn)壓水堆機(jī)組。 中國核電機(jī)組數(shù)量居世界首位。

核電站設(shè)備發(fā)展分析

中國擬在未來10年內(nèi)建設(shè)60多座核電站，其中未來5年將建設(shè)約30座核反應(yīng)堆（核反應(yīng)堆）凝汽器不銹鋼換熱管酸洗后還需要成膜處理嗎，未來5年還將建設(shè)更多。 到2030年，中國共有110座核電站并網(wǎng)發(fā)電。

其中，未來四年核電鑄鍛件年均需求量有望達(dá)到86億元； 核電閥門約占核電設(shè)備總投資的5.2%。 到2020年，新建核電站閥門總投資將達(dá)到219億元。 每年核級儀表控制系統(tǒng)市場需求超過45億元。 每年加工機(jī)床約100億臺。 未來四年，核電主設(shè)備行業(yè)下游需求旺盛，行業(yè)年均銷售額有望達(dá)到390億元； 下游核電閥門和核電暖通空調(diào)設(shè)備需求有望翻番。

中國建成并投入運行的核電站：

秦山核電站（中核6臺）、廣東大亞灣核電站（中廣核2臺）、嶺澳核電站（中廣核4臺）、田灣核電站一期（中核3臺） 、遼寧紅沿河核電站（中廣核、中核4號機(jī)組）、寧德核電站（中廣核1、2、3號機(jī)組）、陽江核電站（中廣核1、2、3、4號機(jī)組）、福清核電電廠（中核6臺）、方家山核電廠（中廣核2臺）、海南昌江核電廠（中核2臺）、廣西防城港核電廠（中廣核6臺）。

中國在建核電站：

陽江核電一期工程（中廣核5、6號2臺機(jī)組）、三門核電廠（灣核電二期工程（人大4、5、6號機(jī)組）、石島灣核電廠（華能集團(tuán)）、遼寧紅沿河核電廠（中廣核5、6號機(jī)組）、福清核電廠（中廣核5、6號機(jī)組）、防城港一期核電廠（中廣核3、4號機(jī)組）、陸豐核電電廠（中廣核6臺）、彭澤核電廠（中電投4臺）。

(華龍一號)

例如，在福清核電站，中國兩大核電企業(yè)佛山市新澤昌不銹鋼有限公司和中廣核集團(tuán)研發(fā)的先進(jìn)兆千瓦級壓水堆核電技術(shù)為世界首創(chuàng)核燃料元件“華龍一號”示范工程。 涉及中國機(jī)械、電力、儀器儀表設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)備等5300多套、8萬多套綜合采購包。 供應(yīng)商分布在國內(nèi)外。

裝備國產(chǎn)化是核電的重要基礎(chǔ)

核電國產(chǎn)化戰(zhàn)略的不斷深入推進(jìn)，為我國裝備制造業(yè)提供了重要的實踐機(jī)遇，制造能力和技術(shù)水平大幅提升。 紅沿河、寧德、福清、方家山、昌江等一大批核電項目國產(chǎn)化率逐步提高，在建核電機(jī)組綜合國產(chǎn)化率達(dá)到80%左右。 而作為我國自主三代核電技術(shù)的華龍一號一號堆設(shè)備國產(chǎn)化率可達(dá)85%以上。

未來中國三代核電站國產(chǎn)化程度較高，國產(chǎn)廠商受益。 華龍一號（首批國產(chǎn)率85%，量產(chǎn)后國產(chǎn)率至少90%），（國產(chǎn)率至少85%），（目前國產(chǎn)率20 ~30%，7~8臺后國產(chǎn)化率有望達(dá)到85%），有望為國內(nèi)龍頭廠商帶來巨大的市場。

“一帶一路”沿線及周邊地區(qū)已有60多個國家規(guī)劃發(fā)展核電，到2030年，新增發(fā)電機(jī)組數(shù)量將達(dá)到200多臺。如果我國能獲得沿線20%的市場份額“一帶一路”，即約30個海外市場單位。 每出口一臺核電機(jī)組需要8萬多臺套設(shè)備，200多家企業(yè)參與制造和建設(shè)。 單臺投資約300億元，相當(dāng)于100萬輛汽車和200架中型飛機(jī)的出口額。 考慮到包括天然鈾、核燃料、運維、退役在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈貢獻(xiàn)，單臺機(jī)組全壽命直接帶動約1000億元。 30臺機(jī)組將直接產(chǎn)生近1萬億元產(chǎn)值，創(chuàng)造500萬個就業(yè)機(jī)會，全生命周期產(chǎn)值約3萬億元。

到2020年，中國核電設(shè)備市場至少2400億元。 如果設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到80%，國內(nèi)核電設(shè)備市場規(guī)模約為1920億元。 一座2*600MW壓水堆核電站約有290個系統(tǒng)，分別屬于核島（NI）、常規(guī)島（CI）和電站輔助設(shè)施（BOP）。 其中，核島市場約1094億元，常規(guī)島市場710億元。 年均造價約384億元，其中核島219億元，常規(guī)島165億元。 核電設(shè)備制造的盈利能力在電站設(shè)備制造中處于最高水平，毛利率通常為40%～60%。

三、核電用不銹鋼需求分析

一座發(fā)電能力為100萬千瓦的核電站要消耗鋼材5萬多噸。 反應(yīng)堆本體壓力容器、反應(yīng)堆內(nèi)部構(gòu)件、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)、設(shè)備、元器件、一回路系統(tǒng)部件等關(guān)鍵部件的鋼材和鎳合金用量高達(dá)數(shù)千噸，只要加壓就水反應(yīng)堆和沸水反應(yīng)堆而言，與一回路冷卻劑接觸的設(shè)備和部件90%以上由鋼和鎳合金制成，不銹鋼占鋼和鎳合金的80-90%，如下就是核電站用不銹鋼的具體情況。

核島是核電站安全殼內(nèi)的核反應(yīng)堆及反應(yīng)堆相關(guān)系統(tǒng)的總稱，包括核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。 核島系統(tǒng)需要大量高性能高端不銹鋼管材。

1 蒸汽發(fā)生器 U 型傳熱管

蒸汽發(fā)生器傳熱管是核電站一回路壓力邊界的重要組成部分，也是防止放射性裂變產(chǎn)物泄漏的主要屏障。 質(zhì)量是保證蒸汽發(fā)生器安全可靠運行的關(guān)鍵。 據(jù)統(tǒng)計，約30%的壓水堆非計劃停堆是由于蒸汽發(fā)生器傳熱管腐蝕損壞造成的。 目前，蒸汽發(fā)生器傳熱管的選用主要有800合金和690合金。 蒸汽發(fā)生器傳熱管由于對表面質(zhì)量、尺寸控制、熱處理制度、組織控制等方面的要求較高，技術(shù)壁壘較高。 國內(nèi)外廠商不多。 在瑞典山特維克有3家公司，在中國有浙江久力和寶銀兩家公司。

第三代核電技術(shù)蒸汽發(fā)生器傳熱管的主要材料為690合金。 一個百萬千瓦的機(jī)組需要約10000根換熱管，總重量約200噸。 主要規(guī)格有Ф19.05mm×1.09 mm等。 蒸汽發(fā)生器傳熱管的主要生產(chǎn)工藝包括鋼坯冶煉鍛造、熱擠壓成型、冷成型、固溶熱處理和TT熱處理、無損檢測和彎管等。目前，我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)久立集團(tuán)完成了華龍一號和出口海外項目所需的690合金蒸汽發(fā)生器傳熱管的制造和安裝，受到了客戶的一致好評。

2 其他核島用不銹鋼管

一回路主管道是核電站在正常、異常、事故和試驗工況下防止核裂變產(chǎn)物泄漏到安全殼的重要屏障。 主管道通常要求耐高溫、耐高壓、耐腐蝕。 早期主要管道普遍采用18-8奧氏體不銹鋼，但存在強(qiáng)度不夠和晶間腐蝕等問題。 后來開發(fā)的鑄造雙相不銹鋼主管道存在老化現(xiàn)象等缺點。 目前，三代核電主管道及其他一回路均采用整體鍛造的316LN奧氏體不銹鋼，具有強(qiáng)度高、塑韌性好等特點。 目前，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)已基本掌握大型鋼錠冶煉、大型不銹鋼材料整體鍛造、管段整體加工成型等關(guān)鍵技術(shù)，并已實現(xiàn)國產(chǎn)化。 非能動安全原理是第三代核電技術(shù)的一個突出特點。 非能動余熱排出換熱器是堆芯冷卻系統(tǒng)的核心設(shè)備，對反應(yīng)堆的安全運行起著重要作用。 其中，被動式余熱排放換熱器上下封頭通過C型換熱管連接。 換熱管材質(zhì)主要為690合金等，規(guī)格主要有Φ19.05mm×1.24mm、Φ19.05mm×1.65mm等，每百萬千瓦機(jī)組需要約1噸C型管傳熱管。

反應(yīng)堆壓力容器是主回路冷卻劑壓力邊界屏障中的重要設(shè)備。 屬核安全一級設(shè)備，在核電站服役期內(nèi)不得更換。 它的壽命決定了整個核電站的使用壽命。 由于容器內(nèi)裝有高溫、高壓和放射性的工質(zhì)，要求其結(jié)構(gòu)在各種工況下都能保持完好無破損、不泄漏等現(xiàn)象，因此反應(yīng)堆壓力容器的密封設(shè)計和選材很重要為了設(shè)備安全。 跑步很關(guān)鍵。

目前在反應(yīng)堆壓力容器的密封設(shè)計中，筒體與頂蓋采用雙通道金屬O型圈密封，即在上法蘭密封面上開雙通道環(huán)槽形成內(nèi)、中、外三島，內(nèi)島、中島、外島排列。 外面的兩個金屬 O 形圈形成雙通道金屬 O 形圈密封。 在第三代核電技術(shù)中，O型密封圈主要采用718合金無縫管，規(guī)格主要有Φ30mm×1.2mm、Φ12.7mm×1.27mm等。

O型密封圈用718合金無縫管對表面質(zhì)量、尺寸控制、熱處理制度、回彈性能要求高，技術(shù)壁壘高。 貴等等。 自2014年以來，久立成功開發(fā)出密封圈用718合金無縫管，具有表面質(zhì)量好、尺寸精度高、回彈性能優(yōu)良等特點。 另外，O型圈彎曲后焊接時，焊點只有一個，降低了熱處理和檢驗的難度。 目前，該產(chǎn)品已成功應(yīng)用于國內(nèi)核電站。

3 條用于常規(guī)島的不銹鋼管

大多數(shù)核電站都建在沿海地區(qū)，電路使用大量海水作為冷卻介質(zhì)。 由于鈦的固有特性，鈦焊管具有優(yōu)良的耐腐蝕、耐沖刷、導(dǎo)熱、良好的機(jī)械性能，特別適合用作海水或污染嚴(yán)重的淡水作為冷卻介質(zhì)的冷凝管。 在百萬千瓦核電機(jī)組的凝汽器中，每臺機(jī)組使用鈦管約200噸。 但由于鈦管加工制造難度大，主要是焊接和熱處理難度大。 國外廠商主要由美國、日本等制造企業(yè)生產(chǎn)。 目前，國內(nèi)核電站凝汽器用鈦管大多依賴進(jìn)口，國內(nèi)鈦焊管市場缺口較大。 因此，有必要研究優(yōu)質(zhì)薄壁鈦焊管的生產(chǎn)工藝，以滿足國內(nèi)日益增長的建筑需求。 目前冷凝管規(guī)格主要有Ф22mm×0.5mm，鈦材主要為TA2（Gr.2）。 高壓給水加熱器是熱回收系統(tǒng)中重要的給水加熱設(shè)備，對機(jī)組二回路運行的經(jīng)濟(jì)性起著重要作用。 換熱器通常采用U型換熱管。 TP439鐵素體不銹鋼具有強(qiáng)度高、耐沖蝕性和耐磨性好、價格低廉、抗氯離子腐蝕能力好等特點。 常用作U型換熱管的主要材料，在國外核電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用。 目前百萬千瓦核電機(jī)組使用TP439焊接U型管約150t，所需產(chǎn)品主要規(guī)格為Ф16mm×1.5mm。

4 個用于高級反應(yīng)器類型的不銹鋼管

在大力建設(shè)三代商用核電站的同時，國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)都在大力研究和建設(shè)四代、五代核電技術(shù)的試驗堆和示范堆，主要包括釷基熔鹽堆和鈉基反應(yīng)堆。 -冷卻快堆。 、鉛鉍快堆、高溫氣冷堆、核聚變堆等堆型。 在試驗堆和示范堆建設(shè)過程中，還需要各種高性能不銹鋼管道，材料涉及不銹鋼、鎳基合金等。釷基熔鹽堆是六大四代堆之一核電替代反應(yīng)堆類型。 具有常壓、無水冷卻、無需制作燃料元件、可實現(xiàn)在線加注、在線后處理等特點。 但同時也存在使用溫度高、熔鹽腐蝕強(qiáng)等問題。 對主管道和換熱管道材料提出了很高的要求。 目前主要材料是鎳鉻鉬合金等合金。 合金換熱管的制造存在熔煉困難、易偏析、熱加工困難等問題，國內(nèi)外生產(chǎn)廠家較少。 鈉冷快堆也是六種第四代核電備選堆型之一。 它是我國核能三步走發(fā)展規(guī)劃的第二步，是我國核能閉式循環(huán)的重要組成部分。 與壓水堆相比，鈉冷快堆具有溫度更高（500℃以上）、輻射劑量更高的特點。 因此對核心部件的結(jié)構(gòu)材料提出了更高的要求，如不銹鋼包殼管。 此外，鈉冷快堆蒸汽發(fā)生器、換熱器等管線也需要大量高性能奧氏體不銹鋼管，如316Ti、316H等。鈉冷高性能不銹鋼管規(guī)格冷快堆主要有Φ6.0mm×0.4mm、Φ22mm×1.4mm等。

核電用高性能高端不銹鋼管的研發(fā)和生產(chǎn)已成熟并得到廣泛應(yīng)用，如690合金、800合金蒸汽發(fā)生器U型換熱管、O型密封用718合金管環(huán)、TP439高換熱管、冷凝器用鈦焊管、反應(yīng)堆內(nèi)件用管、核級儀表管等。核能是未來能源發(fā)展的重要方向。 隨著第三代、第四代先進(jìn)核電技術(shù)的研發(fā)，核島和常規(guī)島需要大量的高性能不銹鋼管，特別是隨著“一帶一路”的倡議，我國核電將走向世界，需要本土化的不銹鋼產(chǎn)品和技術(shù)。 因此凝汽器不銹鋼換熱管酸洗后還需要成膜處理嗎，不銹鋼企業(yè)加強(qiáng)先進(jìn)材料和先進(jìn)制造工藝的研發(fā)和應(yīng)用，開發(fā)出一系列先進(jìn)核電技術(shù)所需的高性能不銹鋼管。