核二三事 | 核电金属材料概述

不同堆型，其结构和用途虽有所不同，但实现可控制核裂变反应的过程是相同的，都需要燃料元件、堆内构件、控制棒、反射层、冷却剂和慢化剂（快堆除外)以及包容它们的压力容器或压力管道等，因而需要各种各样的材料来制造相关部件，以实现核能向热能、热能向电能的安全、高效率的转化。

按照相关设备部件服役工况或使用功能的不同，核电设备可分为核一级、核二级、核三级和非核级。有核级要求的设备，一般即称其所用材料为核电关键材料。

核电常用的关键材料大体可分为碳钢、不锈钢和特殊合金，若进一步细分，则有碳(锰)钢、低合金钢、不锈钢、锆合金、钛铝合金和镍基合金等，按品种则有铸锻件、板、管、圆钢、焊材等等。

核反应堆的发展，从开始就包括了材料的开发与优化，材料的发展很大程度上决定了核反应堆发展的成熟度。因为核电具有新的热传导条件及特殊的环境条件，如辐照或冷却剂腐蚀等，要求所用材料必须能适合这些应用条件；强调材料的另一原因是，核电站系统比常规电站有更高的安全要求。

由于我国目前正在建造的主要是第二代成熟的1000MW压水堆核电站，同时也在通过技术引进并吸收国外先进技术以发展先进的第三代1000MW堆核电站。因此，本文以压水堆核电站为例，对其不同设备的用材做一简单介绍。

在压水堆核岛中，主要设备除反应堆及压力容器外，还有蒸汽发生器、反应堆冷却剂主泵机组、稳压器及主管道等。由于这些部件在核岛内的位置、作用和工况不同，故材料的使用要求和环境条件也不尽相同，不同程度地存在辐照或酸腐蚀等；不仅要考虑常规的一些要求(如强度、韧性、焊接性能和冷热加工性能)，而且须考虑辐照带来的组织、性能、尺寸等变化，如晶间腐蚀、应力腐蚀、低应力脆断、材料间的相容性、与介质的相容性以及经济可行性等。

为便于从它们的服役特点中理解每个部件的功能、选择依据，后面将陆续推出系列文章，将压水反应堆核岛内重要金属部件的工况、要求以及它们的所用材料体系进行简述。