关于反应堆压力容器新型用钢SA-508Gr.4N的研究进展

随着人类生活水平的不断提高,全球对于能源的需求量也急剧增加,伴随着化石能源的可开采量逐年减少,以及人类对环保的更高要求,核能作为一种高效的清洁能源,已被世界各国作为能源结构的重要组成部分.根据世界核电协会(WNA)日前发布的《2018年版核电行业状况报告》,至2017年底全球共有448台在运核电机组,总装机容量为392 GW(比2016年增加2 GW),平均容量系数为81％,发电量达到2 506 TWh(比2016年增长20 TWh).预计2018-2019年将有25台核电机组竣工,核电发展将迎来一个小高潮.目前,我国在建和筹建的核电厂基本都采用压水堆(PWR)堆型,作为反应堆的“心脏”,核反应堆压力容器的设计对整个核电建设项目都至关重要.由于材料在使用中不可避免地会出现老化和降级现象,对于时刻处于辐照环境下的核反应堆压力容器来说,材料的选择更是满足其使用条件的关键一环.最早时期的压力容器采用SA 212B板材,后面陆续开始采用SA302.B和SA533B钢,最终被SA508系列锻件所替代.目前,SA508系列锰钼镍低合金铜已被广泛运用于核反应堆压力容器的制造,包括顶盖、筒体、法兰、封头等均可使用.近年来,研究人员通过调整化学成分开发出了新的压力容器备选材料——SA-508 Gr.4N钢,强度等级已经从620 MPa提升到725 MPa,低温冲击性能也有了大幅提高.研究者们针对其力学性能和组织变化进行了大量研究,分析了其性能提升的主要原因,并取得了一定的成果.较目前广泛使用的SA-508 Gr.3钢而言,新一代材料SA-508 Gr.4N钢具有更好的强度和硬度,且低温韧性优良.本文针对SA-508 Gr.4N钢的研制背景、材料性能研究现状、配套焊材开发现状,基于国内外已有研究成果进行了综述.结果 表明,SA-508 Gr.4N钢可作为未来核反应堆压力容器的推荐用材料.但与其匹配的焊材研制及应用性能研究数据匮乏是制约该材料推广应用的技术短板,基于已有研究基础,本文提出了后续SA-508 Gr.4N铜推广应用的重点研究方向:焊材设计指标制定、焊材制造及焊接工艺优化、接头微观组织与性能演变规律研究.