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哪些合金材料可以应用于核电站包壳金属材料

合金材料在核电站中使用非常广泛,在很多合金材料都在核电项目中使用,由于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,要求所用合金材料必须能适合这些应用条件;强调合金材料的另一原因是,核电站系统比常规电站有更高的安全要求。

电热合金

合金材料在压水堆核岛中,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。由于这些合金材料部件在核岛内的位置、作用和工况不同,故合金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、合金材料间的相容性、与介质的相容性以及经济可行性等。

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为便于从它们的服役特点中理解每个合金材料部件的功能、选择依据,下面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合金材料体系简述如下。

合金材料包壳是指装载燃料芯体的密封外壳。其作用是防止裂变产物逸出和避免燃料受冷却剂的腐蚀以及有效地导出热能,在长期运行的条件下不使放射性裂变物逸出。核电站设备主要金属材料,合金材料最为苛刻内受裂变产物、外受冷却剂腐蚀和温度、压力的作用,并受到强烈的中子辐射和冷却剂的冲刷、振动以及内应力、热循环(开、停堆时)应力和燃料肿胀等作用。


因而,包壳合金材料应有以下性能:热中子吸收截面小、感生放射性小、半衰期短、强度高、塑韧性好、抗腐蚀性强、对晶间应力腐蚀和吸氢不敏感;热强性能、热稳定性和抗辐照性能好;导热率高、热膨胀系数小,与燃料和冷却剂相容性好;易于加工、便于焊接和成本低。

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适宜作为包壳的合金材料主要有铝及铝合金材料、镁合金材料、锆合金材料和奥氏体不锈钢以及高密度热解碳。在压水堆中,主要采用了锆合金材料。这是因为其热中子吸收截面小、导热率高、力学性能好,具有良好的加工性能以及与二氧化铀有较好的相容性,尤其对合金材料高温水及水蒸汽也有良好的抗腐蚀性和热强性。


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