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310S奧氏體不銹鋼在核電中的應用

來源: 發布時間:2021-04-01 次瀏覽

核電作為一種清潔、高效的發電方式,已成為滿足國家電力需求、優化能源結構、保障能源安全和促進經濟持續發展的重大戰略舉措。同時,也是減少環境污染、實現經濟和生態發展的有效途徑。近幾年來,我國核電發展很快,在役核電機組繼續保持安全穩定運行,實現年累計發電量同比增長6.6%。然而,核能的開發利用在帶來巨大社會經濟效益的同時,也帶來了不少的安全問題,繼福島核電站事故以后,我國對核電安全問題予以了高度重視。如何處置高放廢物已經成為核能利用迫切需要解決的重要課題,也是關系到核能可持續發展的關鍵因素。

世界上公認的最合理的放射性廢物處置方法是將放射性廢物進行固化處理,然后再對得到的放射性廢物固化體進行地質處置,把高放廢物與人類生存環境進行長期、可靠地隔離,最大程度地減少或者消除高放廢物對自然界以及人類造成的影響。高放廢物儲置罐是高放廢物固化處理之后的專用容器。高放廢物玻璃固化是發展較早、技術較為成熟,且已經得到30多年實際工程應用的處理方法。在法國、英國、美國、日本等發達國家已被廣泛采用,我國目前尚處在實驗研究階段,儲置罐選用材料為310S奧氏體不銹鋼。在實際焊接罐體時,發現焊接熱影響區粗晶區(CGHAZ)的晶粒粗化嚴重。導致奧氏體不銹鋼CGHAZ的沖擊韌性的下降,裂紋擴展功的減少以及脆性轉折溫度的提高,尤其當晶粒出現大小不均勻的情況時,還會造成應力集中,及其容易產生脆性斷裂,從而限制了奧氏體不銹鋼的使用和適用范圍。目前,在實際工業應用中,抑制焊接熱影響區晶粒長大的方法有三種。第一種是調整焊接工藝,即通過減小焊接電流以及加快焊接速度的方法降低焊接熱影響區的晶粒尺寸,但這種方法會大大降低焊接質量和焊接效率。第二種是相變,即通過熱處理,使得焊接熱影響區的相發生相變,轉變成晶粒尺寸比較小的相。由于310S奧氏體不銹鋼從室溫到固相線都為全奧氏體組織,不會發生相變,因此不能通過相變的方法調節組織。第三種是在母材的基礎上,加入某些合金化元素,使得界面處析出第二相質點、微細顆粒等,可起到釘扎晶界的作用。從而阻礙晶界遷移。這種方法適用性強,抑制作用明顯。310S奧氏體不銹鋼是一種高鉻鎳的全奧氏體不銹鋼,其中含有25%Cr和高達20%Ni,能夠保持較好的耐腐蝕性和力學性能,因此,我國實驗研究階段試制的高放廢物儲置罐主要采用310S奧氏體不銹鋼。目前310S鋼的主要牌號有國內寶鋼集團和太鋼集團的06Cr25Ni20,美國ASTM標準和UNS標準的牌號分別為310SS31008,韓國KS標準中牌號為STS310S,歐盟BSEM標準牌號為1.4845,澳大利亞AS標準牌號為310S。

隨著我國核電事業的發展,高放廢物的處理問題成為重大的難題,而高放廢物儲置罐的深地質處置成為目前解決高放廢物問題的好方法。因此探索改善310S焊接熱影響區晶粒粗大的問題成為目前亟待解決的問題。


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