科创中国

行业领域

高新技术改造传统产业,先进制造技术,工业生产过程控制系统

需求背景

我国核能发展战略“三步走”——热中子反应堆、快中子增殖堆、受控核聚变堆。目前，我国已形成世界上少数国家才有的完整的核燃料循环体系，建立压水堆、快堆匹配发展，与先进后处理技术形成闭式燃料循环体系，是我国核能可持续发展的保障。快堆已成为第四代先进核能系统主力堆型，能一举解决铀矿资源枯竭、核材料利用率低和核废料难以处理等问题。

快堆是各国重点保护的领域，是形成技术壁垒和卡脖子项目最多的领域，在关键材料的研发和核心重型装备制造领域尤为突出。我国发展快堆是国家重要战略，关系到国家能源安全，是我国必须攻克的关键核心技术。

需解决的主要技术难题

1. 堆容器压力管气压试验可拆式密封装置研制

CFR600示范快堆项目中的压力管由多段弯管焊接而成，组焊后为多段曲型结构，且压力管的一端与堆芯支承焊接，另一端与主泵连接。因该压力管属于承压部件，在组焊后需对压力管进行承压强度试验，以验证各条焊缝的强度及密封性能。因压力管的结构尺寸特殊，常规的密封试验装置无法对其实现有效密封，需要研发一种可拆卸式的密封装置。

压力管的气压试验需要分三个阶段进行，主要研究内容如下：

（1）第一阶段气压试验φ940mm可拆卸、可折叠式密封装置研制。

（2）第二阶段气压试验φ680mm可拆卸式密封装置研制。

（3）第三阶段气压试验φ1190mm可拆卸式密封装置研制。

2. 示范快堆项目堆内屏蔽二次转运装置研制

CFR600示范快堆项目内部需要装入2000余根钢壳屏蔽棒及600余张屏蔽板，其中三分之一的屏蔽棒及屏蔽板需要装入堆内支承腔体内部或堆内边缘地带，通过一次吊装转运无法送达，而且腔体内部及边缘地带空间狭小，装配件较重，人力转运无法实现。开发堆内屏蔽二次转运装置，实现屏蔽棒的腔体内部转运及远端边缘地带转运。

（1）研究开发针对堆内支承腔体内、挤钠器下部屏蔽板的二次转运装置，实现重型屏蔽板狭小、半遮挡空间堆叠装配。

（2）研究开发针对堆内支承腔体内下部屏蔽的二次转运装置，实现狭小空间的屏蔽板、屏蔽棒的转运及装配。

（3）研究开发针对堆内边缘地带的通道屏蔽的二次转运装置，实现堆内远端屏蔽的输送及装配。

3. 快堆用ER316H焊丝研制

CFR600示范快堆堆容器与堆内构件及旋塞，因处于承载、承压、高温等恶劣环境，设计对材料化学成分与性能指标要求极为苛刻，此前咨询的国内外主要焊材供货厂家（国外如山特维克、伯乐等，国内大西洋、安泰等）均无成熟产品可以直接供货。由于对焊接质量要求极高，必须开发氩弧焊焊丝焊接材料，满足产品制造要求。以“600MW示范快堆工程反应堆堆容器、堆内构件用不锈钢钨极氩弧焊实芯焊丝技术条件”要求内容为技术指标，进行快堆容器用不锈钢焊接材料的研制。

4. 高温合金渗铬氮化工艺研究

600MW示范快堆动导管用材料属于高温合金特殊材料，且需进行深孔加工、渗铬氮化等特殊制造工艺，另外由于渗铬氮化热处理温度高、时间长，热处理后动导管性能变差且易发生变形，导致直线度变差，故对动导管渗铬氮化工艺需单独进行开发，一方面满足材料表面质量要求，又要满足动导管热处理后执行度、性能等要求。

5. 高温不锈钢与镍基合金钎焊技术开发

快堆堆容器用热电偶导线套管及相应密封件，采用高温材料，其密封焊允许泄露率要求高，且有耐高温要求。密封半环材质316H，Φ12mm，厚度10mm，热电偶导线为600镍基管材，直径Φ2mm，外套筒材质316H，密封半环与外套筒以及密封半环与热电偶导线之间均采用感应钎焊实现密封焊。主要研究内容包括：确定钎焊工件加热方法、选择钎料和钎剂、确定保温温度和时间参数。

期望实现的主要技术目标

1. 堆容器压力管气压试验可拆式密封装置研制

结合压力管气压试验分阶段密封试验要求，需要分别提供三个阶段的可拆卸试验气压试验密封装置，即第一阶段φ940mm处密封装置一套、第二阶段φ680mm处密封装置两套、第三阶段φ1190mm处密封装置一套，保证所提供密封装置满足压力管气压试验压力为0.7MPa的密封性能要求。

2. 示范快堆项目堆内屏蔽二次转运装置研制

（1）挤钠器下部屏蔽板的二次转运装置承载≥300公斤屏蔽板实现狭小空间转运。

（2）下部屏蔽的二次转运装置实现平推≥450公斤屏蔽棒，转运半径0.25～1.2米。

（3）通道屏蔽二次转运装置实现远端≥700公斤转运。

3.快堆用ER316H焊丝研制

研制出氩弧焊用不锈钢焊丝ER316H（φ2.0），熔敷金属化学成分基本满足技术条件要求，力学性能特别是加速时效（750℃，100h）性能、高温拉伸（350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、650 ℃）性能、持久强度（650℃下3000h断裂应力不小于134Mpa ）完全满足技术条件要求。

4.高温合金渗铬氮化工艺研究

GH1059合金管，全长2700mm，最大直径172mm，热处理后同轴度0.2mm。渗铬氮化热处理后表面渗层厚度0.08-0.14mm，表面硬度HV5=450。热处理后力学性能：350℃，抗拉强度440MPa，屈服强度177MPa。

5.高温不锈钢与镍基合金钎焊技术开发

应力应变测量装置、壁面温度测量装置中铠装热电偶与密封半环及法兰与套管之间需要用银铜钎焊进行密封，允许泄露率为6.7×10-6Pam3/s，钎焊料耐温600℃。

处理进度