介紹了低鎳鉻合金鑄鐵+重防腐涂料在核電站耐海水閥門領域的使用情況?；谂_山核電項目CRF 系統(tǒng)蝶閥主體材料采用低鎳鉻合金鑄鐵，對比分析了低鎳鉻合金鑄鐵+ 重防腐涂料、碳鋼襯膠、雙相不銹鋼及銅合金等常用耐海水腐蝕性材料在使用性、工藝性和成本等方面的差異。
1、概述
海水作為核電站冷卻水源，其優(yōu)點是取之不竭且溫度隨季節(jié)變化較小，但由于受其氯離子含量高等因素的影響，對金屬的腐蝕性較強。與核電站主體配套的CRF、SEN、SRI 及CFI 等系統(tǒng)用DN800 ～DN3 200 大口徑蝶閥，在閥門主體耐海水腐蝕性選材要求上尤其具備典型性。目前，國外產(chǎn)品多采用低合金鑄鐵，并涂覆涂料、襯里以及電化學腐蝕等措施來提高抗腐能力。在國內(nèi)核電，低鎳鉻合金鑄鐵DN1 600 耐海水閥早被應用秦山一期，上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。在第三代EPR 臺山核電站，低鎳鉻合金鑄鐵( STQNiCr) 再次被應用于CRF 循環(huán)水系統(tǒng)DN3 200 口徑的蝶閥。
2、低鎳鉻合金鑄鐵
2.1、化學成分
在秦山核電站的應用上，主要依據(jù)核電工況系統(tǒng)的要求并參考國外同類鑄鐵產(chǎn)品的化學成分而確定的。秦山核電站與臺山核電站低鎳鉻合金鑄鐵水閥的Ni、Cr 成分及其化學成分如表1。
表1 低鎳鉻合金鑄鐵水閥用材料化學成分 Wt%
低鎳鉻合金鑄鐵水閥用材料化學成分
隨著國內(nèi)熔煉、鑄造技術和設備的不斷發(fā)展，目前國內(nèi)低鎳鉻合金鑄鐵的發(fā)展也日趨成熟與提高，與低鎳鉻合金鑄鐵發(fā)展初期相比，無論從熔煉過程還是鑄造工藝上，S、P 元素的控制量更加精細。其中，元素Re 和Mg 具有脫氣、脫硫和消除其他有害雜質的作用，能改善材料的鑄態(tài)組織，而有效調(diào)節(jié)元素Ni、Cr 含量則可獲得合理的組織與性能。
2.2、力學性能
臺山核電用低鎳鉻合金鑄鐵的力學性能與常規(guī)球磨鑄鐵、碳鋼和不銹鋼的對比如表2。
表2 力學性能對比
力學性能對比
由表2 可知，通過在鑄鐵中加入少量合金元素Ni、Cr，使得鑄鐵的力學性能有顯著提高，且與常規(guī)的碳鋼、不銹鋼材料力學性能相當。
2.3、合金元素對鑄鐵性能的影響
合金元素對于鑄鐵組織的影響一般發(fā)生在兩個階段。一是影響凝固階段中初生奧氏體的生長、共晶轉變方式以及共晶相的形態(tài)特點。二是在固態(tài)相變階段影響奧氏體轉變速率、轉變方式以及所形成的組織特征。低鎳鉻合金鑄鐵中，Ni 是促進石墨化元素，Cr 是反石墨化元素，即碳化物形成元素。鑄鐵中Ni 和Cr 的同時加入，顯著影響鑄鐵的固態(tài)相變過程。
元素Ni 能以任何比例溶于液態(tài)及固態(tài)的鐵中，在鑄鐵中不與碳形成碳化物，而是存于鐵素體和奧氏體中。Ni 的加入可降低奧氏體各元素的擴散速度，并降低奧氏體共析轉變臨界速率和轉變溫度，真空技術網(wǎng)(http://www.chvacuum。。ｃｏｍ/)認為有利于促使珠光體的形成和細化。少量Ni 的加入還能穩(wěn)定珠光體和減少鐵素體含量，可有效延長珠光體轉變孕育期，有助于取得均勻而一體的結構和良好的綜合力學性能。
元素Cr 是強烈的碳化物穩(wěn)定元素之一，對鑄鐵固態(tài)相變影響體現(xiàn)3 個方面。①抑制鐵素體形成，減少游離鐵素體含量，促進珠光體形成。②延長珠光體孕育期，推遲共析轉變，改善鑄鐵的硬化性能。③可促進柔軟的鐵素體轉變成珠光體組織，使鑄鐵中具有極細的片狀共晶石墨存在，可使石墨的大小和鑄鐵的晶粒更均勻。
2.4、應用情況
對于電站系統(tǒng)大口徑蝶閥，其閥體、蝶板等主體材料通常占整個閥重的90%，因此在材料選擇上，需綜合考慮其使用性能、制造工藝性、在線維護檢修的便捷性及經(jīng)濟性等因素。目前，國內(nèi)低鎳鉻合金鑄鐵已廣泛應用于水利、水電、石油化工等行業(yè)，并已取得較豐富的運行經(jīng)驗，并逐步應用于核電循環(huán)水系統(tǒng)閥門。
與常規(guī)水系統(tǒng)介質不同，核電站循環(huán)水系統(tǒng)海水介質中高濃度的Cl 離子含量( 17g /L) 、海生物和泥沙及介質流速等影響，導致金屬材料的腐蝕性比普通海水更劇烈，因此閥門選材時不僅需考慮耐腐蝕性能外，還需綜合考慮其抗沖刷能力。為了保證閥門過流表面具有足夠的抗海水腐蝕能力、耐沖刷磨損能力，臺山循環(huán)水蝶閥選材還引入了重防腐涂料涂覆工藝，采用低鎳鉻合金鑄鐵+ 重防腐涂料相結合，從而實現(xiàn)了雙重防腐技術。

3、閥門選材的對比分析
3.1、普通碳鋼
碳鋼本身不耐海水腐蝕，核電海水閥中普遍采用碳鋼加內(nèi)襯橡膠的技術。核電閥門中常用的襯膠材料是EPDM，采用整體硫化的方式包覆在閥體和閥瓣上，雖然較好地實現(xiàn)了過流部件與海水的隔離，但在實際工況運行中，由于海水流速沖擊、橡膠老化等因素影響，常常會發(fā)生局部脫落、變形的現(xiàn)象，而一旦產(chǎn)生橡膠脫落或變形，碳鋼基體的腐蝕也隨之發(fā)生。此外，由于全襯里的閥門需要將設備返廠才能實現(xiàn)橡膠襯里的更換，無法實現(xiàn)在線維修，檢修周期長，不適用于大口徑海水閥使用。
3.2、雙相不銹鋼
與傳統(tǒng)的奧氏體或鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼克服了點蝕和縫隙腐蝕敏感性的缺陷，強度、韌性較好，且耐局部腐蝕，特別是耐晶間腐蝕、應力腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕等能力有顯著提高。但是，由于其昂貴的價格，對于核電站常規(guī)島循環(huán)水系統(tǒng)DN800 ～ 3 200 的大口徑閥門主體選材不是合適的選擇。
3.3、銅合金
閥門選材中常用的銅合金主要有黃銅、錫青銅和鋁青銅，這些銅合金在海洋環(huán)境中能生成一層腐蝕產(chǎn)物膜，這層薄膜阻礙了氧向金屬表面的擴散，在海水中具有較好的耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能。但與雙相不銹鋼一樣，銅合金的價格也較高且鑄造工藝性要求較高，對于大口徑的海水閥也不是較為合適的選擇。
表3 耐海水閥門選材的綜合性能對比
耐海水閥門選材的綜合性能對比
3.4、低鎳鉻合金鑄鐵+ 重防腐涂料
鑄鐵中少量Ni、Cr 元素的同時加入和共同作用下，終獲得珠光體基體和細化的A 型石墨組織，從而改善鑄鐵的宏觀綜合性能，提高鑄件的強度和硬度，增強耐海水腐蝕性能。同時，由于合金元素相對較少，生產(chǎn)成本也較低，因此適合于制造大口徑海水閥門。而與常規(guī)的防腐涂料不同，重防腐涂料適用于更加嚴苛的環(huán)境且能達到比常規(guī)涂料更長的保護期，其附著能力和防腐能力也更強，并且可在潮濕表面施工，對于核電工程搶修來說更加顯示了其不同于常規(guī)的*性。
綜合上述4 種耐海水閥門選材，對比綜合性能指標如表3。
4、結語
在核電站循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中，對于大口徑海水閥門主體選材，采用低鎳鉻合金鑄鐵加重防腐涂料的選材方式既能滿足海水腐蝕工況需求且成本低廉，同時，生產(chǎn)過程閥體、閥瓣的鑄造性能較好，表面防腐涂層的涂覆工藝較為簡單且壽命較長，涂層的在線維修方便，可推廣使用。

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條  
 
 1 夏蘭廷,張琰,紀友才;海水閥用低合金鑄鐵的鑄造性能[J];太原重型機械學院學報;1990年03期 
2 夏蘭廷,張琰,紀有才;海水閥鑄鐵件用低鎳鉻合金鑄鐵的熔煉工藝特性及其生產(chǎn)控制[J];太原重型機械學院學報;1991年03期 

 【共引文獻】  
  
 
 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 *條  
 
 1 宋宏峰;李忠厚;;鑄鐵件的鎳-磷合金化學鍍工藝及性能研究[J];兵器材料科學與工程;2006年01期 
2 郝保紅;楊淼;;鑄鐵石墨形態(tài)對強度的影響新探[J];北京石油化工學院學報;2008年01期 
3 李珍,陳躍,上官寶,鄧守軍;鑄鋼表面WC-高碳鉻鐵鑄滲層沖擊的磨損性能[J];表面技術;2005年04期 
4 劉躍;張國賞;魏世忠;;鐵基堆焊耐磨合金的研究現(xiàn)狀[J];電焊機;2012年05期 
5 李華基;洪觀鎮(zhèn);劉華堂;;澆注前停留時間對蠕墨鑄鐵蠕化衰退的影響[J];機械工程材料;2011年04期 
6 李升;馬幼平;李秀蘭;于楊;薛贈;;凝固速率對高鉻鑄鐵微觀組織及耐腐蝕性能的影響[J];兵器材料科學與工程;2013年03期 
7 王智慧;賀定勇;蔣建敏;崔麗;;Fe-Cr-C耐磨堆焊合金磨粒磨損行為[J];焊接學報;2010年11期 
8 劉均波;;等離子熔覆高鉻鐵基涂層的開裂行為與控制[J];焊接學報;2012年06期 
9 熊華軍;劉明耀;夏舉學;;空心球造孔制備的多孔金屬結合劑金剛石砂輪的磨削性能研究[J];金剛石與磨料磨具工程;2011年02期 
10 趙宇;;淺談熱模涂料法鑄管的內(nèi)在質量控制[J];本鋼技術;2006年01期 
 
 
 中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條  
 
 1 楊帆;徐錦鋒;朱愛軍;高軍;;渦輪增壓器殼體用鑄造合金及生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀[A];2011重慶市鑄造年會論文集[C];2011年 
2 龔出群;陸文華;;正確認識和應用現(xiàn)代化沖天爐[A];中國鑄造*五屆高層論壇論文集[C];2011年 
3 湯虎;陳萌;吳安;楊弋濤;;球鐵基體組織控制的試驗研究[A];2010年中國鑄造活動周論文集[C];2010年 
4 張小雪;劉蘭俊;李永紅;;微合金化對高碳當量灰鐵組織的影響[A];第十三屆21?。ㄊ?、區(qū)）4市鑄造會議暨第七屆安徽省鑄造技術大會論文集[C];2012年 
5 康旭;;微合金化球鐵同質焊條焊接性能研究[A];第四屆數(shù)控機床與自動化技術高層論壇論文集[C];2013年 
 
 
 中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條  
 
 1 刁曉剛;厚大斷面球鐵石墨析出行為及其鑄件的物理模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年 
2 李青春;脈沖電流作用下球墨鑄鐵固態(tài)石墨化的基礎研究[D];上海大學;2008年 
3 齊凱;球墨鑄鐵高溫塑性變形行為研究及其應用[D];大連理工大學;2009年 
4 郭守暉;沉淀強化銅合金的制備及組織性能研究[D];南昌大學;2012年 
5 吳來磊;鎢鈮釩無限冷硬鑄鐵組織與性能及碳化物的力學特性[D];燕山大學;2013年 
 
 
 中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 *條  
 
 1 王強;薄壁球鐵的組織及力學性能研究[D];河南理工大學;2010年 
2 尤三三;鎳對低溫高韌性球墨鑄鐵組織及性能的影響[D];鄭州大學;2010年 
3 李建輝;JX4D30缸體材質工藝的試驗研究[D];南昌大學;2010年 
4 朱剛;云南生鐵生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的工藝及性能研究[D];昆明理工大學;2010年 
5 董亮;風電配件用球墨鑄鐵的研制[D];山東建筑大學;2011年 
6 張文超;鑄態(tài)珠光體球鐵錫、銻及稀土復合處理作用的試驗研究[D];西華大學;2011年 
7 柳青;高鉻鑄鐵中碳化物的變質處理[D];山東大學;2011年 
8 劉剛;QT400-18球墨鑄鐵組織與性能研究[D];西南交通大學;2011年 
9 白秋云;球墨鑄鐵熱等靜壓處理的研究[D];西南交通大學;2011年 
10 李秀青;外加顆粒法制備雙金屬復合材料的組織與性能研究[D];河南科技大學;2011年 

 【二級參考文獻】  
  
 
 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條  
 
 1 夏蘭廷,張琰,紀友才;海水閥用低合金鑄鐵的鑄造性能[J];太原重型機械學院學報;1990年03期 

 【相似文獻】  
  
 
 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 *條  
 
 1 肖偉龍;柴柯;楊雨輝;吳進怡;;25鋼在熱帶海洋環(huán)境下海水中的微生物腐蝕及其對力學性能的影響[J];中國腐蝕與防護學報;2010年05期 
2 趙興全,余五新;汽車后橋殼蓋拉伸模設計[J];模具工業(yè);2001年08期 
3 倪立明,柳池;可轉位刀片的合理選擇[J];哈爾濱理工大學學報;2002年04期 
4 彭光懷;張小聯(lián);邱承洲;胡珊玲;;稀土鎂合金的研究進展[J];江西有色金屬;2006年03期 
5 孫東杰;古可成;張廣超;吳永霜;司佳麗;;耐海水腐蝕低合金球墨鑄鐵的初步研究[J];熱加工工藝;2007年09期 
6 齊丕驤;;擠壓鑄造在汽車上的應用[J];現(xiàn)代零部件;2008年07期 
7 朱培元;;難加工材料與振動切削[J];現(xiàn)代零部件;2008年12期 
8 李尚健,李贊,肖景容;冷擠壓過程的剛塑性有限元分析[J];華中科技大學學報(自然科學版);1990年06期 
9 李鐵藩;;材料的高溫氧化與防護[J];材料保護;1990年Z1期 
10 金心溥,范鋆高;陶質襯墊對焊縫金屬中擴散氫含量影響的探討[J];材料開發(fā)與應用;1993年02期 
 
 
 中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 *條  
 
 1 楊耀華;;熱噴涂材料及其涂層[A];2003'中國西安涂料涂裝技術交流會論文集[C];2003年 
2 楊耀華;;熱噴涂材料及其涂層[A];2005'中國西安涂料涂裝、電鍍、熱噴涂技術高層交流研討會——納米技術在表面工程中的應用論文集[C];2005年 
3 劉永平;藺繼榮;尹誠祥;段繪新;韓福軍;;高性能稀土銅合金軋輥材料的研究[A];中國稀土學會第四屆學術年會論文集[C];2000年 
4 徐志鋒;呂向陽;馬永山;;X70管線鋼預熱溫度的確定[A];第四屆石油工程焊接技術交流研討會論文集[C];2006年 
5 彭茂公;亢若谷;王云坤;張家敏;劉珂呈;;彌散強化銅材料鍛造性實驗研究[A];2002年十一省、區(qū)、市機械工程學術年會暨云南省機械工程學會第六屆學術年會論文集[C];2002年 
6 劉澤亞;;XSWRCH3冷鐓鋼絲工藝技術研究[A];全國線材深加工技術研討會會議文集[C];2005年 
7 王宗斌;葉黎華;石軍強;;軋輥堆焊工藝及生產(chǎn)應用[A];山東金屬學會壓力加工學術交流會論文集[C];2005年 
8 張蓉;陳一東;寇益強;;θ法思想在鋁材蠕變壽命研究中的初步應用[A];核工業(yè)第七屆可靠性研究成果專刊論文集[C];2004年 
9 賀洪超;;高光加工與表面精飾技術[A];四川省電子學會生產(chǎn)技術專委會制造技術成果交流會論文集[C];2005年 
10 張繩;張津;鄭卉凌;吳超云;;316L不銹鋼波紋管海水腐蝕結果分析[A];高性能防腐蝕涂裝及表面保護技術的應用與發(fā)展——第16屆全國表面保護技術交流會論文集[C];2011年 
 
 
 中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條  
 
 1 劉濤;金屬基體超疏水表面的制備及其海洋防腐防污功能的研究[D];中國海洋大學;2009年 
2 韓磊;腐蝕電化學檢測中的虛擬儀器技術[D];天津大學;2008年 
3 雒婭楠;海洋環(huán)境中金屬材料現(xiàn)場電化學檢測及沖刷腐蝕研究[D];天津大學;2007年 
4 劉學慶;海洋環(huán)境工程鋼材腐蝕行為與預測模型的研究[D];中國科學院研究生院（海洋研究所）;2004年 
5 劉通;陽極氧化預處理鋁基體新型涂層的制備及其海洋防腐防污功能的研究[D];中國海洋大學;2011年 
 
 
 中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 *條  
 
 1 張新奇;管流式動海水腐蝕試驗裝置設計研究[D];河南科技大學;2011年 
2 蘇璐璐;Q235鋼和不銹鋼海水腐蝕機理研究[D];山東大學;2010年 
3 黃麗娟;海水介質綠色銅緩蝕劑性能與機理的研究[D];中國海洋大學;2008年 
4 熊奇;金屬腐蝕電化學噪聲檢測電極系統(tǒng)及其應用[D];天津大學;2008年 
5 孫兆棟;316L和410不銹鋼在海水中陰極極化行為的研究[D];中國海洋大學;2009年 
6 周波;新型耐海水腐蝕不銹鋼的耐蝕性研究[D];蘭州理工大學;2009年 
7 王斐斐;等離子束表面冶金涂層的耐腐蝕性研究[D];山東科技大學;2008年 
8 林中楠;鐵合金在流動海水中的腐蝕行為研究[D];大連理工大學;2009年 
9 安聞迅;船用鋼海水腐蝕與檢測研究[D];中國海洋大學;2009年 
10 龔振琳;常溫固化含氟涂料配套底涂料耐陰極剝離性能的研究[D];機械科學研究總院;2007年 

本文相關的論文有：中國閥門產(chǎn)值遞增