《压水堆核电厂燃料和相关组件用不锈钢 第1部分：冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管》（征求意见稿）-编制说明

一、工作简况1、任务来源本项目来源于中国核能行业协会团体标准制定计划（核协科函[2020]453号），《关于<压水堆核电厂燃料和相关组件焊接规范第1部分：锆合金零部件激光焊>等41项团体标准通过立项审批的通知》。根据通知，《压水堆核电厂燃料和相关组件用不锈钢第1部分：冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管》由上海核工程研究设计院有限公司负责编制，参编单位为上海高泰精密管材股份有限公司、中核北方核燃料元件有限公司。编制周期为2020年9月到2022年3月。2021年6月，上海核工程研究设计院有限公司与中国核能行业协会签订《中国核能行业协会团体标准制（修）订-核燃料相关及其他标准》，其中包括本标准在内。2、主要工作过程接到该标准编制的任务后，上海核工程研究设计院有限公司与上海高泰精密管材股份有限公司、中核北方核燃料元件有限公司成立了标准编制工作组，对标准编制工作按照起草阶段、征求意见稿阶段、送审稿阶段、报批稿阶段分别进行了任务分工和筹划，并按计划完成了征求意见稿编制阶段任务。2.1起草阶段根据任务要求，上海核工程研究设计院有限公司联合上海高泰精密管材股份有限公司和中核北方核燃料元件有限公司成立了中国核能行业协会团体标准编制工作组，组织编制工作。标准编制工作组制定了标准编制工作计划、编写大纲，明确任务分工及各阶段进度计划。同时标准编制工作组成员集中培训，认真学习GB/T1.1-2020相关要求，结合标准制定工作的各个环节，进行了研究和探讨。工作组经过技术调研，依据压水堆核电厂燃料和相关组件用冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管的工程应用实践，以及上海高泰精密管材股份有限公司制造测试结果和中核北方核燃料元件有限公司后续加工和组装工艺技术要求，于2020年12月形成草案稿。2021年4月，工作组召开标准编制工作会议，会议讨论了当前国内外022Cr18Ni10不锈钢无缝管相关技术发展动态，拟纳入本标准方案的技术先进性、成熟程度以及是否涉及专利等，确定了标准起草的总体框架和主要内容。2.2征求意见阶段标准编制工作组针对草案稿讨论的意见、建议进行归纳、总结，于2021年5月编写完成了中国核能行业协会团体标准《压水堆核电厂燃料和相关组件用不锈钢第1部分：冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管》的征求意见初稿。2021年6月，标准编制工作组组织征求意见稿研讨会，对征求意见稿的内容条款和技术指标进行逐条研讨，对标准编制过程中遇到的相关问题进行深入交流并达成共识，确定了标准征求意见稿的内容，完成征求意见稿。3、主要参加单位和工作组成员及其所作的工作等上海核工程研究设计院有限公司作为主编单位负责标准的编制工作，上海高泰精密管材股份有限公司作为参编单位，也是生产制造单位，负责反馈制造和检测结果，中核北方核燃料元件有限公司作为用户，负责反馈后续加工和组装工艺技术要求。主要成员：卢俊强、陆辉、谢汉芳、陈芙梁、周云清、陶永良、黄勇、李洪刚。二、标准编制原则和主要内容1、标准编制原则本标准编制原则是立足于技术先进，规范合理，通俗易懂，针对压水堆核电厂燃料和相关组件用022Cr18Ni10不锈钢无缝管的设计需求，结合022Cr18Ni10不锈钢无缝管国内制造和工程应用实践形成。上海高泰精密管材股份有限公司为生产制造单位，负责反馈制造和检测结果。中核北方核燃料元件有限公司为用户单位，负责产品复验和应用经验反馈。（1）科学性本标准编制小组对022Cr18Ni10不锈钢无缝管技术条件进行了深入的调研，包括上海高泰精密管材股份有限公司对022Cr18Ni10不锈钢无缝管国产化制造、性能测试，进行大量实测数据验证，中核北方核燃料元件有限公司针对022Cr18Ni10不锈钢无缝管生产组装的技术反馈。在此基础上针对022Cr18Ni10不锈钢无缝管的技术指标要求，进行了认真的总结分析和针对国内工业体系的适应性调整，本着标准规范，通俗易懂，适用性强的原则和满足新版标准编写规则要求的前提下开展了编制。（2）实用性本标准对压水堆核电厂燃料和相关组件用冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管技术要求进行了规范，规定了冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管技术评价的全过程，包括对尺寸、外形、技术要求、检验方法、检验规则、清洁、包装、标志和质量证明文件等环节进行了规定。本标准对冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管的制造全过程，包括钢的化学成份、冶炼方法、管坯的制造方法、钢管的制造方法、交货状态、力学性能、微观组织、晶间腐蚀、超声检测、表面质量、检验方法、检验规则等技术环节建立规范，以统一压水堆核电厂燃料和相关组件用冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管技术评价方法，使其向科学化、合理化方向迈进，减少技术评价的主观性、随意性，增加科学性、客观性，从而达到提高核电行业质量管控水平的目的。2、标准主要内容的依据本标准编写的格式遵从GB/T1.1-2020的要求。化学成分：为减少感生放射性，严格限制了Co含量。为了改善塑性和延长使用寿命，严格控制P、Si含量，进一步降低了S含量。为了确保用于不锈钢包壳管时能够满足强度要求，采用了冷轧变形，导致包壳管塑性下降，因此也需要减少P、S和Si的含量消除FeS等脆性相，从而达到改善塑性的目的。一些研究表明在中子辐照下不锈钢中的微量元素例如P、Si等将会沿晶界优先析出（辐照促进偏析）。这种析出严重降低其延展性，增加晶间应力腐蚀开裂的倾向，特别在低应变速率的条件下。高纯不锈钢（限制钢中的P和Si含量在很小的范围内）的使用将减少产生的辐照促进偏析倾向。制造方法：根据国内核用不锈钢管的常用制造经验反馈，规定了钢应采用电炉进行熔炼，管坯应采用热轧（锻）方法制造。钢管的制造方法，参考了国外无缝304L不锈钢管技术，并充分考虑了国内制造经验反馈，制定了钢管制造的工艺要求。交货状态：奥氏体不锈钢的强度比较低，且不能通过热处理使其强化，但是其塑性高、屈强比小、加工硬化率大，所以需要通过冷加工提高强度，根据燃料设计需求和材料加工性能等，规定钢管应以固溶热处理后的冷轧状态交货，固溶热处理温度应为1050℃～1150℃。力学性能：根据燃料设计需求及国内外不锈钢管堆内辐照应用经验，制定力学性能要求。参考不锈钢管通用方法开展压扁试验，延性试验和完整性试验（闭合压扁）。晶粒度：根据国内外相关制造经验反馈，确定晶粒度不低于ASTM5级。晶间腐蚀：结合国内制造经验反馈，同时考虑到晶间腐蚀会破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度，钢管应开展晶间腐蚀试验。试验后试样不允许出现晶间腐蚀倾向。超声检测：考虑材料可能存在的宏观缺陷，并对材料的微观组织，力学性能等进行无损评价，利用超声对钢管内部缺陷进行检测。根据国内外相关制造经验反馈经验，钢管应逐根采用超声检测纵向缺陷和横向缺陷；如果钢管超声检测的缺陷信号幅值超过人工缺陷信号最小幅值的75%，该钢管应判废。超声检测对比试样应与被检钢管具有相同材质、相同规格和相同热处理制度。表面质量：根据堆芯相关组件设计需要以及钢管力学性能、机械性能的要求，考虑在反应堆高温高压高辐照的苛刻环境下，表面质量缺陷处容易产生应力腐蚀裂纹。同时结合国内制造反馈，规定钢管内外表面质量的要求。3、解决的主要问题本标准编制的目的是实现压水堆核电厂燃料和相关组件用冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管生产技术的标准化和规范化。保证同行业产品质量要求以及评判标准的一致性。奥氏体不锈钢具有优良的力学性能、耐腐蚀性能、焊接性能、冷热加工成型性能等常规性能，价格便宜，尤其是具有良好的抗辐照性能，成为燃料和相关组件结构材料的首选。其中，06Cr19Ni10（AISI304）最为常见。022Cr18Ni10（AISI304L）奥氏体不锈钢无缝管，相比06Cr19Ni10具有更好的抗晶间腐蚀能力，提升了钢管的焊接可靠性并延长了使用寿命，已开始逐步应用于压水堆核电厂燃料相关组件例如控制棒包壳管和中子源包壳管等。虽然其牌号与常规牌号相似，作为堆芯结构材料又有不同于常规不锈钢的特殊要求：（1）降低控制感生放射性。需要严格限制对感生放射性有重要影响的钴元素含量；（2）减小辐照对腐蚀的不利影响。需要大幅降低P、S和Si元素含量，减小辐照促进应力腐蚀开裂倾向；（3）在保持较高塑性的同时大幅提高强度。利用冷轧硬化提高强度，满足极限承载要求；（4）为了获得更稳定的奥氏体调整了Cr元素和Ni元素的范围。国内引进了AP1000三代核电技术，其中包括引进了核燃料用022Cr18Ni10不锈钢管的设计技术要求。目前已在国内成功的实现了国产化，与国外采用的焊接和冷拔钢管不同，基于我国工业实际情况采用了可靠性更高的无缝管，积累了不少制造经验和原始数据，到目前为止国内外都没有制定相关标准。随着AP1000依托项目机组及后续项目机组的陆续投运，燃料用冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管已开始逐步国产化和批量化生产，制订我国的燃料不锈钢管标准的需求是必要和紧迫的。三、主要试验（或验证）情况本标准编制的目的是实现冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管生产技术的标准化和规范化。保证同行业产品质量要求以及评判标准的一致性。依据压水堆核电厂燃料和相关组件用冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管的工程应用实践，以及上海高泰精密管材股份有限公司制造测试结果，完成了燃料用冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管（黑控制棒包壳管、灰控制棒包壳管、初级中子源棒包壳管、次级中子源棒包壳管及次级中子源棒内包壳管）的表面质量检查、拉伸性能、压扁性能、扩口性能、晶间腐蚀、晶粒度、超声检测等试验和测试，关键性能指标均得到了一致性验证。黑控制棒外包壳管表面质量检测详见表1，拉伸性能检测详见表2，压扁测试及晶间腐蚀检测详见表3，晶粒度检测详见表4，超声检测详见表5。各项试验检测相关数据均满足性能指标要求。表1黑控制棒外包壳管表面质量检测表2黑控制棒外包壳管拉伸性能检测表3黑控制棒外包壳管压扁测试、晶间腐蚀检测表4黑控制棒外包壳管晶粒度检测表5黑控制棒外包壳管超声检测灰控制棒包壳管表面质量检测详见表6，拉伸性能检测详见表7，压扁测试及晶间腐蚀检测详见表8，晶粒度检测详见表9，超声检测详见表10。各项试验检测相关数据均满足性能指标要求。表6灰控制棒包壳管表面质量检测表7灰控制棒包壳管拉伸性能检测表8灰控制棒包壳管压扁测试、晶间腐蚀检测表9灰控制棒包壳管晶粒度检测表10灰控制棒包壳管超声检测次级中子源棒外包壳管表面质量检测详见表11，拉伸性能检测详见表12，压扁测试及晶间腐蚀检测详见表13，晶粒度检测详见表14，超声检测详见表15。各项试验检测相关数据均满足性能指标要求。表11次级中子源棒外包壳管表面质量检测表12次级中子源棒外包壳管拉伸性能检测表13次级中子源棒外包壳管压扁测试、晶间腐蚀检测表14次级中子源棒外包壳管晶粒度检测表15次级中子源棒外包壳管超声检测次级中子源棒内包壳管表面质量检测详见表16，拉伸性能检测详见表17，压扁测试及晶间腐蚀检测详见表18，晶粒度检测详见表19，超声检测详见表20。各项试验检测相关数据均满足性能指标要求。表16次级中子源棒内包壳管表面质量检测表17次级中子源棒内包壳管拉伸性能检测表18次级中子源棒内包壳管压扁测试、晶间腐蚀检测表19次级中子源棒内包壳管晶粒度检测表20次级中子源棒内包壳管超声检测四、标准中涉及专利的情况本标准不涉及专利问题。五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况2021年，国务院发布关于落实《政府工作报告》重点工作分工的意见。意见提出，扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定2030年前碳排放达峰行动方案。优化产业结构和能源结构。推动煤炭清洁高效利用，大力发展新能源，在确保安全的前提下积极有序发展核电。研究和推广应用一批先进的核电行业标准，是有利于在确保安全前提下积极有序发展核电的。因此，针对压水堆核电厂燃料和相关组件用冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管，上海核工程研究设计院有限公司作为主编单位编制本团体标准。本标准的颁布实施能规范核燃料用冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管的生产质量，为冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管的设计、制造提供指导，规范相关行业发展，从而提高整个行业产品质量。标准化的产品有利于其设计、生产和采购，特别是降低成本，提高经济性。本标准的制定，填补了压水堆核电厂冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管相关标准的空白，可以促进冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管产业结构调整和优化升级。六、与国际、国外对比情况1、项目与国际标准或国外先进标准采用程度的考虑本标准没有采用国际标准，在制定过程中未查到同类国际、国外标准。2、与国内相关标准间的关系为更好的满足HAD003《核燃料组件采购、设计和制造过中的质量保证》中如下关于制造工艺控制的要求“燃料包壳制造中对化学成分、杂质、机械和冶金性能、完整性、尺寸和腐蚀性能的控制”，结合实践提出了便于操作和执行的燃料用冷轧022Cr18Ni10不锈钢无缝管标准；国家标准中只有通用的GB/T13296-2013《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》、GB/T30073-2013《核电站热交换器用奥氏体不锈钢无缝钢管》，其对于化学成分、交货状态、力学性能、超声检验的要求与压水堆核电厂燃料冷轧不锈钢管的要求差距很大；行业标准EJ/T498-1989《三十万千瓦压水堆核电厂控制棒组件设计和制造技术条件》，少量的提到了控制棒包壳管06Cr18Ni11Ti的一些制造和技术要求，没有覆盖到022Cr18Ni10不锈钢无缝管，且二者对于性能的要求差别很大；EJ/T408《压水堆核电厂堆内构件用不锈钢热轧管钢技术条件》规定了热轧钢管技术要求，与燃料不锈钢管必须采用冷轧制成的制造方法差别很大，化学成分、交货状态、力学性能、超声检测的要求也都有区别；N