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第1章 金属材料基础知识1

第1节 铁碳相图及钢的基本组织介绍1

1.1.1 Fe-Fe3C相图1

1.1.2 钢的基本组织3

第2节 钢中的合金元素6

1.2.1 合金元素在钢中的分布6

1.2.2 合金元素的作用6

1.2.3 合金元素在钢中的主要强化机制11

第3节 钢的热处理13

1.3.1 钢的退火与正火14

1.3.2 钢的淬火与回火14

1.3.3 钢的形变热处理15

1.3.4 钢的表面热处理15

1.3.5 钢的化学热处理16

第4节 金属的物理性能17

第5节 金属的化学性能19

1.5.1 化学腐蚀19

1.5.2 电化学腐蚀19

1.5.3 腐蚀率20

第6节 金属的力学性能21

第7节 金属的焊接性能26

1.7.1 金属的焊接性26

1.7.2 焊接接头热影响区的基本组织26

1.7.3 焊接裂纹27

第8节 材料的辐照效应28

1.8.1 辐照损伤类型28

1.8.2 辐照损伤机理29

1.8.3 辐照效应30

第9节 金属材料选用原则31

第10节 钢铁材料的分类和编号32

1.10.1 中国钢铁材料的分类和编号32

1.10.2 法国钢铁材料分类和编号39

1.10.3 美国钢铁材料分类和编号41

参考文献43

第2章 核级设备用铸件44

第1节 工作条件及用材要求44

第2节 材料性能数据45

2.2.1 Z3CN20.09M、CF3/CF3A、ZG04Cr20Ni945

2.2.2 23M5M、20CD4M及ZG23Mn、ZG20CrMnMo51

2.2.3 20MN5M、ZG270-480H55

2.2.4 FGS Ni20Cr2、A439 Gr.D-2、QTANi20Cr259

2.2.5 20M5M、ZG235-47061

2.2.6 Z5CND13.04、Z5CN12.01、ZG06Cr13Ni4Mo和ZG08Cr12Ni164

第3节 实际部件的制造工艺及力学性能67

2.3.1 Z3CN20.09M67

2.3.2 23M5M77

第4节 经验反馈77

参考文献79

第3章 核级设备用锻件80

第1节 工作条件及用材要求80

第2节 材料性能数据82

3.2.1 16MND5、A508 Gr.3 Class1、16MnNiMo82

3.2.2 18MND5、18MnNiMo90

3.2.3 Z6CNNb18.11、347、06Cr18Ni11Nb98

3.2.4 30M5、25NCD8.05、20NCD8.06、30Mn、25CrNi2Mo、20Cr2Mn2Mo106

3.2.5 X2CrNiMo18.12（控氮）、026Cr18Ni12Mo2N、TP316LN110

第3节 实际部件的制造工艺及力学性能112

3.3.1 16MND5112

3.3.2 18MND5125

3.3.3 Z6CNNb18.11127

3.3.4 30M5128

第4节 经验反馈129

3.4.1 反应堆压力容器堆芯筒体中子辐照脆化129

3.4.2 反应堆顶盖硼酸腐蚀131

参考文献132

第4章 核级板材133

第1节 工作条件及用材要求133

第2节 材料性能数据134

4.2.1 P265GH、Q265HR134

4.2.2 16MND5、A533-B Classl、16MnNiMoHR138

4.2.3 18MND5、18MnNiMoHR146

4.2.4 Z10C13150

4.2.5 Z2CND18-12（控氮）、026Cr18Ni12Mo2N、316LN152

第3节 实际部件的制造工艺及力学性能155

第4节 经验反馈155

参考文献156

第5章 核级管材157

第1节 工作条件及用材要求157

5.1.1 工作条件157

5.1.2 用材要求157

第2节 材料性能数据166

5.2.1 Z2CN18.10、022Cr19Ni10、304L166

5.2.2 Z2CND17.12、022Cr17Ni12Mo2168

5.2.3 Z2CND18.12N、026Cr18Ni12Mo2N171

5.2.4 Z2CN19.10N、026Cr19Ni10N175

5.2.5 Z6CND17.12、06Cr17Ni12Mo2177

5.2.6 NC30Fe、NS3105179

5.2.7 TU42C180

5.2.8 TU48C、16Mn181

5.2.9 TUE250、P265GH186

5.2.10 P280GH189

第3节 实际部件的制造工艺及力学性能190

5.3.1 Z2CN18.10190

5.3.2 Z2CND17.12191

5.3.3 Z2CND18.12N191

5.3.4 TU42C193

5.3.5 TUE250194

5.3.6 P280GH194

第4节 经验反馈197

5.4.1 管道热疲劳失效197

5.4.2 管道应力腐蚀开裂失效200

参考文献202

第6章 核级热交换器传热管203

第1节 工作条件及用材要求203

6.1.1 蒸汽发生器传热管203

6.1.2 核级热交换器传热管203

6.1.3 核级热交换器用管材常见材料204

第2节 材料性能数据205

6.2.1 Tu42C、P265GH205

6.2.2 Z2CN18.10、022Cr19Ni10、TP304L207

6.2.3 NC30Fe、UNS N06690、NS3105214

第3节 实际部件的制造工艺及力学性能227

6.3.1 TU42C227

6.3.2 00Cr19Ni10228

6.3.3 NC30Fe230

第4节 经验反馈231

6.4.1 蒸汽发生器传热管磨损泄漏231

6.4.2 高温核取样冷却器传热管泄漏231

参考文献232

第7章 核级设备用棒材233

第1节 工作条件及用材要求233

第2节 材料性能数据235

7.2.1 42CrMo4、42CrMoE、42CrMo235

7.2.2 X6NiCrTiMoVB25-15-2、06Cr15Ni25Ti2MoAlVB237

7.2.3 40NCDV7.03、40CrNi2MoV240

7.2.4 42CDV4、40CrMoV242

7.2.5 C45E、C45R、45碳钢245

7.2.6 40NCD7.03、40CrNi2Mo252

7.2.7 X6CrNiMo16.4、05Cr16Ni4Mo256

7.2.8 X6CrNiCu17.04、05Cr17Ni4Cu4Nb257

7.2.9 Z6CN18.10、Z5CN18.10、Z6CND17.12、Z5CND17.12269

7.2.10 Z2CND18.12、026Cr18Ni12Mo2N276

7.2.11 NC30Fe、NS3105277

7.2.12 A48、16Mn278

第3节 实际部件的制造工艺及力学性能279

7.3.1 40NCDV7.03279

7.3.2 42CDV4281

7.3.3 C45E284

7.3.4 X6CrNiCu17.04286

7.3.5 X6NiCrTiMoVB25-15-2286

第4节 经验反馈287

参考文献289

第8章 燃料包壳和燃料格架用金属材料290

第1节 工作条件及用材要求290

8.1.1 燃料包壳290

8.1.2 燃料包壳常用材料291

8.1.3 高密集乏燃料储存格架293

8.1.4 高密集乏燃料储存格架常用材料294

第2节 材料性能数据295

8.2.1 Zr-4、UNS R60804295

8.2.2 X2CrNi18-9314

第3节 实际部件的制造工艺及力学性能315

8.3.1 Zr-4315

8.3.2 X2CrNi18-9317

第4节 经验反馈318

参考文献319

第9章 堆内构件、控制棒驱动机构和主设备支承用金属材料321

第1节 工作条件及用材要求321

9.1.1 堆内构件321

9.1.2 控制棒驱动机构321

9.1.3 蒸汽发生器和主泵支承用核级金属材料322

第2节 材料性能数据324

9.2.1 Z2CN19.10 N.S、022Cr19Ni10N、026Cr19Ni10N324

9.2.2 Z3CN18.10 N.S、022Cr19Ni10N332

9.2.3 Z2CN18.10、304L335

9.2.4 NC15Fe、NS3102339

9.2.5 Z12CN13、12Cr13NiMo345

9.2.6 Z6CND17.12、06Cr17Ni12Mo2350

9.2.7 X12Cr13、12Cr13353

9.2.8 12MDV6、ZG12MnMoV363

9.2.9 20NCD12、20Cr2Ni3Mo364

第3节 实际部件的制造工艺及力学性能365

9.3.1 Z2CN19.10N.S365

9.3.2 Z3CN18.10N.S372

9.3.3 NC15Fe375

9.3.4 Z12CN13377

9.3.5 Z6CND17.12380

9.3.6 12MDv6382

9.3.7 20NCD12383

第4节 经验反馈384

参考文献385

第10章 汽轮机和发电机用铸锻件386

第1节 工作条件及用材要求386

10.1.1 汽轮机缸体386

10.1.2 汽轮机叶片387

10.1.3 汽轮机转子388

10.1.4 发电机转子388

10.1.5 发电机护环388

第2节 材料性能数据392

10.2.1 G18CrMo2-6、ZG20CrMo、Gr.5392

10.2.2 G17CrMo9-10393

10.2.3 ZG15Cr2Mol、A356 Gr.10、WC9393

10.2.4 GX8CrNi12396

10.2.5 1Cr12Mo396

10.2.6 X20Cr13397

10.2.7 X5CrMoAl12398

10.2.8 X12CrNiMoV12-2398

10.2.9 1Cr12Ni2W1Mo1V、14Cr12Ni2WMoV400

10.2.10 2Cr12NiMo1W1V、22Cr12NiWMoV402

10.2.11 STM 528404

10.2.12 26NiCrMoV10-10404

10.2.13 B65A-S405

10.2.14 26NiCrMoV14-5405

10.2.15 30Cr2Ni4MoV、A470 Gr.C406

10.2.16 25Cr2Ni4MoV409

10.2.17 26NiCrMo12-6413

10.2.18 1Mn18Cr18N、A289 Cl.C414

第3节 实际部件的制造工艺及力学性能420

10.3.1 G18CrMo2-6420

10.3.2 G17CrMo9-10422

10.3.3 GX8CrNi12422

10.3.4 X20Cr13422

10.3.5 X5CrMoAl12423

10.3.6 X12CrNiMoV12-2424

10.3.7 1Cr12Ni2W1Mo1V425

10.3.8 STM528426

10.3.9 26NiCrMoV10-10427

10.3.10 B65A-S428

10.3.11 26NiCrMoV14-5428

10.3.12 25Cr2Ni4MoV429

10.3.13 26NiCrMo12-6429

10.3.14 1Mn18Cr18N430

第4节 经验反馈431

10.4.1 汽轮机叶片侵蚀431

10.4.2 汽轮机叶轮应力腐蚀432

10.4.3 汽轮机叶片疲劳433

10.4.4 汽轮机叶片振动434

参考文献435

第11章 常规岛及电厂辅助系统金属材料437

第1节 汽水分离再热器437

11.1.1 工作条件437

11.1.2 用材要求437

11.1.3 常用材料438

第2节 凝汽器439

11.2.1 工作条件439

11.2.2 用材要求440

11.2.3 常用材料440

第3节 加热器441

11.3.1 工作条件441

11.3.2 用材要求442

11.3.3 常用材料442

第4节 除氧器444

11.4.1 工作条件444

11.4.2 用材要求444

11.4.3 常用材料445

第5节 泵446

11.5.1 工作条件446

11.5.2 用材要求446

11.5.3 常用材料446

第6节 阀门448

11.6.1 工作条件448

11.6.2 用材要求449

11.6.3 常用材料449

第7节 管道454

11.7.1 工作条件454

11.7.2 用材要求454

11.7.3 常用材料455

第8节 经验反馈457

参考文献462

第12章 核级设备用焊接填充材料463

第1节 核级设备用焊接填充材料的分类463

12.1.1 碳钢焊接填充材料463

12.1.2 低合金钢焊接填充材料464

12.1.3 不锈钢焊接填充材料464

12.1.4 镍基合金焊接填充材料465

12.1.5 钴基合金焊接填充材料466

第2节 核级设备用焊接填充材料的成分与性能466

12.2.1 碳钢焊条466

12.2.2 低合金钢焊条467

12.2.3 不锈钢焊条470

12.2.4 镍基合金焊条472

12.2.5 碳钢气体保护电弧焊药芯焊丝474

12.2.6 MAG焊用碳钢焊丝475

12.2.7 TIG焊用碳钢焊丝476

12.2.8 低合金钢气体保护电弧焊药芯焊丝477

12.2.9 不锈钢钨极气体保护电弧焊焊丝478

12.2.10 镍基合金钨极气体保护电弧焊焊丝480

12.2.11 埋弧焊用碳钢焊丝及焊剂482

12.2.12 埋弧焊用低合金钢焊丝及焊剂484

12.2.13 埋弧焊用不锈钢焊丝及焊剂487

12.2.14 堆焊用不锈钢焊带及焊剂489

12.2.15 镍基合金堆焊用焊带和焊剂490

12.2.16 堆焊用钴基合金焊条492

12.2.17 堆焊用钴基合金焊丝和填充丝493

第3节 核级设备用焊接填充材料的质量管理494

12.3.1 焊接材料的评定494

12.3.2 焊接材料的验收498

12.3.3 焊接材料的储存503

12.3.4 焊接填充材料的使用504

第4节 焊接填充材料使用经验反馈案例505

12.4.1 压力容器接管安全端在高温水环境中的腐蚀失效505

12.4.2 安全端异种钢接头外壁开裂506

参考文献507

第13章 EPR、AP1000、高温气冷堆、华龙一号主要用材的介绍508

第1节 EPR机组主要用材508

13.1.1 反应堆压力容器509

13.1.2 蒸汽发生器510

13.1.3 主泵510

13.1.4 稳压器511

13.1.5 主管道511

13.1.6 二回路汽水管道511

第2节 AP1000机组主要用材513

第3节 高温气冷堆主要用材516

13.3.1 反应堆压力容器516

13.3.2 堆内构件517

13.3.3 蒸汽发生器517

13.3.4 氦气轮机517

第4节 华龙一号主要用材518

13.4.1 反应堆压力容器522

13.4.2 蒸汽发生器523

13.4.3 主泵523

13.4.4 主管道523

13.4.5 稳压器524

常用物理量符号及英文缩写525

参考文献527