核级钢管的采购管理

核级钢管的采购管理

王顺顺

山东核电设备制造有限公司 山东省烟台海阳市265118

一、核级钢管的定义

在核电工程的建设过程中需要大量使用无缝钢管，对于在核岛安全级相关系统中使用的无缝钢管被定义为核级钢管，根据设计需要，核级钢管可以分为核安全1级（SC-1）、核安全2级（SC-2）、核安全3级（SC-3），依据不同的安全等级，在设计、生产、检验、安装、运行等各个环节，又执行不同等级的质保要求（如质保1级、质保2级和质保3级）。通常，用于一回路冷却系统的所有承压边界设备和管道均属于核安全1级，质保1级材料，部分蒸汽输送管道为核2级或核3级，质保2级材料；常规岛的二回路系统管道均为非核级，质保3级材料，一般情况下，质保等级的设定不得低于其对应的核安全等级。

注：本文讨论的核级钢管均为无缝钢管，焊接钢管暂不做分析。

二、核级钢管的生产厂家情况

根据国家核安全局文件《民用核安全设备名录（2016年修订）》，核级钢管属于受监管设备范畴，生产核级钢管的厂家需持有国家核安全局办法的民用核安全设备制造许可证，并按照许可证的许可范围进行生产作业，目前国内具有核级钢管生产资质的厂家如下：

注：数据取自国家核安全局官网（锻制钢管暂不在统计清单内），截止到2022年11月。

三、钢管的制造工艺过程

1、不锈钢管：

管坯——原材料检验——坯料准备——加热——热穿孔/热挤压——酸洗、检验——冷轧/冷拔——去油——热处理——矫直——酸洗——成品检验——水压试验——超声波/涡流探伤——定尺切管——最终检验——标识喷码——成品——包运

2、碳钢、合金钢钢管：

管坯验收——管坯下料——冷定心——加热——穿孔/轧管/均整——定径/冷拔——热处理——矫直——取样/性能检验——内外磨或抛丸——水压试验——超声波检测——锯切——目视检验——标识喷码——表面防护——包运

注：通常情况下涂黄色底色的工序称为一个轧制道次。

四、核级钢管的特殊要求

    核电厂的部件结构、选材以及系统组成和安全设计要求等远比其他行业要求严格，为了保证核电厂安全运行和设计寿命，各部件在服役期间必须具有良好的稳定性、完整性和可靠性。而钢管作为主要承压部件，其性能的好坏更是直接影响到核电厂的正常运行。

1、原材料的要求

核级钢管的工作环境存在高温、高压、腐蚀性高、放射性高等特点，因此要求不锈钢管应有抗局部腐蚀、抗全面腐蚀、抗高温氧化和高温蠕变能力，对晶间腐蚀和应力腐蚀不敏感等特点，为了满足其特定的要求，通常需要对化学成分的含量如Ni、Co、Cu、B及P、S等杂质元素进行严格控制。所以基本上核级钢管的原材料都需要单独定炼。

以022Cr19Ni10/TP304L/Z2CN18-10材质为例，同样是机械贯穿件产品（核安全等级SC-2/RCC-M2级），不管是CAP1000技术还是我国自主研发的华龙一号技术，其化学成分均比普通标准要求高，具体如下：

注：Ni元素成本较高，通常情况下制造商会取标准下限来控制。

2、性能要求

相比于其他行业，核电用核级钢管对性能的要求非常高，除了常规的室温拉伸、无损检测（通常是涡流检测）、压扁、扩口等项目外；高温拉伸（核1/2级钢管）、低温冲击、水压试验（根据核安全等级不同，水压试验用水的等级有严格要求）、超声波检测等都是必备的检测项目，且根据规格不同，能取横向试样的优先选取横向试样。

注：从事核级钢管性能试验的理化人员需具有专业机构颁发的执业资格证书；从事无损检测的操作人员需具有国家核安全局颁发的核级资质证书；对于管段无法有效检测的盲区应切除，确保进行100%检测。过程中使用的设备，如光谱仪、万能试验机、压力试验机、冲击试验机、热处理炉、水压试验机、超声波探伤仪等均需要标定合格且在有效期范围内。

3、耐腐蚀性能

通常情况下，核级不锈钢管均需要进行晶间腐蚀试验，根据设计工况不同，检测的方式不同。比如某核电项目要求按照022Cr19Ni10材质的钢管按照65%硝酸腐蚀法进行晶间腐蚀，5个周期平均腐蚀速率≤0.46mm/a。常规的不锈钢管很难通过检测，经过多次摸索判断，通常情况下可以通过提高Ni元素含量、降低P元素含量、优化固溶热处理方案、将试样打磨光滑等方法提高耐腐蚀性能，提高其合格的可能性。

4、外形与尺寸

    据统计，核电用核级钢管一次检验不合格品中，尺寸公差和表面质量问题占比比较大（数据：50%以上），通常情况下冷拔管的表面质量要高于热轧钢管，但国内的冷轧冷拔管的表面质量过于依赖抛光，放松了对轧制过程中轧辊、拔模的形状及尺寸公差控制，也未采取保护气氛热处理方式或真空气淬方式。采用高硬度硬质合金轧辊、拔模，严格控制钢管的成品尺寸公差、形状公差；采用保护气氛热处理或者真空气淬等方式进行固溶热处理，可以很好地解决目前尺寸公差、形状公差超差以及表面质量差的问题。

五、核级钢管的采购周期

1、文件提资

核级钢管在启动制造之前，制造商需提交核级钢管的制造文件报审，包括但不限于：制造方案、质保大纲、质量计划、无损检测程序、水压操作规程等，其中质保大纲及质量计划在审批（通常由采购方、总包方、业主三方审批）通过后再由制造厂报核安全局审批，收到核安全局回复后方可开启质量计划进入实体制造阶段，文件审批的阶段基本上需要2~3个月的时间。

2、原材料采购

上文讲到核级钢管的原材料与普通标准中相同牌号的成分要求不一样，所以需要单独定炼原材料，这个周期在1~2个月左右，实际上可以和文件提资的时间同步进行。

3、钢管生产

启动质量计划后，钢管制造厂会根据具体规格、材质及数量确定排产计划，对于任何一个钢管制造厂来说，核电用管仅占其年产量的10%左右，所以生产上没有对核电钢管给予任何优先权，为了确保产能会优先安排数量多、规格少的石化等民用管进行生产。根据具体规格以及管坯的规格不同，穿孔完成后需要进行不等道次的轧制工序，一般直径48~219规格的轧制的道次比较少，通常规格越小，轧制的道次就越多，供货周期就越长，生产阶段一般需要2~3个月。

4、过程见证

    钢管生产出成品并经过性能热处理、矫直及酸洗（不锈钢）、内外抛磨等工序后进入成品检验阶段，从取样进行性能试验到本体的水压试验、无损检测、尺寸及目视检查，均需要在相关方监造人员的见证下进行，确保试验过程符合核电质保要求及相关技术要求，此过程正常在15~30天左右。

六、总结

目前核电站所用的核级钢管基本上实现了国产化（包括碳钢/合金钢类、铬钼类、不锈钢类和镍基合金类），但因为其特殊的技术和质保要求，制造周期往往很长，正常周期在5~7个月，具体看采购的规格以及数量。

核级钢管催不得，为了确保钢管的性能达标，该进行的生产工序必须进行，但核电工程建设工期紧张，如果不做好合理规划的话，将会造成窝工而影响整体工期，作为采购人员，应该在采购时机、采购范围等方面做好统筹规划。

参考文献：《核电金属管道》、《核电站用不锈钢无缝钢管国产化研究》、《核级管道管件技术要求及采购研究》