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、ZG04Cr20Ni9 45
2.2.2 23M5M、20CD4M及ZG23Mn、ZG20CrMnMo 51
2.2.3 20MN5M、ZG270-480H 55
2.2.4 FGS Ni20Cr2、A439 Gr.D-2、QTANi20Cr2 59
2.2.5 20M5M、ZG235-470 61
2.2.6 Z5CND13.04、Z5CN12.01、ZG06Cr13Ni4Mo和ZG08Cr12Ni1 64
第3节 实际部件的制造工艺及力学性能 67
2.3.1 Z3CN20.09M 67
2.3.2 23M5M 77
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、16MnNiMo 82
3.2.2 18MND5、18MnNiMo 90
3.2.3 Z6CNNb18.11、347、06Cr18Ni11Nb 98
3.2.4 30M5、25NCD8.05、20NCD8.06、30Mn、25CrNi2Mo、20Cr2Mn2Mo 106
3.2.5 X2CrNiMo18.12（控氮）、026Cr18Ni12Mo2N、TP316LN 110
第3节 实际部件的制造工艺及力学性能 112
3.3.1 16MND5 112
3.3.2 18MND5 125
3.3.3 Z6CNNb18.11 127
3.3.4 30M5 128
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、Q265HR 134
4.2.2 16MND5、A533-B Classl、16MnNiMoHR 138
4.2.3 18MND5、18MnNiMoHR 146
4.2.4 Z10C13 150
4.2.5 Z2CND18-12（控氮）、026Cr18Ni12Mo2N、316LN 152
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、304L 166
5.2.2 Z2CND17.12、022Cr17Ni12Mo2 168
5.2.3 Z2CND18.12N、026Cr18Ni12Mo2N 171
5.2.4 Z2CN19.10N、026Cr19Ni10N 175
5.2.5 Z6CND17.12、06Cr17Ni12Mo2 177
5.2.6 NC30Fe、NS3105 179
5.2.7 TU42C 180
5.2.8 TU48C、16Mn 181
5.2.9 TUE250、P265GH 186
5.2.10 P280GH 189
第3节 实际部件的制造工艺及力学性能 190
5.3.1 Z2CN18.10 190
5.3.2 Z2CND17.12 191
5.3.3 Z2CND18.12N 191
5.3.4 TU42C 193
5.3.5 TUE250 194
5.3.6 P280GH 194
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、P265GH 205
6.2.2 Z2CN18.10、022Cr19Ni10、TP304L 207
6.2.3 NC30Fe、UNS N06690、NS3105 214
第3节 实际部件的制造工艺及力学性能 227
6.3.1 TU42C 227
6.3.2 00Cr19Ni10 228
6.3.3 NC30Fe 230
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、42CrMo 235
7.2.2 X6NiCrTiMoVB25-15-2、06Cr15Ni25Ti2MoAlVB 237
7.2.3 40NCDV7.03、40CrNi2MoV 240
7.2.4 42CDV4、40CrMoV 242
7.2.5 C45E、C45R、45碳钢 245
7.2.6 40NCD7.03、40CrNi2Mo 252
7.2.7 X6CrNiMo16.4、05Cr16Ni4Mo 256
7.2.8 X6CrNiCu17.04、05Cr17Ni4Cu4Nb 257
7.2.9 Z6CN18.10、Z5CN18.10、Z6CND17.12、Z5CND17.12 269
7.2.10 Z2CND18.12、026Cr18Ni12Mo2N 276
7.2.11 NC30Fe、NS3105 277
7.2.12 A48、16Mn 278
第3节 实际部件的制造工艺及力学性能 279
7.3.1 40NCDV7.03 279
7.3.2 42CDV4 281
7.3.3 C45E 284
7.3.4 X6CrNiCu17.04 286
7.3.5 X6NiCrTiMoVB25-15-2 286
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 R60804 295
8.2.2 X2CrNi18-9 314
第3节 实际部件的制造工艺及力学性能 315
8.3.1 Zr-4 315
8.3.2 X2CrNi18-9 317
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、026Cr19Ni10N 324
9.2.2 Z3CN18.10 N.S、022Cr19Ni10N 332
9.2.3 Z2CN18.10、304L 335
9.2.4 NC15Fe、NS3102 339
9.2.5 Z12CN13、12Cr13NiMo 345
9.2.6 Z6CND17.12、06Cr17Ni12Mo2 350
9.2.7 X12Cr13、12Cr13 353
9.2.8 12MDV6、ZG12MnMoV 363
9.2.9 20NCD12、20Cr2Ni3Mo 364
第3节 实际部件的制造工艺及力学性能 365
9.3.1 Z2CN19.10N.S 365
9.3.2 Z3CN18.10N.S 372
9.3.3 NC15Fe 375
9.3.4 Z12CN13 377
9.3.5 Z6CND17.12 380
9.3.6 12MDv6 382
9.3.7 20NCD12 383
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.5 392
10.2.2 G17CrMo9-10 393
10.2.3 ZG15Cr2Mol、A356 Gr.10、WC9 393
10.2.4 GX8CrNi12 396
10.2.5 1Cr12Mo 396
10.2.6 X20Cr13 397
10.2.7 X5CrMoAl12 398
10.2.8 X12CrNiMoV12-2 398
10.2.9 1Cr12Ni2W1Mo1V、14Cr12Ni2WMoV 400
10.2.10 2Cr12NiMo1W1V、22Cr12NiWMoV 402
10.2.11 STM 528 404
10.2.12 26NiCrMoV10-10 404
10.2.13 B65A-S 405
10.2.14 26NiCrMoV14-5 405
10.2.15 30Cr2Ni4MoV、A470 Gr.C 406
10.2.16 25Cr2Ni4MoV 409
10.2.17 26NiCrMo12-6 413
10.2.18 1Mn18Cr18N、A289 Cl.C 414
第3节 实际部件的制造工艺及力学性能 420
10.3.1 G18CrMo2-6 420
10.3.2 G17CrMo9-10 422
10.3.3 GX8CrNi12 422
10.3.4 X20Cr13 422
10.3.5 X5CrMoAl12 423
10.3.6 X12CrNiMoV12-2 424
10.3.7 1Cr12Ni2W1Mo1V 425
10.3.8 STM528 426
10.3.9 26NiCrMoV10-10 427
10.3.10 B65A-S 428
10.3.11 26NiCrMoV14-5 428
10.3.12 25Cr2Ni4MoV 429
10.3.13 26NiCrMo12-6 429
10.3.14 1Mn18Cr18N 430
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