粉碎美国垄断美梦，中国锻造150吨大钢环，引领第四代核电站

我国终于打破了美国的又一项“核垄断”？看似普通的一个大铁环，为何能难住世界各国数十年？我国为何能在困局中披荆斩棘，闯出一条新路？

2019年末，一个直径达到15.6米，重量约为150吨的大钢环正式亮相，立刻就引发了世界各国特别是美国的高度关注。

因为这个“大家伙”与“核”有关，且此前只有美国人拥有制造它的能力，任何其他国家包括俄罗斯都要向美国购买，但如今美国人的垄断历史被中国人彻底终结。

看似普通的钢环究竟有什么作用呢？要想知晓它的作用，我们还得了解一下现代压水堆核电站的四道“安全屏障”。

第一道屏障主要使用的是耐高温、耐辐射和耐腐蚀的二氧化铀陶瓷核燃料。

98%以上的放射性裂变物质不能从这些经过特殊处理的陶瓷型核燃料芯块中逃逸出来，只有穿透能力较强的中子和γ射线才能辐射出来。

第二道屏障是将特殊的陶瓷芯块装入包壳管，叠成柱体以后就组成了燃料棒。

这些燃料棒都放置在包壳管中，包壳管必须绝对密封，在长期运行的条件下不会使放射性裂变产物逸出。

第三道屏障是压力容器，是安放核电站燃料棒的地方，必须能够保证在高压运营条件下可以避免发生核泄漏事故。

第四道屏障也是最后一道屏障，主要是由双壳体结构构成的厂房，对于放射性物质具有非常强的防护能力。

而我们前面谈到的超大钢环，其最大的作用就体现在第三屏障“压力容器的制造”中，也就是核电站的C型密封环。

类似于保温杯的杯身和杯盖之间，通常需要橡胶垫片等来防止漏水，作为反应堆压力容器的关键部件，它的作用同样也是防止泄露。

核电站反应堆压力容器具有高温、高压、强放射性的特点，因而需要采用特殊的金属材质。

由于核电站的特殊性，在它工作的时候，核燃料堆芯部分会释放出大量的热量，会造成高压环境，所以密封圈就必须要能够承受住长时间高温高压的工作环境，且要在结束工作以后还能够恢复原貌，这就对使用的钢材提出了非常苛刻的要求。

我国工程师励行根在经历了长达十年异常艰难的攻关以后，他所在中国宁波天生密封件有限公司终于在2015年成功制造出了我们自己的直径达到4米的大型密封圈，在经历了一年在核电站机组的实际运营考验以后，顺利通过了验收。

如今，我国广东核电基地、连云港核电基地、秦山核电基地七成的设备用上了国产密封件产品，已经稳定运营了几十年。

不仅仅是性能可靠，我们的产品还具有非常明显的价格优势，相比于美国产品三四百万元，而且每年都要涨价15%的价格，我们自己生产的价格仅需三四十万元而已，也一举逼得美国同类产品降价超七成进行销售。

有了这项技术就够了吗？不，历史证明躺在“功劳簿”上享受是行不通的，而我国的“C型密封环”研发之路仍在继续。

随着人类技术的不断提高，核电站也经历了三次迭代，目前世界各国正在运营的主要是第二代核电站，第三代核电站已经开始建设，第四代核电站是世界各国争相追赶研究的目标。

随着核电站的更新换代，对于C型密封圈的要求也越来越高，制造难度也越来越大。

由于第四代核电站对安全性以及核电机组提出了更高的要求，这就意味着超大型钢构件的要求也在不断提高，可以说谁在这一领域率先取得突破，谁就赢得了第四代核电站的领先地位。

但是大型钢构件的锻造非常困难，迟迟没有大的技术创新。

之前要想建造能够供核电站使用的超大型密封环，只能通过“以大制大”，即采用多段小坯组焊的方式制造，这种方法的缺点十分明显，不仅加工周期长、成本高，而且焊缝位置的材料组织性能非常薄弱，在核电机组的高压运行过程中无疑是一个巨大的安全隐患。

在这样的背景下，中国科学院金属研究所在中核集团的委托和支持下，组织了一批科研人员进行技术攻关，最终在山东伊莱特重工研制成直径15.6米的环形锻件。

通过利用一大批先进技术如表面活化、真空封装、多向锻造、分级构筑、整体轧环等，彻底消除了多层金属间的界面问题，让整个大型承重环的的构筑界面位置在成分、组织、性能上与基体金属完全一致。

这样制造出的钢环，整体无焊缝、均质化程度高且组织均匀性好，未来将会作为我国第四代核电站堆容器的“脊梁”，承担起机组核心部件支撑环，以及压力容器边界和安全屏障的作用。

它不仅在结构上能够承受7000吨的重量，更了不起的是，其使用寿命长达40年之久，能够确保中国第四代核电站的安全性遥遥领先于美国。

在一系列新技术的加持之下，中国第三代核电站“华龙一号”的安全性已经达到了世界领先水平，在国产大型钢构件的协助下，具备抵御大飞机冲撞和9级地震的能力，同时建设成本相对于国外同类产品下降了20%到30%，在国际核电市场上具备极强的市场竞争力。

随着我国继续在大型钢构件制造领域取得突破，未来中国的第四代核电技术必将处于世界领先地位。