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1、鋯合金主要用于核電包殼管

包殼管是核反應(yīng)堆主要保護(hù)屏障，鋯合金是包殼管材料首選。核電站主要利用核反應(yīng)堆中的核裂變反應(yīng)，從而釋放大量的熱能，來推動蒸汽輪機發(fā)電，其中包殼管主要作用是保障核燃料不受氧化和腐蝕，同時能夠承受放射性衰變帶來的高溫和高壓，是反應(yīng)堆主要保護(hù)屏障。由于包殼管材料要求極高，鋯合金材料優(yōu)點多，目前全球主要核電站反應(yīng)堆包殼管以鋯合金材料為主。

2、原子能時代第一金屬

鋯性能優(yōu)異在核電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，被譽為“原子時代的第一號金屬”。鋯具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，在常溫下與大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)都不發(fā)生反應(yīng)，同時鋯的熔點很高，在高溫下不易熔化，而且鋯的密度、強度和剛度都十分適宜核燃料外殼的要求，能夠有效地承受高壓和高溫，最重要的是，鋯對中子的吸收性很低，能夠有效地減小燃料棒中子吸收截面積，提高熱效率。因此，除了核燃料包殼管外，鋯合金還被廣泛用作反應(yīng)堆內(nèi)的各類結(jié)構(gòu)材料，在核工業(yè)中擁有無可比擬的價值，被譽為“原子時代的第一號金屬”。當(dāng)前核電領(lǐng)域主要的鋯合金材料有Zr-2、Zr-4、Zr-2.5%Nb三種合金以及美國西屋公司的ZIRLO合金、日本的NDA合金和法國的M5及低錫鋯合金等。

3、鋯合金包殼管屬于易耗品，需定期更換

包殼管材料屬于易消耗品，需定期大量更換。由于鋯合金在核反應(yīng)堆內(nèi)受中子輻照，力學(xué)性能會發(fā)生變化，強度升高，延性會降低、變脆，以及輻照伸長和扭曲變形，產(chǎn)生蠕變和內(nèi)應(yīng)力等現(xiàn)象，使其綜合性能變差。因此，包殼材料屬于一種高消耗品，需要定期更換，通常每年需要更換1/3 的組件材料。

鋯合金材料加工難度大，成材率較低。核用鋯合金管件的加工流程包括鋯合金鑄錠的熔煉、鑄錠鍛造、β相區(qū)淬火、熱軋、反復(fù)的冷軋及退火等，加工工序多，原料成材率較低。美國的華昌、西屋電氣, 法國的法瑪通等公司在鋯合金生產(chǎn)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平，2020年我國企業(yè)國核鋯業(yè)在消化吸收美國西屋公司Zirlo合金生產(chǎn)技術(shù)之后，建立了完整自主化的鋯材加工生產(chǎn)線，實現(xiàn)了鋯合金鑄錠大規(guī)模國產(chǎn)化的突破。

4、全球核電開啟高景氣周期

海外核電迎來重啟浪潮，全球核電行業(yè)開啟高景氣周期。全球雙碳減排背景下，核能作為一種低碳的清潔能源，相比光伏、風(fēng)能、氫能等其他可再生能源，兼具高密度、清潔、低碳、長期穩(wěn)定運行等優(yōu)勢，被越來越多的國家重視。據(jù)IAEA數(shù)據(jù)，全球2023年核電裝機容量為3.72億千瓦，核能發(fā)電量為2.598萬億千瓦時，占全球總發(fā)電量的9.2%。目前全球各個國家和地區(qū)相繼調(diào)整核電政策，加快核電站建設(shè)布局。根據(jù)各國政府官網(wǎng)，英國政府計劃2030 年前每年批準(zhǔn)建設(shè)一座、總計八座核反應(yīng)堆；波蘭計劃于2026年開工建設(shè)第一座核電站；德國也計劃將三個核電站的使用壽命延長。2024年3月，拜登政府宣布，美國聯(lián)邦政府將提供15億美元貸款，用于重啟密歇根州西南部的Palisades核電站，這將是美國歷史上首次重啟已關(guān)閉的核電站。2024年4月，東京電力已向柏崎刈羽核電站反應(yīng)堆輸送核燃料，預(yù)計將于今年10月重啟開始發(fā)電。核電行業(yè)步入高景氣周期，全球核電裝機容量或?qū)⒗^續(xù)快速增長。據(jù)國際原子能機構(gòu)樂觀預(yù)測，到2030 年全球核電裝機容量將有望達(dá)到480GW。

我國核準(zhǔn)裝機機組逐年增加，核電裝機持續(xù)加速。截至2023年底，在建核電機組26臺，總裝機容量3030萬千瓦，均保持世界第一。2019 年我國重啟核電機組核準(zhǔn)，2019-2024 年相繼核準(zhǔn)4/4/5/10/10 /11臺核電機組。

5、核電領(lǐng)域鋯需求穩(wěn)步增長

核電進(jìn)入高景氣度時代，全球核電領(lǐng)域耗鋯量穩(wěn)步增長。根據(jù)前文核電裝機需求預(yù)測和《鋯材在核電站的應(yīng)用及前景》，核電首次裝機單GW所需合金約30噸，核電站每年更換比例約三分之一，從海綿鋯到鋯合金成材率約50%~70%，我們測算到2025/2030 年全球核電領(lǐng)域核級海綿鋯的需求量將達(dá)到0.75/0.87萬噸，對應(yīng)2022-2030 年CAGR 為4.0%。