日本的(de)(de)發電用核反(fan)(fan)應(ying)堆(dui),在1998年已經運轉(zhuan)了(le)52臺,但因為其主(zhu)體是輕水(shui)冷卻的(de)(de)沸騰水(shui)型(xing)(xing)反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)和(he)加壓水(shui)型(xing)(xing)反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)(PWR、23臺),而且兩者(zhe)都處理高溫(wen)水(shui),所(suo)以利用奧氏(shi)體系(xi)不銹鋼和(he)鎳(nie)合金的(de)(de)耐(nai)腐蝕性(xing),用于(yu)制造反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)內構造物、配管(guan)和(he)各種機器。因為對水(shui)質的(de)(de)管(guan)理很嚴格,所(suo)以雖(sui)然對于(yu)不銹鋼來說是嚴酷的環境(jing),但實(shi)用(yong)反應堆過去曾出現(xian)過應力腐蝕性斷裂這(zhe)(zhe)種現(xian)象(xiang),而且這(zhe)(zhe)個問(wen)題的解(jie)決是不銹鋼的最(zui)大課題。現(xian)在,從材料(liao)和施(shi)工兩方(fang)面(mian)采取對策,這(zhe)(zhe)個問(wen)題幾乎得到了(le)解(jie)決。
1. 中子吸(xi)收不銹(xiu)鋼
在日本,有關核能的研究開發是從1955年成立的財團法人原子力研究所開始的,而且為了獲得日本獨自的數據,還進行了有關材料的研究。作為耐腐蝕性之外的不銹鋼的材料作為爐心用時,要求盡量減少熱中子吸收斷面積大的元素;在美國,1955年規定了對AISI347不銹鋼中的鉭含量加以限制的AISI348鋼,而且1957年規定了對鈷和鉭加以限制的AISI349鋼。鈷從鎳原料中、鉭從添加到347鋼的鈮原料中引入,而且因為不銹鋼中一般包含的錳的熱中子吸收斷面積很大,所以在日本國內由川畑(1960年)和渡邊等(1962年)試驗了對錳的限制。因為錳是與鋼中的硫相結合生成硫化錳,所以對于提高熱加工性來說是必要元素;但低錳不銹鋼,通過添加鈦或鋯、對硫加以固定,由此改善了熱加工性。但是,因為不銹鋼比鋯合金的熱中子吸收斷面積大,所以不能作為發電用輕水爐的燃料被覆管材料。
2. 含硼不銹鋼(gang)
因為控制(zhi)材料使用(yong)的(de)是添(tian)(tian)加(jia)了(le)(le)中子吸(xi)收斷面積(ji)非常大的(de)硼(peng)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang),所以在(zai)日本(ben)國內也(ye)進(jin)行(xing)了(le)(le)研(yan)制(zhi)。只是,據三好等(deng)(1958年)的(de)研(yan)究(jiu),如(ru)果硼(peng)的(de)添(tian)(tian)加(jia)量(liang)變較多時(shi),熱加(jia)工(gong)性(xing)會有所退(tui)化,但如(ru)果硼(peng)的(de)添(tian)(tian)加(jia)量(liang)不(bu)超過2%,則可以制(zhi)造。此外,還(huan)進(jin)行(xing)了(le)(le)為改善熱加(jia)工(gong)性(xing)的(de)研(yan)究(jiu)。西間(1962年)研(yan)究(jiu)了(le)(le)在(zai)18Cr-15Ni中添(tian)(tian)加(jia)了(le)(le)不(bu)超過2.35%B的(de)鋼(gang)的(de)各種性(xing)質,如(ru)果添(tian)(tian)加(jia)硼(peng),就會生成(Fe、Cr)2B,熱加(jia)工(gong)性(xing)和韌性(xing)就會退(tui)化;但通過添(tian)(tian)加(jia)鈦,這種現象就會得到改善。
其后,對含(han)(han)(han)硼(peng)(peng)(peng)的(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)并沒有(you)特別的(de)(de)(de)研究,但進入1980年以(yi)(yi)后,由(you)于核(he)能(neng)發電所(suo)的(de)(de)(de)增設和使(shi)用完(wan)(wan)的(de)(de)(de)核(he)燃(ran)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)再處理能(neng)力不(bu)足,使(shi)用完(wan)(wan)的(de)(de)(de)核(he)燃(ran)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)量有(you)所(suo)增加,所(suo)以(yi)(yi)為(wei)(wei)了(le)提(ti)高使(shi)用完(wan)(wan)核(he)燃(ran)料(liao)(liao)儲藏池(chi)的(de)(de)(de)填充率,要求(qiu)由(you)中子吸收斷(duan)面積大、可以(yi)(yi)薄壁化的(de)(de)(de)含(han)(han)(han)硼(peng)(peng)(peng)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)代替304不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)。含(han)(han)(han)硼(peng)(peng)(peng)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)作為(wei)(wei)使(shi)用完(wan)(wan)核(he)燃(ran)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)運輸和儲藏材料(liao)(liao),因為(wei)(wei)使(shi)用了(le)用板材和含(han)(han)(han)硼(peng)(peng)(peng)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)制造的(de)(de)(de)四角(jiao)管,所(suo)以(yi)(yi)進行了(le)板、帶材的(de)(de)(de)制造研究。因為(wei)(wei)硼(peng)(peng)(peng)含(han)(han)(han)有(you)量高時,會生(sheng)成鐵和沸騰(teng)的(de)(de)(de)低熔(rong)點共晶,對熱(re)加工性會起到阻礙(ai)作用,所(suo)以(yi)(yi)特別進行了(le)帶材的(de)(de)(de)熱(re)加工性的(de)(de)(de)改善研究,其結果是可以(yi)(yi)制造以(yi)(yi)SUS304L不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)為(wei)(wei)基本成分(fen)、硼(peng)(peng)(peng)含(han)(han)(han)量為(wei)(wei)0.5%~0.7%的(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)帶。現在日本國內正在制造含(han)(han)(han)1.3%B的(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)。
而(er)且(qie),如果(guo)添(tian)加1%左右的(de)硼,晶(jing)間(jian)腐蝕的(de)敏感性(xing)(xing)就(jiu)會(hui)有所(suo)提高,即使把碳減少到(dao)0.004%,敏感性(xing)(xing)也不能完全消(xiao)失;但是(shi)若在(zai)750~850℃下進行熱處(chu)理,敏感性(xing)(xing)會(hui)有所(suo)下降,而(er)且(qie)據泊里(li)等(1984年)的(de)試驗,證明了(le)鉬的(de)添(tian)加對于防止晶(jing)間(jian)腐蝕很有效。

