當今世界,原子能對于人們來說已經不是陌生的東西了。然而,你可曾想到,不銹鋼(括鐵鎳基及鎳基耐蝕合金)在原子能工業的發展中起著重大作用呢?為了說明這一點,不妨先從原子能工業的幾個主要環節談起。粗略地說,原子能工業由三大環節組成,核心環節是核反應堆。另一個環節在反應堆之前,稱為前處理系統,其主要任務是從礦石中提取核燃料金屬并進行加工。還有一個環節在反應堆之后,稱為后處理系統,其任務是將“燃燒”過的核燃料進行化工處理,以排除廢物,提取有用的放射性物質,回收未“燒完”的核燃料。
上述的每一個環節,如果沒有各種不銹鋼制的裝置或設備,核反應堆就不能順利地運行。在前處理階段,需要把礦石粉碎后用酸或堿溶解,以使核燃料金屬從礦石中轉移到溶液中,這個過程叫做浸出。目前常用的浸出劑是硫酸,浸出液就是含有多種金屬子的稀硫酸溶液。這樣,浸出及隨后的一系列操作,都得在耐硫酸腐蝕的設備中進行。這些設備或構件多用含鉬(或鉬和銅)的奧氏體不銹鋼甚至鐵鎳基合金制造。同時輸送這些酸性礦漿或溶液的耐酸泵及管道,也都是不銹鋼制作的。
這種直接從礦石中提取出來的有用物質,一般為核燃料金屬的粗制氧化物,為使它成為能在反應堆中“燃燒”的核燃料,還需對它進行提純、氟化或氫氟化等一系列化工處理。這時用的設備必須能耐含氟化物的酸溶液、氫氟酸及氟化物氣體的腐蝕。高鉻鎳不銹鋼、耐熱鋼以及含鉻、鉬及銅的鎳基耐蝕合(he)金,是制造這類設備常用的材料。
反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆(dui)(dui)中的(de)(de)情況與前處理階段有所不(bu)(bu)同。以目前最常用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)加壓水反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆(dui)(dui)為(wei)例,堆(dui)(dui)內構件主要(yao)受高溫高壓水的(de)(de)腐(fu)蝕。此外,堆(dui)(dui)心部分的(de)(de)結(jie)構材料還(huan)要(yao)受到強烈的(de)(de)中子輻照,雖(sui)然腐(fu)蝕環境不(bu)(bu)算苛刻,但(dan)要(yao)求材料的(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)壽命長、安全度高,不(bu)(bu)容(rong)許有腐(fu)蝕產物(wu)的(de)(de)沾(zhan)污。因此,這里到處都離不(bu)(bu)開(kai)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),起支(zhi)撐、固定(ding)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)骨架、格柵等是用(yong)(yong)(yong)超低碳奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)制作(zuo)的(de)(de);卸料用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)脈沖(chong)管(guan)(guan)和固定(ding)管(guan)(guan)系的(de)(de)螺釘(ding)(一個不(bu)(bu)太大的(de)(de)反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆(dui)(dui)中要(yao)用(yong)(yong)(yong)幾(ji)千個)是用(yong)(yong)(yong)奧氏(shi)體(ti)(ti)-鐵素體(ti)(ti)雙相不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)制作(zuo)的(de)(de);用(yong)(yong)(yong)于屏蔽中子輻照的(de)(de)防護板,是高硼(peng)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)制作(zuo)的(de)(de);各種(zhong)管(guan)(guan)道及聯系構件也(ye)都是奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)制作(zuo)的(de)(de)······因此可以說,除了(le)燃料元件和石墨反(fan)(fan)射體(ti)(ti)之(zhi)外,原子能(neng)反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆(dui)(dui)里幾(ji)乎是不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)世界。
反(fan)應堆內(nei)產(chan)生的熱(re)量由(you)壓力(li)水(shui)導出,通過(guo)熱(re)蒸發(fa)器產(chan)生高壓過(guo)熱(re)蒸汽用(yong)以發(fa)電。這里輸送壓力(li)水(shui)的管(guan)路(lu)系統要求用(yong)高溫強度(du)較(jiao)高的含鉬(mu)、氮不銹鋼(gang)(gang),而蒸發(fa)器則要根據不同情況(kuang)使用(yong)雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)、鐵鎳(nie)基(ji)合金及鎳(nie)基(ji)合金等(deng)。
核(he)(he)反應(ying)堆的(de)后處(chu)理階段所接(jie)觸到的(de)腐蝕(shi)性介質不(bu)僅多(duo)種多(duo)樣,而且對(dui)(dui)設備的(de)要求(qiu)更為(wei)苛刻。同(tong)時為(wei)了確保(bao)反應(ying)堆安全(quan)生產(chan),防止(zhi)放射性物質泄露,對(dui)(dui)結(jie)構(gou)材料(liao)的(de)性能、質量(liang)要求(qiu)也特別高。去除(chu)燃(ran)料(liao)包(bao)殼和溶解燃(ran)料(liao)芯要用(yong)腐蝕(shi)性極強的(de)混合(he)酸(suan),如硝(xiao)酸(suan)-氫氟酸(suan)、硝(xiao)酸(suan)-鹽酸(suan)、硫酸(suan)-氫氟酸(suan)或氫氟酸(suan)-氟化物等,這時設備材料(liao)常(chang)用(yong)含有(you)鉻(ge)、鉬及(ji)鋼等多(duo)種合(he)金(jin)(jin)元素的(de)鎳基合(he)金(jin)(jin)。在隨后進行(xing)的(de)排除(chu)放射性廢(fei)物、萃取(qu)有(you)用(yong)的(de)核(he)(he)燃(ran)料(liao)及(ji)放射性產(chan)品(pin)等一(yi)系列(lie)化工處(chu)理中,也要用(yong)大量(liang)高合(he)金(jin)(jin)的(de)鎳鉻(ge)鉬銅不(bu)銹鋼。
另(ling)外,核反應堆后處理階(jie)段還有很多“清(qing)潔”設備(bei)(bei),一般在弱腐(fu)蝕(shi)(shi)性環境中使用,但(dan)要求不(bu)生銹,不(bu)容許有腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物(wu),容易清(qing)理。這類設備(bei)(bei)多采(cai)用較廉價(jia)的鐵(tie)素(su)體不(bu)銹鋼。
總之,原(yuan)子能工(gong)業的發(fa)展與不銹鋼技術(shu)的進步有極(ji)為(wei)密切(qie)的關系。隨著我國原(yuan)子能發(fa)電(dian)事業的迅速發(fa)展,不銹鋼在(zai)其中將(jiang)會作出越來越大的貢獻。