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。
反應堆(dui)中(zhong)的(de)(de)(de)情況與前處理(li)階段有(you)所不(bu)(bu)同。以目前最常用(yong)的(de)(de)(de)加壓水反應堆(dui)為(wei)例,堆(dui)內構件主要(yao)受高(gao)溫高(gao)壓水的(de)(de)(de)腐(fu)蝕。此外,堆(dui)心(xin)部分的(de)(de)(de)結構材料(liao)還(huan)要(yao)受到強烈(lie)的(de)(de)(de)中(zhong)子(zi)輻照(zhao),雖然腐(fu)蝕環境不(bu)(bu)算苛刻,但要(yao)求(qiu)材料(liao)的(de)(de)(de)使用(yong)壽(shou)命長、安全度高(gao),不(bu)(bu)容許有(you)腐(fu)蝕產(chan)物的(de)(de)(de)沾污(wu)。因此,這(zhe)里到處都離不(bu)(bu)開(kai)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),起支撐、固(gu)(gu)定作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)骨架、格柵等是用(yong)超(chao)低碳奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)制(zhi)作(zuo)的(de)(de)(de);卸料(liao)用(yong)的(de)(de)(de)脈沖管(guan)(guan)和固(gu)(gu)定管(guan)(guan)系的(de)(de)(de)螺釘(一(yi)個(ge)(ge)不(bu)(bu)太大的(de)(de)(de)反應堆(dui)中(zhong)要(yao)用(yong)幾千個(ge)(ge))是用(yong)奧(ao)氏體-鐵素體雙相不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)制(zhi)作(zuo)的(de)(de)(de);用(yong)于(yu)屏蔽(bi)中(zhong)子(zi)輻照(zhao)的(de)(de)(de)防護板,是高(gao)硼不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)制(zhi)作(zuo)的(de)(de)(de);各種管(guan)(guan)道及聯(lian)系構件也都是奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)制(zhi)作(zuo)的(de)(de)(de)······因此可以說(shuo),除了燃(ran)料(liao)元件和石墨反射體之(zhi)外,原子(zi)能反應堆(dui)里幾乎是不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)世界。
反應堆內產生的熱量由壓力水導出(chu),通過熱蒸(zheng)發器產生高壓過熱蒸(zheng)汽用以發電。這里輸送壓力水的管路系(xi)統要求用高溫強(qiang)度較高的含鉬(mu)、氮(dan)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang),而蒸(zheng)發器則要根據(ju)不同(tong)情況使用雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)、鐵(tie)鎳基(ji)合(he)金及鎳基(ji)合(he)金等。
核反(fan)應(ying)堆(dui)(dui)的(de)(de)后處理階段所(suo)接觸(chu)到的(de)(de)腐蝕性(xing)介質(zhi)(zhi)不(bu)僅多(duo)種(zhong)多(duo)樣,而且(qie)對設備(bei)的(de)(de)要(yao)求(qiu)更為苛刻。同時(shi)(shi)為了確保反(fan)應(ying)堆(dui)(dui)安全生產,防止放射(she)(she)(she)性(xing)物(wu)質(zhi)(zhi)泄(xie)露,對結構材料(liao)的(de)(de)性(xing)能、質(zhi)(zhi)量要(yao)求(qiu)也特別高。去除燃(ran)(ran)料(liao)包殼和溶解燃(ran)(ran)料(liao)芯要(yao)用腐蝕性(xing)極(ji)強的(de)(de)混合(he)酸(suan)(suan)(suan),如硝酸(suan)(suan)(suan)-氫(qing)氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)、硝酸(suan)(suan)(suan)-鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)、硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)-氫(qing)氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)或氫(qing)氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)-氟(fu)化物(wu)等,這時(shi)(shi)設備(bei)材料(liao)常用含有鉻(ge)、鉬及(ji)鋼(gang)等多(duo)種(zhong)合(he)金(jin)元素的(de)(de)鎳基合(he)金(jin)。在隨(sui)后進行的(de)(de)排除放射(she)(she)(she)性(xing)廢物(wu)、萃取有用的(de)(de)核燃(ran)(ran)料(liao)及(ji)放射(she)(she)(she)性(xing)產品等一(yi)系列化工處理中,也要(yao)用大量高合(he)金(jin)的(de)(de)鎳鉻(ge)鉬銅不(bu)銹鋼(gang)。
另外,核反應堆后處(chu)理階(jie)段(duan)還有很多“清潔”設(she)備,一般在弱(ruo)腐(fu)蝕(shi)性環境中使用(yong),但(dan)要求(qiu)不生銹(xiu),不容許(xu)有腐(fu)蝕(shi)產物,容易清理。這類設(she)備多采用(yong)較廉價的鐵素(su)體不銹(xiu)鋼(gang)。
總之,原子能工(gong)業的(de)(de)(de)發展與不銹鋼(gang)技(ji)術的(de)(de)(de)進(jin)步有(you)極為密切的(de)(de)(de)關(guan)系。隨著我國(guo)原子能發電事業的(de)(de)(de)迅速發展,不銹鋼(gang)在其中將會作出越(yue)來越(yue)大的(de)(de)(de)貢獻。