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金,是制造這類設備常用的材料。
反應(ying)堆(dui)(dui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)情況與(yu)前處理階段(duan)有所不(bu)(bu)(bu)同(tong)。以目前最常用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)加壓(ya)水反應(ying)堆(dui)(dui)為例,堆(dui)(dui)內構(gou)件主(zhu)要受(shou)高溫高壓(ya)水的(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)。此(ci)外,堆(dui)(dui)心部分的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)材料(liao)還(huan)要受(shou)到(dao)強烈的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)子輻照(zhao),雖然腐蝕(shi)(shi)環境不(bu)(bu)(bu)算(suan)苛刻,但要求材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)壽命長、安全度高,不(bu)(bu)(bu)容許有腐蝕(shi)(shi)產物的(de)(de)(de)(de)(de)沾污。因(yin)此(ci),這里到(dao)處都離不(bu)(bu)(bu)開不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),起(qi)支撐(cheng)、固(gu)(gu)定作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)骨架、格柵等是(shi)(shi)(shi)用(yong)超(chao)低碳奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)制(zhi)作(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de);卸料(liao)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)脈沖(chong)管(guan)和(he)固(gu)(gu)定管(guan)系的(de)(de)(de)(de)(de)螺釘(一(yi)個不(bu)(bu)(bu)太大的(de)(de)(de)(de)(de)反應(ying)堆(dui)(dui)中(zhong)(zhong)要用(yong)幾千個)是(shi)(shi)(shi)用(yong)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)-鐵素體(ti)雙相不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)制(zhi)作(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de);用(yong)于屏蔽(bi)中(zhong)(zhong)子輻照(zhao)的(de)(de)(de)(de)(de)防護板(ban),是(shi)(shi)(shi)高硼不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)制(zhi)作(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de);各(ge)種管(guan)道及(ji)聯系構(gou)件也都是(shi)(shi)(shi)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)制(zhi)作(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)······因(yin)此(ci)可以說,除了燃料(liao)元件和(he)石(shi)墨反射體(ti)之(zhi)外,原(yuan)子能反應(ying)堆(dui)(dui)里幾乎是(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)世界。
反應(ying)堆內產生的熱量(liang)由壓(ya)力(li)水導(dao)出,通過(guo)熱蒸發器產生高(gao)壓(ya)過(guo)熱蒸汽(qi)用以(yi)發電。這里(li)輸送(song)壓(ya)力(li)水的管路系(xi)統要求用高(gao)溫強(qiang)度較高(gao)的含鉬、氮不(bu)銹鋼,而蒸發器則(ze)要根據不(bu)同情況使用雙(shuang)相不(bu)銹鋼、鐵鎳基(ji)合金及鎳基(ji)合金等。
核反應(ying)堆的(de)后(hou)處理階段(duan)所接觸到的(de)腐(fu)蝕性(xing)介質不僅多(duo)種多(duo)樣,而且對(dui)設備的(de)要求更為(wei)苛刻。同時為(wei)了確保反應(ying)堆安全生產(chan),防止放射性(xing)物(wu)質泄(xie)露(lu),對(dui)結構材料的(de)性(xing)能、質量(liang)要求也特別高。去(qu)除(chu)燃(ran)(ran)料包(bao)殼和(he)溶解燃(ran)(ran)料芯要用腐(fu)蝕性(xing)極強(qiang)的(de)混合酸(suan),如硝酸(suan)-氫(qing)(qing)氟酸(suan)、硝酸(suan)-鹽酸(suan)、硫酸(suan)-氫(qing)(qing)氟酸(suan)或氫(qing)(qing)氟酸(suan)-氟化物(wu)等,這(zhe)時設備材料常用含有鉻、鉬及(ji)(ji)鋼等多(duo)種合金元素的(de)鎳基合金。在隨(sui)后(hou)進行的(de)排(pai)除(chu)放射性(xing)廢物(wu)、萃取有用的(de)核燃(ran)(ran)料及(ji)(ji)放射性(xing)產(chan)品等一(yi)系(xi)列化工處理中,也要用大量(liang)高合金的(de)鎳鉻鉬銅不銹(xiu)鋼。
另外,核反應堆后處理階段還(huan)有(you)(you)很多“清潔”設備,一般在弱腐(fu)蝕(shi)性環境(jing)中使用(yong),但(dan)要求(qiu)不(bu)生銹,不(bu)容許有(you)(you)腐(fu)蝕(shi)產物,容易清理。這類設備多采用(yong)較廉(lian)價的鐵素(su)體(ti)不(bu)銹鋼。
總(zong)之(zhi),原(yuan)子能(neng)(neng)工業的發(fa)展與(yu)不銹鋼技術的進步有極為(wei)密切的關(guan)系。隨著(zhu)我國原(yuan)子能(neng)(neng)發(fa)電事業的迅速(su)發(fa)展,不銹鋼在其中將會作出越(yue)來越(yue)大的貢(gong)獻(xian)。