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(nai)蝕合金,是制造這類設備常用的材料。
反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)中(zhong)(zhong)的(de)情況(kuang)與前處(chu)理階(jie)段有所不(bu)(bu)同。以目前最常用的(de)加壓水反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)為例,堆(dui)內構(gou)件主要受(shou)高溫高壓水的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)。此外(wai),堆(dui)心部分的(de)結構(gou)材料(liao)還要受(shou)到(dao)強烈的(de)中(zhong)(zhong)子(zi)輻照,雖(sui)然腐(fu)蝕(shi)(shi)環境不(bu)(bu)算苛(ke)刻,但要求(qiu)材料(liao)的(de)使(shi)用壽命長、安全度(du)高,不(bu)(bu)容許有腐(fu)蝕(shi)(shi)產物的(de)沾(zhan)污。因(yin)此,這里到(dao)處(chu)都離(li)不(bu)(bu)開不(bu)(bu)銹(xiu)鋼,起支撐、固定作(zuo)(zuo)用的(de)骨架、格柵等是(shi)用超(chao)低碳(tan)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼制(zhi)作(zuo)(zuo)的(de);卸料(liao)用的(de)脈沖管和固定管系的(de)螺釘(一個不(bu)(bu)太大的(de)反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)中(zhong)(zhong)要用幾(ji)千個)是(shi)用奧(ao)氏體(ti)-鐵素(su)體(ti)雙相不(bu)(bu)銹(xiu)鋼制(zhi)作(zuo)(zuo)的(de);用于(yu)屏蔽中(zhong)(zhong)子(zi)輻照的(de)防護板,是(shi)高硼不(bu)(bu)銹(xiu)鋼制(zhi)作(zuo)(zuo)的(de);各種管道及(ji)聯系構(gou)件也都是(shi)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼制(zhi)作(zuo)(zuo)的(de)······因(yin)此可以說,除了燃料(liao)元件和石(shi)墨反(fan)(fan)射體(ti)之外(wai),原子(zi)能反(fan)(fan)應(ying)堆(dui)里幾(ji)乎(hu)是(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)世界。
反應堆內產生的(de)熱(re)量由(you)壓力水導出(chu),通過熱(re)蒸(zheng)(zheng)發器產生高(gao)壓過熱(re)蒸(zheng)(zheng)汽用以發電。這里(li)輸送壓力水的(de)管路系統要求(qiu)用高(gao)溫強(qiang)度較高(gao)的(de)含鉬(mu)、氮不(bu)銹鋼(gang),而蒸(zheng)(zheng)發器則要根據不(bu)同情況使用雙相不(bu)銹鋼(gang)、鐵鎳基合金及鎳基合金等。
核(he)反應堆(dui)(dui)的(de)后處理(li)階段所接(jie)觸到的(de)腐蝕(shi)性介(jie)質不僅(jin)多種多樣,而(er)且對設(she)備的(de)要求更(geng)為苛刻。同(tong)時(shi)(shi)為了確保反應堆(dui)(dui)安全生產,防(fang)止放(fang)射性物質泄露,對結構材料的(de)性能、質量要求也特別高。去除(chu)燃料包殼和(he)溶解燃料芯(xin)要用腐蝕(shi)性極強的(de)混(hun)合(he)酸(suan),如硝(xiao)(xiao)酸(suan)-氫氟酸(suan)、硝(xiao)(xiao)酸(suan)-鹽酸(suan)、硫酸(suan)-氫氟酸(suan)或氫氟酸(suan)-氟化物等(deng),這時(shi)(shi)設(she)備材料常用含有鉻、鉬及(ji)鋼等(deng)多種合(he)金(jin)元素(su)的(de)鎳基合(he)金(jin)。在隨后進(jin)行的(de)排除(chu)放(fang)射性廢物、萃取有用的(de)核(he)燃料及(ji)放(fang)射性產品等(deng)一(yi)系列(lie)化工處理(li)中,也要用大(da)量高合(he)金(jin)的(de)鎳鉻鉬銅(tong)不銹鋼。
另(ling)外,核反應堆后處(chu)理(li)階段還有很多“清潔”設備(bei),一般在(zai)弱(ruo)腐蝕性環境中使(shi)用(yong),但要求不生銹,不容許(xu)有腐蝕產物,容易清理(li)。這(zhe)類(lei)設備(bei)多采(cai)用(yong)較(jiao)廉價(jia)的鐵素體不銹鋼。
總(zong)之,原(yuan)子能(neng)工業的(de)發(fa)展與不(bu)銹鋼(gang)(gang)技術的(de)進步有極為密切的(de)關系。隨著(zhu)我國原(yuan)子能(neng)發(fa)電(dian)事業的(de)迅速(su)發(fa)展,不(bu)銹鋼(gang)(gang)在(zai)其(qi)中(zhong)將(jiang)會(hui)作(zuo)出越來越大(da)的(de)貢獻。