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(fan)(fan)應堆中(zhong)的(de)(de)(de)(de)情況與(yu)前處(chu)理階段(duan)有所不(bu)同(tong)。以(yi)目前最(zui)常用(yong)的(de)(de)(de)(de)加(jia)壓水反(fan)(fan)應堆為例,堆內構件(jian)主要受高(gao)溫高(gao)壓水的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)。此外,堆心部分的(de)(de)(de)(de)結構材料還(huan)要受到強烈的(de)(de)(de)(de)中(zhong)子(zi)輻(fu)照(zhao),雖然腐蝕(shi)環境(jing)不(bu)算苛刻,但要求材料的(de)(de)(de)(de)使用(yong)壽命長、安全度高(gao),不(bu)容許有腐蝕(shi)產物的(de)(de)(de)(de)沾污。因(yin)此,這(zhe)里到處(chu)都(dou)離(li)不(bu)開不(bu)銹鋼,起支撐、固定作用(yong)的(de)(de)(de)(de)骨架、格柵等是用(yong)超低碳(tan)奧氏體不(bu)銹鋼制(zhi)作的(de)(de)(de)(de);卸料用(yong)的(de)(de)(de)(de)脈沖管和固定管系的(de)(de)(de)(de)螺釘(一個不(bu)太大(da)的(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)應堆中(zhong)要用(yong)幾千個)是用(yong)奧氏體-鐵(tie)素體雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼制(zhi)作的(de)(de)(de)(de);用(yong)于屏蔽中(zhong)子(zi)輻(fu)照(zhao)的(de)(de)(de)(de)防護板,是高(gao)硼不(bu)銹鋼制(zhi)作的(de)(de)(de)(de);各種管道(dao)及聯系構件(jian)也都(dou)是奧氏體不(bu)銹鋼制(zhi)作的(de)(de)(de)(de)······因(yin)此可以(yi)說(shuo),除(chu)了燃料元件(jian)和石墨反(fan)(fan)射體之外,原子(zi)能反(fan)(fan)應堆里幾乎是不(bu)銹鋼的(de)(de)(de)(de)世界。
反應(ying)堆內產生的(de)熱量(liang)由(you)壓力水(shui)(shui)導出,通(tong)過熱蒸發(fa)器產生高壓過熱蒸汽用以(yi)發(fa)電。這里輸送壓力水(shui)(shui)的(de)管(guan)路系統要(yao)求用高溫強度較高的(de)含鉬、氮不(bu)(bu)銹鋼,而蒸發(fa)器則要(yao)根據不(bu)(bu)同情況使用雙相不(bu)(bu)銹鋼、鐵(tie)鎳基合金(jin)及鎳基合金(jin)等。
核反應(ying)(ying)堆的(de)后(hou)處理階(jie)段所接觸到的(de)腐蝕性(xing)介質不僅多(duo)(duo)種多(duo)(duo)樣,而且對設備(bei)的(de)要求(qiu)更為(wei)苛刻(ke)。同時為(wei)了確保反應(ying)(ying)堆安全生產,防(fang)止放(fang)射性(xing)物(wu)質泄(xie)露,對結構(gou)材料(liao)(liao)的(de)性(xing)能、質量(liang)要求(qiu)也特別高。去除燃(ran)料(liao)(liao)包殼(ke)和溶解燃(ran)料(liao)(liao)芯要用(yong)腐蝕性(xing)極強的(de)混合(he)酸(suan)(suan)(suan)(suan),如硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)-氫氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)、硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)-鹽酸(suan)(suan)(suan)(suan)、硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)-氫氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)或氫氟(fu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)-氟(fu)化物(wu)等(deng),這時設備(bei)材料(liao)(liao)常用(yong)含有(you)鉻、鉬及鋼等(deng)多(duo)(duo)種合(he)金元素的(de)鎳基合(he)金。在(zai)隨(sui)后(hou)進(jin)行的(de)排除放(fang)射性(xing)廢物(wu)、萃取有(you)用(yong)的(de)核燃(ran)料(liao)(liao)及放(fang)射性(xing)產品等(deng)一系列化工處理中,也要用(yong)大(da)量(liang)高合(he)金的(de)鎳鉻鉬銅不銹鋼。
另外,核反(fan)應(ying)堆后處理(li)階段還有很(hen)多“清潔”設備,一般在弱腐(fu)蝕(shi)性環境中(zhong)使用(yong),但要求不生銹(xiu),不容許有腐(fu)蝕(shi)產(chan)物(wu),容易(yi)清理(li)。這(zhe)類設備多采(cai)用(yong)較廉價(jia)的鐵(tie)素體不銹(xiu)鋼(gang)。
總(zong)之,原(yuan)子能工(gong)業的(de)(de)發展與(yu)不銹(xiu)鋼技(ji)術的(de)(de)進(jin)步有極為密切的(de)(de)關系。隨著(zhu)我國原(yuan)子能發電(dian)事業的(de)(de)迅速發展,不銹(xiu)鋼在其中將會作出越來越大的(de)(de)貢獻。