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)應(ying)(ying)堆(dui)中的(de)情(qing)況與前處理階段有(you)所不(bu)同。以目(mu)前最常用(yong)(yong)的(de)加壓(ya)(ya)水(shui)反(fan)應(ying)(ying)堆(dui)為例,堆(dui)內構(gou)件主要受高溫(wen)高壓(ya)(ya)水(shui)的(de)腐(fu)蝕。此外(wai),堆(dui)心(xin)部分的(de)結構(gou)材料(liao)還要受到強烈(lie)的(de)中子輻照,雖然(ran)腐(fu)蝕環境(jing)不(bu)算(suan)苛刻,但要求材料(liao)的(de)使(shi)用(yong)(yong)壽命(ming)長(chang)、安全度高,不(bu)容許有(you)腐(fu)蝕產物(wu)的(de)沾污。因(yin)此,這里(li)到處都離不(bu)開不(bu)銹(xiu)鋼(gang),起支(zhi)撐(cheng)、固定作(zuo)用(yong)(yong)的(de)骨架(jia)、格柵等是(shi)(shi)用(yong)(yong)超低碳奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)制作(zuo)的(de);卸(xie)料(liao)用(yong)(yong)的(de)脈(mo)沖(chong)管和固定管系的(de)螺釘(一個(ge)不(bu)太大的(de)反(fan)應(ying)(ying)堆(dui)中要用(yong)(yong)幾千個(ge))是(shi)(shi)用(yong)(yong)奧(ao)氏(shi)體(ti)-鐵素體(ti)雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)制作(zuo)的(de);用(yong)(yong)于(yu)屏蔽中子輻照的(de)防護板(ban),是(shi)(shi)高硼不(bu)銹(xiu)鋼(gang)制作(zuo)的(de);各種管道及聯系構(gou)件也(ye)都是(shi)(shi)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)制作(zuo)的(de)······因(yin)此可以說(shuo),除(chu)了燃料(liao)元件和石(shi)墨反(fan)射體(ti)之(zhi)外(wai),原子能(neng)反(fan)應(ying)(ying)堆(dui)里(li)幾乎是(shi)(shi)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)世界。
反應堆(dui)內產(chan)生(sheng)的(de)(de)熱(re)量由壓力(li)水導出,通(tong)過熱(re)蒸(zheng)發(fa)器產(chan)生(sheng)高壓過熱(re)蒸(zheng)汽用(yong)以發(fa)電。這(zhe)里(li)輸送壓力(li)水的(de)(de)管路系統要求用(yong)高溫強度較高的(de)(de)含鉬(mu)、氮不銹鋼(gang),而(er)蒸(zheng)發(fa)器則要根據不同情(qing)況使用(yong)雙相(xiang)不銹鋼(gang)、鐵鎳(nie)基(ji)合(he)(he)金及鎳(nie)基(ji)合(he)(he)金等。
核(he)反應堆的(de)(de)后(hou)(hou)處(chu)理階段所接觸到(dao)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)性(xing)介(jie)質(zhi)不(bu)僅多(duo)種(zhong)多(duo)樣,而(er)且對設備的(de)(de)要(yao)求(qiu)更為苛刻(ke)。同時(shi)為了(le)確保反應堆安(an)全生產,防止放射性(xing)物(wu)質(zhi)泄露,對結構材料的(de)(de)性(xing)能、質(zhi)量要(yao)求(qiu)也特別高(gao)。去除(chu)燃料包殼(ke)和溶解(jie)燃料芯要(yao)用(yong)(yong)(yong)腐(fu)蝕(shi)性(xing)極(ji)強(qiang)的(de)(de)混合(he)酸(suan)(suan)(suan),如硝酸(suan)(suan)(suan)-氫氟酸(suan)(suan)(suan)、硝酸(suan)(suan)(suan)-鹽酸(suan)(suan)(suan)、硫酸(suan)(suan)(suan)-氫氟酸(suan)(suan)(suan)或(huo)氫氟酸(suan)(suan)(suan)-氟化(hua)(hua)物(wu)等,這時(shi)設備材料常用(yong)(yong)(yong)含有鉻、鉬(mu)及鋼(gang)等多(duo)種(zhong)合(he)金元素的(de)(de)鎳基合(he)金。在隨后(hou)(hou)進(jin)行的(de)(de)排除(chu)放射性(xing)廢物(wu)、萃取有用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)核(he)燃料及放射性(xing)產品等一系列化(hua)(hua)工處(chu)理中,也要(yao)用(yong)(yong)(yong)大量高(gao)合(he)金的(de)(de)鎳鉻鉬(mu)銅不(bu)銹鋼(gang)。
另外(wai),核反(fan)應(ying)堆后處理階(jie)段還(huan)有很多“清(qing)潔”設(she)備,一般(ban)在弱腐蝕性環境中使用,但(dan)要求不(bu)生銹,不(bu)容(rong)許有腐蝕產物,容(rong)易清(qing)理。這類(lei)設(she)備多采用較廉價的鐵(tie)素體不(bu)銹鋼(gang)。
總之,原(yuan)(yuan)子能(neng)工業的發展與(yu)不(bu)銹(xiu)鋼技術的進步有極為密切的關系。隨著我國(guo)原(yuan)(yuan)子能(neng)發電事業的迅速發展,不(bu)銹(xiu)鋼在(zai)其中將會作出越來越大的貢獻。