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(jin),是制造這類設備常用的材料。
反(fan)(fan)(fan)應堆中的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)與前(qian)處理(li)階(jie)段有所不(bu)(bu)同。以(yi)目前(qian)最常用(yong)的(de)(de)(de)(de)加壓(ya)水反(fan)(fan)(fan)應堆為例(li),堆內構件(jian)(jian)主要(yao)(yao)受(shou)高(gao)溫高(gao)壓(ya)水的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)。此(ci)(ci)(ci)外,堆心部分的(de)(de)(de)(de)結(jie)構材(cai)料還要(yao)(yao)受(shou)到強烈的(de)(de)(de)(de)中子(zi)輻照(zhao),雖(sui)然(ran)腐(fu)蝕(shi)環(huan)境不(bu)(bu)算苛刻(ke),但要(yao)(yao)求材(cai)料的(de)(de)(de)(de)使用(yong)壽命(ming)長、安(an)全度高(gao),不(bu)(bu)容許有腐(fu)蝕(shi)產物的(de)(de)(de)(de)沾污。因此(ci)(ci)(ci),這里(li)到處都離不(bu)(bu)開不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang),起支撐、固定作用(yong)的(de)(de)(de)(de)骨架、格柵(zha)等是(shi)(shi)(shi)用(yong)超低碳(tan)奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)制(zhi)(zhi)作的(de)(de)(de)(de);卸料用(yong)的(de)(de)(de)(de)脈沖(chong)管(guan)和固定管(guan)系的(de)(de)(de)(de)螺釘(ding)(一個不(bu)(bu)太大(da)的(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)應堆中要(yao)(yao)用(yong)幾千個)是(shi)(shi)(shi)用(yong)奧(ao)氏體(ti)(ti)-鐵素體(ti)(ti)雙相不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)制(zhi)(zhi)作的(de)(de)(de)(de);用(yong)于屏蔽中子(zi)輻照(zhao)的(de)(de)(de)(de)防護板,是(shi)(shi)(shi)高(gao)硼不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)制(zhi)(zhi)作的(de)(de)(de)(de);各種管(guan)道及聯系構件(jian)(jian)也都是(shi)(shi)(shi)奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)制(zhi)(zhi)作的(de)(de)(de)(de)······因此(ci)(ci)(ci)可(ke)以(yi)說,除了燃料元件(jian)(jian)和石墨反(fan)(fan)(fan)射體(ti)(ti)之(zhi)外,原子(zi)能反(fan)(fan)(fan)應堆里(li)幾乎是(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)世界(jie)。
反應(ying)堆內產生的(de)熱量由壓(ya)力水導出,通(tong)過熱蒸(zheng)發器產生高(gao)(gao)(gao)壓(ya)過熱蒸(zheng)汽用(yong)以(yi)發電。這里輸送壓(ya)力水的(de)管路系統要(yao)求用(yong)高(gao)(gao)(gao)溫強度較高(gao)(gao)(gao)的(de)含(han)鉬、氮不銹(xiu)鋼(gang),而(er)蒸(zheng)發器則要(yao)根據不同情況使用(yong)雙(shuang)相不銹(xiu)鋼(gang)、鐵(tie)鎳基合(he)金及鎳基合(he)金等。
核(he)反(fan)應(ying)堆的(de)(de)后處理階段(duan)所接觸到(dao)的(de)(de)腐(fu)蝕性(xing)介(jie)質不僅多種多樣,而且對設備(bei)的(de)(de)要(yao)求更為苛(ke)刻。同時為了確保反(fan)應(ying)堆安全生產(chan),防(fang)止放射性(xing)物(wu)質泄露,對結構材料(liao)的(de)(de)性(xing)能(neng)、質量(liang)要(yao)求也特別高。去除燃(ran)料(liao)包殼(ke)和(he)溶解燃(ran)料(liao)芯要(yao)用(yong)(yong)(yong)腐(fu)蝕性(xing)極強的(de)(de)混合酸(suan),如硝(xiao)酸(suan)-氫(qing)氟酸(suan)、硝(xiao)酸(suan)-鹽酸(suan)、硫酸(suan)-氫(qing)氟酸(suan)或氫(qing)氟酸(suan)-氟化物(wu)等(deng),這時設備(bei)材料(liao)常(chang)用(yong)(yong)(yong)含(han)有鉻、鉬及(ji)鋼等(deng)多種合金元(yuan)素的(de)(de)鎳基合金。在(zai)隨后進行的(de)(de)排(pai)除放射性(xing)廢物(wu)、萃取(qu)有用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)核(he)燃(ran)料(liao)及(ji)放射性(xing)產(chan)品等(deng)一(yi)系列(lie)化工處理中(zhong),也要(yao)用(yong)(yong)(yong)大量(liang)高合金的(de)(de)鎳鉻鉬銅不銹(xiu)鋼。
另外,核反應堆后處理(li)階段(duan)還有很多(duo)“清潔”設(she)備(bei)(bei),一般在弱腐蝕性(xing)環境中使用,但要求不(bu)生銹,不(bu)容(rong)許有腐蝕產物,容(rong)易(yi)清理(li)。這類設(she)備(bei)(bei)多(duo)采用較廉價(jia)的鐵素體不(bu)銹鋼。
總(zong)之,原子能工業的發展(zhan)與(yu)不銹鋼(gang)技術的進步(bu)有極為密切的關系(xi)。隨著(zhu)我國原子能發電事業的迅速發展(zhan),不銹鋼(gang)在其中將會作出越來越大的貢(gong)獻。