不銹鋼在原子能工業(yè)中的應用

 當今世界，原子能對于人們來說已經(jīng)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(yè)的發(fā)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(yè)的幾個主要環(huán)節(jié)談起。粗略地說，原子能工業(yè)由三大環(huán)節(jié)組成，核心環(huán)節(jié)是核反應堆。另一個環(huán)節(jié)在反應堆之前，稱為前處理系統(tǒng)，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(huán)節(jié)在反應堆之后，稱為后處理系統(tǒng)，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(zhì)，回收未“燒完”的核燃料。

 上述的每一個環(huán)節(jié)，如果沒有各種不銹鋼制的裝置或設(shè)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(zhuǎn)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(shè)備中進行。這些設(shè)備或構(gòu)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(zhì)，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(shè)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(shè)備常用的材料。

 反應堆中的情況與前處理階段有所不同。以目前最常用的加壓水反應堆為例，堆內(nèi)構(gòu)件主要受高溫高壓水的腐蝕。此外，堆心部分的結(jié)構(gòu)材料還要受到強烈的中子輻照，雖然腐蝕環(huán)境不算苛刻，但要求材料的使用壽命長、安全度高，不容許有腐蝕產(chǎn)物的沾污。因此，這里到處都離不開不銹鋼，起支撐、固定作用的骨架、格柵等是用超低碳奧氏體不銹鋼制作的；卸料用的脈沖管和固定管系的螺釘（一個不太大的反應堆中要用幾千個）是用奧氏體－鐵素體雙相不銹鋼制作的；用于屏蔽中子輻照的防護板，是高硼不銹鋼制作的；各種管道及聯(lián)系構(gòu)件也都是奧氏體不銹鋼制作的······因此可以說，除了燃料元件和石墨反射體之外，原子能反應堆里幾乎是不銹鋼的世界。

反應堆內(nèi)產(chǎn)生的熱量由壓力水導出，通過熱蒸發(fā)器產(chǎn)生高壓過熱蒸汽用以發(fā)電。這里輸送壓力水的管路系統(tǒng)要求用高溫強度較高的含鉬、氮不銹鋼，而蒸發(fā)器則要根據(jù)不同情況使用雙相不銹鋼、鐵鎳基合金及鎳基合金等。

 核反應堆的后處理階段所接觸到的腐蝕性介質(zhì)不僅多種多樣，而且對設(shè)備的要求更為苛刻。同時為了確保反應堆安全生產(chǎn)，防止放射性物質(zhì)泄露，對結(jié)構(gòu)材料的性能、質(zhì)量要求也特別高。去除燃料包殼和溶解燃料芯要用腐蝕性極強的混合酸，如硝酸－氫氟酸、硝酸－鹽酸、硫酸－氫氟酸或氫氟酸－氟化物等，這時設(shè)備材料常用含有鉻、鉬及鋼等多種合金元素的鎳基合金。在隨后進行的排除放射性廢物、萃取有用的核燃料及放射性產(chǎn)品等一系列化工處理中，也要用大量高合金的鎳鉻鉬銅不銹鋼。

 另外，核反應堆后處理階段還有很多“清潔”設(shè)備，一般在弱腐蝕性環(huán)境中使用，但要求不生銹，不容許有腐蝕產(chǎn)物，容易清理。這類設(shè)備多采用較廉價的鐵素體不銹鋼。

 總之，原子能工業(yè)的發(fā)展與不銹鋼技術(shù)的進步有極為密切的關(guān)系。隨著我國原子能發(fā)電事業(yè)的迅速發(fā)展，不銹鋼在其中將會作出越來越大的貢獻。