不銹鋼在原子能工業中的應用

 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，堆內構件主要受高溫高壓水的腐蝕。此外，堆心部分的結構材料還要受到強烈的中子輻照，雖然腐蝕環境不算苛刻，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；各種管道及聯系構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。

反應堆內產生的熱量由壓力水導出，通過熱蒸發器產生高壓過熱蒸汽用以發電。這里輸送壓力水的管路系統要求用高溫強度較高的含鉬、氮不銹鋼，而蒸發器則要根據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不僅多種多樣，而且對設備的要求更為苛刻。同時為了確保反應堆安全生產，防止放射性物質泄露，對結構材料的性能、質量要求也特別高。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”設備，一般在弱腐蝕性環境中使用，但要求不生銹，不容許有腐蝕產物，容易清理。這類設備多采用較廉價的鐵素體不銹鋼。

 總之，原子能工業的發展與不銹鋼技術的進步有極為密切的關系。隨著我國原子能發電事業的迅速發展，不銹鋼在其中將會作出越來越大的貢獻。