目前，國內(nèi)外核電廠和核動(dòng)力艦船用的核反應(yīng)堆，主要堆型是以高溫（280~350℃）和高壓（80~185atm，1atm=101325Pa）水為工作介質(zhì)的壓水堆和沸水堆，由于這些核反應(yīng)堆對(duì)機(jī)構(gòu)材料的特殊要求，即穩(wěn)定性要高；感生放射性要低；中子吸收截面要小。因此，與核反應(yīng)堆工作介質(zhì)相接觸一回路烯烴的設(shè)備、構(gòu)件和管件等均選用鉻鎳奧氏體不銹鋼和具有奧氏體組織的少量高鎳耐蝕合金。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一座100萬千瓦的大型壓水堆核電廠，核反應(yīng)堆本體、堆內(nèi)構(gòu)件、主管道和蒸發(fā)器等便需要2000多噸不銹鋼板材、棒、管材和鍛件，但不包括為了承受核反應(yīng)堆內(nèi)的高壓，而采用的低合金高強(qiáng)度鋼壓力殼內(nèi)側(cè)所堆焊的大量用于高溫水腐蝕的鉻鎳奧氏體不銹鋼。人們常說核反應(yīng)堆是用不銹鋼“堆”出來的，一點(diǎn)都不夸大。
由于鉻鎳奧氏體不銹鋼具有面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體組織，即使在堆內(nèi)高中子通量的作用下，一般也不會(huì)有脆化的危險(xiǎn)，因此它們都具有高的核穩(wěn)定性；由于鉻鎳奧氏體不銹鋼與又具有優(yōu)良的耐蝕性和對(duì)其化學(xué)成分、所含雜質(zhì)的嚴(yán)格控制以及高表面光潔度等的要求，在核反應(yīng)堆長期運(yùn)行過程中，這些不銹鋼的腐蝕所產(chǎn)生釋放率也很低，所感生的發(fā)射線也比較少；又由于對(duì)核反應(yīng)堆用不銹鋼中所含的、對(duì)中子吸收截面大的鈷、硼等元素的嚴(yán)格控制，所以核反應(yīng)堆所用不銹鋼也具備中子吸收截面要小的條件。
因此，核級(jí)不銹鋼系能滿足核反應(yīng)堆對(duì)結(jié)構(gòu)材料三個(gè)特殊要求的不銹鋼。由于鉻鎳奧氏體不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)和耐蝕性已可滿足前兩個(gè)要求，因此，人們對(duì)用于核反應(yīng)堆不銹鋼的注意力就集中在了鋼中的鈷、硼等元素的含量上，這些也是核級(jí)鉻鎳奧氏體不銹鋼與非核級(jí)鉻鎳奧氏體不銹鋼最主要和最重要的區(qū)別。
表1列出了國內(nèi)外壓水核反應(yīng)堆內(nèi)、外所用核級(jí)鉻鎳奧氏體不銹鋼牌號(hào)和鋼中鈷量應(yīng)控制的極限值，對(duì)核反應(yīng)堆芯用核級(jí)不銹鋼中的含硼量，一般要求應(yīng)＜0.0015%或＜0.0018%。
表1.國內(nèi)外壓水堆一回路系統(tǒng)用核級(jí)不銹鋼牌號(hào)和含鈷量的極限值
表1所列入的0Cr18Ni10Ti，除俄羅斯大量選用外，我國自俄羅斯引進(jìn)的核電站壓水堆也應(yīng)用此牌號(hào)，而國內(nèi)其他核反應(yīng)堆和國外其他國家的核電站壓水堆均選用304NG（控氮0Cr18Ni10）和316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）。
開發(fā)304NG（控氮0Cr18Ni10）和316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）的依據(jù)：
國外曾發(fā)生輕水堆（包括壓水堆和沸水堆）用的304和316不銹鋼構(gòu)件產(chǎn)生的晶間腐蝕斷裂事故。為了提高鋼的耐晶間腐蝕和耐晶間應(yīng)力腐蝕的性能，需降低鋼中C量≤0.03%（法國降到0.035%）；為了彌補(bǔ)降碳而導(dǎo)致的304和316鋼的強(qiáng)度的下降，可借加入氮，通過其固溶強(qiáng)化來彌補(bǔ)，但為了防止加氮過高，又需作為新牌號(hào)重新申請(qǐng)并得到批準(zhǔn)才能進(jìn)入實(shí)際工程應(yīng)用的麻煩，選擇了將氮量控制在現(xiàn)行304和316所允許的氮量范圍（0.10%），開發(fā)
了304NG（控氮0Cr18Ni10）和316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）。
表2.中、法、美、日304NG（控氮0Cr18Ni10）和316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）鋼的化學(xué)成分
304NG（控氮0Cr18Ni10）和316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）的力學(xué)性能分別列入表3和4中
表3.304NG（控氮0Cr18Ni10）的力學(xué)性能
表4.316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）的力學(xué)性能
耐蝕性和腐蝕產(chǎn)物釋放速率如下。
圖5.在高溫水中304NG（控氮0Cr18Ni10）的耐蝕性和腐蝕產(chǎn)物的釋放速率
可以看出，304NG（控氮0Cr18Ni10）的腐蝕率和腐蝕產(chǎn)物釋放速率均低于0Cr18Ni10Ti（321），這表明304NG（控氮0Cr18Ni10）的耐蝕性優(yōu)于0Cr18Ni10Ti（321）。
一些試驗(yàn)還指出，304NG（控氮0Cr18Ni10）的耐晶間腐蝕良好，沒有晶間腐蝕傾向，耐點(diǎn)蝕和氯化物應(yīng)力腐蝕的性能則均優(yōu)于0Cr18Ni10Ti。表6，列出了點(diǎn)蝕試驗(yàn)結(jié)果。從表6中可知，304NG（控氮0Cr18Ni10）的耐點(diǎn)蝕遠(yuǎn)優(yōu)于0Cr18Ni10Ti，這與0Cr18Ni10Ti鋼的鈦可形成TiN等非金屬夾雜物，引起鋼耐點(diǎn)蝕性劣化有關(guān)。
表6.304NG（控氮0Cr18Ni10）的耐點(diǎn)蝕性能
圖7.在高溫水中，316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）的耐蝕性和腐蝕產(chǎn)物釋放量
同樣可以看出316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）和腐蝕產(chǎn)物的釋放量也均較0Cr18Ni10Ti為低。
一些試驗(yàn)還表明，由于少量的氮加入，316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）的耐晶間腐蝕、耐點(diǎn)蝕和耐應(yīng)力腐蝕性能也均優(yōu)于0Cr18Ni10Ti。
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