反應堆內(nèi)不銹鋼材應用

對用于反應堆內(nèi)設(shè)備和再循環(huán)系統(tǒng)配管的材料，除要求力學性能、焊接性和加工性之外，還要有對使用環(huán)境的耐蝕性。特別是因在堆芯周邊受到中子和γ射線的輻射，故須考慮材料特性隨時間的變化及耐蝕性的變化。堆內(nèi)設(shè)備用材主要為316系和304系低碳奧氏體無錫不銹鋼，對設(shè)備形狀和材料強度無特殊要求時，一直使用熱軋材;對復雜形狀部件則一直使用SCS19A、SCS16A等奧氏體系不銹鑄鋼。另外，對螺栓和銷子等要求強度的部件，一直使用固溶強化型無錫不銹鋼GXM1等。配管一般使用無縫不銹鋼管，管臺等特殊形狀的配管部位一直使用鍛鋼件。即使在堆內(nèi)設(shè)備和再循環(huán)系配管以外的設(shè)備中，使用材料也要求具備同樣的特性。

　　對用于堆內(nèi)設(shè)備和再循環(huán)系配管的無錫不銹鋼，進行材料和制造方法的選定時，應特別注意如何抑制應力腐蝕裂紋和減少輻射的影響。上世紀70年代，在BWR的SUS304焊接熱影響部發(fā)生了IGSCC（晶界型應力腐蝕裂紋）。這是因焊接熱影響而在晶界析出了Cr的碳化物，伴隨形成了沿晶界附近的耐蝕性低的貧Cr層，即IGSCC起因于敏化作用。其后一直采用降低了碳含量的低碳無錫不銹鋼，以防止這種敏化型裂紋的產(chǎn)生。但對于要求強度的構(gòu)件，為彌補因碳含量下降造成的強度低下，開發(fā)了加入0.1％N的原子能用不銹鋼SUS316NG和SUS304NG。

　　近年，在BWR的低碳不銹鋼制的核反應堆芯護罩及再循環(huán)系配管上確認了IGSCC的產(chǎn)生。查明這不是敏化型SCC(應力腐蝕裂紋)，而是冷加工引起材料硬化，且因焊接和表面強加工存在的拉伸殘余應力引發(fā)的非敏化型SCC。因此，對反應堆內(nèi)設(shè)備在制造階段的不銹鋼材的斷面收縮率和硬度變化強化了管理，對用砂輪機磨削的表面強加工部位進行了研磨等表面精加工，并在發(fā)生焊接殘余應力部位，采用拉伸殘余應力降低技術(shù)(包括將配管內(nèi)側(cè)的焊接部進行應力壓縮化的高頻加熱應力改善法和利用表面噴丸處理的殘余應力減低法)。最近，以減少原來將不銹鋼軋制板彎曲、焊接制造的反應堆芯護罩焊接線為目標，也采用了鍛造加工護罩;而且，為從環(huán)境方面緩和反應堆用水的腐蝕作用而注入了氫。

　　從減低設(shè)備遭受輻射的觀點，為將59Co吸收中子而生成的60Co限制到最小限度，須對使用不銹鋼的原材料中混入的Co（鈷）雜質(zhì)進行嚴格的限制。在反應堆內(nèi)設(shè)備和再循環(huán)系統(tǒng)配管以外的設(shè)備，如閥門軸桿、各種泵的葉輪(轉(zhuǎn)子)、軸等，使用了高強度、耐磨性優(yōu)良的SUS403、SUS431等馬氏體系不銹鋼和SCS1等鑄鋼；而且，在要求高強度、耐磨性的部件上，使用了沉淀強化型不銹鋼SUS630。另外，游離水分分離加熱器導熱管使用了導熱系數(shù)高、且耐熱性也優(yōu)良的SUS410Ti等鐵素體系不銹鋼。配管材料雖一直使用碳素鋼，但在要求高耐蝕性的部位和可能發(fā)生流動助長腐蝕(FAC)的部位，則一直使用低合金鋼和奧氏體系不銹鋼。