1 核島用金屬材料概述
不同（tóng）堆（duī）型，其結構和用途（tú）雖（suī）有所不同，但實現可控（kòng）製核裂變反應的過程是相同的，都需要燃料元件、堆（duī）內（nèi）構件、控製棒、反射層、冷卻劑和慢化劑（快堆除外)以（yǐ）及包容它們的壓力容器或壓力管道等，因而需要各種各樣的材料來製（zhì）造相關部件，以實現核能向熱能、熱能向電能的安全、高效率（lǜ）的（de）轉化。
按照相關設備部件服（fú）役工況或使用功能（néng）的不同，核電設備可分為核一級、核二（èr）級、核三級和非核級。有核級要求的設備，一般即稱其所用（yòng）材料為核電關鍵材料。
核電常用的關鍵材料大體可分為碳鋼、不鏽鋼和特殊（shū）合金（jīn），若進一步細分，則有碳(錳)鋼、低合（hé）金鋼、不鏽鋼、鋯合金、鈦（tài）鋁（lǚ）合金和鎳基合（hé）金等（děng），按（àn）品種則有鑄鍛件、板、管、圓鋼、焊材等等
核反應堆（duī）的發展，從開始就包括（kuò）了（le）材料的開發與（yǔ）優化，材料的發展很大程度上決定了核反應堆發展的成（chéng）熟度（dù）。因（yīn）為（wéi）核電具有新的熱傳導條件及特殊的環境（jìng）條件，如輻照（zhào）或冷卻劑腐蝕等，要求所用材料必須能適合（hé）這些應用條件；強調（diào）材料的另一原因（yīn）是，核電站（zhàn）係統比常（cháng）規（guī）電站有更高（gāo）的安全要求。
由於（yú）我國目前正在建造的主要（yào）是第二代成熟的（de）1000MW壓水堆核電站，同時（shí）也（yě）在通過技術引進並吸收國外先進技術以發展先進（jìn）的第三代1000MW堆核電站。因此（cǐ），本文以壓水堆核電站為例，對其不同設備的（de）用材做一簡單介紹。
在壓水堆核島中，主要（yào）設備除（chú）反（fǎn）應堆及壓力容（róng）器外，還有蒸汽發生器、反應堆冷卻劑主泵機組、穩（wěn）壓（yā）器及主管道等。由於這些部件在核島內的位（wèi）置、作用和工況不同，故材料的使用要求和環境條件也不盡（jìn）相同，不同程度地存在輻照或酸腐蝕等；不僅要考（kǎo）慮常規的一些要求（qiú）(如強度、韌性、焊接性能和冷熱加（jiā）工性能)，而且須考慮輻照帶來的組織、性能、尺寸等變化，如晶間（jiān）腐蝕、應力（lì）腐蝕、低應力脆斷、材料間的相容性、與介質的相容性以及經濟可（kě）行性等。
為便（biàn）於從它們的（de）服（fú）役特點中理解每（měi）個部件的功能、選擇依據，下麵（miàn）將壓水反應堆核島內（nèi）重要金屬部件的工況、要求以（yǐ）及它們的所用材（cái）料體係簡述如下。
包殼是指裝載燃料芯體的密封外殼。其作用是防止裂變產物逸出和（hé）避免燃料受（shòu）冷卻劑的腐蝕以及有效地導出熱能，在長期運行的條件下不使放射性裂變物逸出。
工況最（zuì）為苛刻：內受裂變（biàn）產物、外受冷卻劑腐蝕和溫度、壓力的作用，並受到強烈的中子輻射和冷卻劑的衝刷、振動以及內應力（lì）、熱循環(開、停堆時)應力（lì）和燃料（liào）腫脹等作用。
因而，包殼材料應有以下性能：熱中子吸收截麵小、感生放射（shè）性小、半衰期短、強度（dù）高、塑韌性好、抗腐蝕性強、對晶間（jiān）應力腐蝕和吸氫不敏感；熱強性能、熱（rè）穩定性和抗輻（fú）照（zhào）性能好；導熱率高、熱膨脹係數小，與燃料（liào）和冷卻劑相容性好；易於（yú）加工（gōng）、便於焊接和成（chéng）本低。
適宜作（zuò）為包殼的材料主要（yào）有：鋁及鋁合金、鎂合金、鋯合金和奧氏體不鏽鋼以及高密度熱解碳。
在壓水堆中，主要采用了鋯合金。這是因（yīn）為其熱中子吸收截麵小、導熱率高、力學性能好（hǎo），具有良好的加工性能以及與二氧化鈾有較好的相容性，尤其（qí）對高溫（wēn）水及水蒸汽也有良好的抗腐（fǔ）蝕性和熱強性
3.堆內構件材料
在壓水堆中除了反應堆（duī）壓力容器和（hé）燃料組件及相關的組件以外的均為堆內構件如壓緊板、導向筒、吊籃圍板、流量分配板、上下柵格組件等。
作用有（yǒu）：支撐燃料組件及精確定位、為控製棒及堆（duī）芯測量裝置和輻照監督（dū）和提供支撐和導向（xiàng）、合理分配冷卻劑流和減少壓力（lì）容器內（nèi）表麵的中子注量。
工作環境：麵對活性區、受到冷卻（què）劑衝刷和高溫、高壓作（zuò）用。
堆內構件用材應度具有強度高、塑韌性好、高（gāo）溫性能好、中子吸收截麵和中（zhōng）子俘（fú）獲（huò）截麵以及（jí）感（gǎn）生放射性小、抗腐蝕性、抗輻照性能好（hǎo）並與冷卻劑相容好，導熱率高、熱膨脹係數小，易於加工、便於（yú）焊接和（hé）戚本低。
適合（hé）於壓水堆內構件（jiàn）用材料要為奧氏體不鏽鋼以及部分鎳基合金。
4.反應堆回路材料
壓（yā）水（shuǐ）反應堆的回（huí）路管道是維持和約束冷卻劑循環流動的通道。
作（zuò）用：封閉高（gāo）溫、高（gāo）壓和帶強放射性的冷卻劑、對反應堆安全和正常運行（háng）起保障作（zuò）用。
回路管道（dào）用材料應備具有如下性能：抗應（yīng）力腐蝕、晶間腐蝕和均勻腐蝕的能力強，基體組織穩定、夾雜物少、具有足夠強度、塑（sù）性和熱強性能，鑄鍛造和焊接性能好、生產工藝成熟、成本低、有類似的使用經驗（yàn），Co含量（liàng）盡量低。
適合於壓水堆回路管道的主要材料為奧氏體不鏽鋼。
5.反應堆壓力容器材（cái）料
反應堆堆壓力容器是裝載堆芯（xīn）、支（zhī）撐堆內所構件和容納回路冷卻劑並維持其壓力的堆本體承壓殼體。
它是由上、下封頭和筒體組成（chéng）；它與一回路管道共同組成冷卻劑力邊界；還具（jù）有密封放射性、阻止裂變產物逸散的功能。
對反應堆壓力容器用材要求：強度高、塑韌性好、抗輻照性（xìng）能和抗腐蝕性強、與（yǔ）冷卻劑相（xiàng）容性好；純淨度高、偏析和（hé）夾雜物少（shǎo）、晶粒（lì）細小、組織穩（wěn）定；易於進行冷熱（rè）加(包括焊接和淬透性好)；成本低、高溫高壓下使用經驗豐富。
反應堆壓力容器，目前國內外（wài）廣泛采用的A508III(Gr.3C1.1)、16MND5，內壁堆焊不鏽鋼。
蒸汽發生器是（shì）將壓水堆一回路的熱能傳遞給二回路介質以產生蒸汽的（de）熱交換設備，一般采用帶汽水分器的飽和式自然循環蒸汽發生器。一（yī）般為管殼式，由簡體、管板、汽水分（fèn）離（lí）器及外殼容器、傳熱管（guǎn）等部（bù）件組成。
蒸（zhēng）汽發生器傳熱管（guǎn）為壓水堆核電站中的核心部件，起著一、二回路的能量交換（huàn）的重要作用（yòng），並對一回路壓力邊界完整性（xìng）有重大影響。
傳熱管在特定結構和介質條件下，承受高溫、高壓和管子內外的壓差以及腐蝕、水力振動等工況的作用（yòng），容易造成各種類型的腐蝕和應力腐蝕破壞。
傳熱管應（yīng）具有：熱強性、熱穩定性（xìng）和焊接性好；基體（tǐ）組織穩定、導熱率高、熱（rè）膨脹係（xì）數小；抗均勻腐蝕和局部腐蝕能（néng）力強；具有足夠的（de）塑性和韌性以適應彎（wān）管、脹管的加工和抗振動。
蒸汽發器的筒體管板一般采用反應堆壓力容器相同（tóng）或相近的材料（liào），如A508III(Gr.3C1.1)、18MND5，其它一些部（bù）件如（rú）分離器則采用（yòng）碳(錳)鋼或低合金鋼等。
