1 核島用金屬材料概述
不同堆型，其結構和用途雖有所（suǒ）不同，但實現（xiàn）可控製核裂變反應的過程是（shì）相同的，都需要燃料元件、堆內（nèi）構件（jiàn）、控製棒、反射層（céng）、冷卻劑和慢化劑（快堆除外)以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造相關部（bù）件，以實現核能向熱能、熱能向電能的安全、高效率的轉化。
按照相關設備部件服役（yì）工況或使用（yòng）功能的不同，核電設（shè）備可分為核一級、核二級、核三級和非核級。有核級要求的設備，一般即稱其（qí）所用材（cái）料為（wéi）核電關鍵材料。
核（hé）電常用的關鍵材料（liào）大體可分為（wéi）碳鋼、不鏽鋼和（hé）特殊合金，若進一步細分（fèn），則有碳(錳)鋼、低合金（jīn）鋼、不鏽鋼、鋯合金、鈦鋁合（hé）金和鎳基（jī）合金等，按品（pǐn）種則有鑄鍛（duàn）件（jiàn）、板、管、圓鋼、焊材等等
核反應堆的發展，從開始就包括了材料的開發與優化，材料的發展很大程度上決定了核反（fǎn）應（yīng）堆（duī）發展的（de）成熟度。因為核電具有新的熱傳（chuán）導（dǎo）條件及特殊的環境（jìng）條件，如輻照或冷卻劑腐蝕（shí）等，要求所用材（cái）料必須能適（shì）合這些應用條件；強調材料的另一原因是，核電站係統比常規電站有更高的安全要（yào）求。
由於我國目前正在建造的主要是第二代成熟的（de）1000MW壓水堆核電站，同時也在通過技術引進並（bìng）吸收國外先進技術以發展（zhǎn）先進的第三代1000MW堆核電站。因此，本文以壓水堆核電站為例，對（duì）其（qí）不同設備的用材做一簡單介紹。
在壓水堆核島中，主要設備除（chú）反應堆及（jí）壓力容器外（wài），還（hái）有蒸汽發生器（qì）、反應堆冷卻劑主泵（bèng）機組、穩壓器及主管道（dào）等。由於這些部件在核（hé）島內的位置、作用和工況不同，故材料的使（shǐ）用要求和環境條件也（yě）不盡相同（tóng），不同程度地存在輻照（zhào）或酸腐（fǔ）蝕（shí）等；不僅要考慮常規的一些（xiē）要求(如強度、韌性、焊接性能和（hé）冷熱加工性能)，而且須考慮輻（fú）照（zhào）帶來（lái）的組織、性能、尺寸等變化，如晶間腐蝕、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行性等。
為便於從它們的服（fú）役特點中理解每個（gè）部件的功能（néng）、選擇依據，下（xià）麵將壓水反應堆核島內重要金屬部件的工況、要求以及它（tā）們的所用材料體（tǐ）係簡述如下。
包（bāo）殼是指裝載燃料芯體的密封外殼。其作用是防止裂（liè）變產物逸出和避免燃料受冷卻劑的腐蝕以及有效（xiào）地導出熱能，在（zài）長（zhǎng）期運行的條（tiáo）件下不使放射性裂變（biàn）物逸出。
工況最（zuì）為苛刻：內受裂變產（chǎn）物、外受冷卻劑腐蝕和（hé）溫度、壓力的作用，並受到強烈的中子（zǐ）輻（fú）射和冷卻（què）劑的衝（chōng）刷、振動以及內應力、熱循環(開、停堆時)應力和燃料腫脹等作用。
因而，包殼材料（liào）應有以下性能（néng）：熱中子吸收截麵小、感生放射性小、半衰期短、強度高、塑韌性好、抗腐蝕性強、對晶間應力腐蝕和吸氫不敏感；熱強性能、熱穩（wěn）定性和抗（kàng）輻照性能好；導熱率高、熱膨脹係數小，與燃料（liào）和冷卻劑相容性好；易於加工、便於焊接和成本低。
適宜作為包殼的材料（liào）主要有：鋁及鋁合金、鎂合金、鋯合金和（hé）奧氏（shì）體不鏽鋼（gāng）以及高密度熱解碳。
在（zài）壓水（shuǐ）堆中（zhōng），主要采用（yòng）了鋯合金。這是因為其熱中子吸收截麵小、導熱率高、力學性能好，具有良（liáng）好的加工性能以及與（yǔ）二（èr）氧化鈾有較好（hǎo）的相容性，尤其對高溫水及水蒸汽也有良好的抗腐蝕性和熱強性（xìng）
3.堆內構件材料
在壓水堆中除了反應堆壓力容器和燃料組（zǔ）件及相關的組（zǔ）件以外的均為堆（duī）內構件如壓緊板、導向（xiàng）筒、吊籃圍板、流量分配板、上（shàng）下柵格組件等。
作用有：支撐燃料組件及精確定位（wèi）、為（wéi）控製棒及堆芯測量裝置和輻照監（jiān）督和（hé）提供支撐和導向、合理（lǐ）分配冷卻劑流和（hé）減少壓（yā）力容器（qì）內表麵的中子注量。
工作環境：麵對活性區、受到冷卻劑衝刷（shuā）和高溫、高壓作用。
堆內構件用材應度具有強度高、塑韌性好、高溫性能好、中（zhōng）子吸收截麵和中子俘獲截麵以及感生放射（shè）性小、抗（kàng）腐蝕性、抗輻照性能好並與冷（lěng）卻劑（jì）相容好，導熱率高、熱膨脹係數小，易於（yú）加工、便於焊接和戚本（běn）低（dī）。
適合於壓水堆（duī）內構件用材料要為奧氏體不鏽鋼以及部分鎳基合金。
4.反應堆回（huí）路材料
壓水（shuǐ）反應堆的回路管道是維持和約（yuē）束（shù）冷卻劑循（xún）環流動的通道。
作用：封（fēng）閉高溫、高壓和帶強放射性的冷卻劑、對反應堆安全和正（zhèng）常運（yùn）行起保障作用。
回路管道用材料應備（bèi）具有如（rú）下性能（néng）：抗應力腐蝕、晶間腐蝕和均勻腐蝕的能力強，基體組織穩定、夾（jiá）雜物少、具有足（zú）夠強度、塑性和熱（rè）強（qiáng）性（xìng）能，鑄鍛（duàn）造（zào）和（hé）焊接性（xìng）能好（hǎo）、生產工藝成熟、成本低、有類似的使（shǐ）用（yòng）經驗，Co含量盡（jìn）量低。
適合於壓水（shuǐ）堆回路管道的主要材（cái）料為奧氏體不鏽鋼。
5.反應堆壓力（lì）容器材料
反應堆堆壓力容（róng）器是裝載（zǎi）堆芯（xīn）、支（zhī）撐堆（duī）內所構件和容納回路冷（lěng）卻（què）劑並維持其壓力（lì）的堆本體承壓殼體（tǐ）。
它是由上、下封頭和筒體組成；它與一回路管道共同組成冷卻劑力邊界；還具（jù）有（yǒu）密封（fēng）放射性、阻止裂變產物逸散的功（gōng）能。
對反應堆壓力容器用材要求：強度高、塑韌性好、抗輻照性能（néng）和抗腐蝕性強、與冷卻劑（jì）相容性好；純淨度高、偏析和夾（jiá）雜物少、晶粒細小、組織穩定；易於進（jìn）行冷熱加(包括焊接和淬透（tòu）性好)；成本（běn）低、高溫（wēn）高壓下使（shǐ）用經驗豐富。
反應堆壓力容器，目前國內外廣泛采用的A508III(Gr.3C1.1)、16MND5，內壁堆焊不鏽鋼。
蒸汽（qì）發生器是將壓水堆（duī）一回路的熱能傳遞給二回路介質以產生蒸汽的熱交換設備，一般采用帶汽水分器的飽和式自然循環蒸汽（qì）發生器。一般為管殼式，由簡體、管板、汽（qì）水分離器及外殼容器、傳熱管等（děng）部件組成。
蒸（zhēng）汽（qì）發生器傳熱管為壓水堆核電站中（zhōng）的核心部件，起（qǐ）著一、二回路的能量（liàng）交換的重（chóng）要作（zuò）用，並對一回路（lù）壓力邊界完整（zhěng）性有重大影響。
傳熱管在特定結構和介（jiè）質條件下，承受（shòu）高（gāo）溫、高壓和管子（zǐ）內外的壓差以及腐蝕、水（shuǐ）力振動等工況的作用，容易造成各種類型的腐蝕和應力腐蝕破壞。
傳（chuán）熱管（guǎn）應具有：熱強性、熱穩定性（xìng）和焊（hàn）接性好；基體（tǐ）組織穩定（dìng）、導熱率高、熱膨脹係數小；抗均勻腐蝕和局部腐蝕能力強；具有足夠的塑性和韌性以適應彎管、脹管的加工和抗振動（dòng）。
蒸汽發器的筒體（tǐ）管板一般采用反應堆壓力（lì）容器相同或相近的材料，如A508III(Gr.3C1.1)、18MND5，其它一些部件如分離器則采用碳(錳)鋼或低合金鋼等。
