1 核島用金屬材料概述
不同堆型，其結構（gòu）和用途雖有所不同，但實現可控製核裂變反（fǎn）應的過程是相同的，都需要燃料元件、堆內構件、控製棒、反射層、冷卻劑和慢化劑（快堆除外（wài）)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件，以（yǐ）實（shí）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（fú）役工況或使用功能（néng）的不同，核電設備可分為核一（yī）級、核二級（jí）、核三（sān）級和（hé）非核級。有核級（jí）要求的設備，一般（bān）即稱其（qí）所用材料為核電關鍵（jiàn）材料。
核電常用的關鍵材料大體可分為碳鋼、不（bú）鏽鋼和特殊合金（jīn），若（ruò）進一步細分，則有（yǒu）碳(錳)鋼、低合金鋼、不鏽鋼、鋯合金、鈦鋁合金和鎳基合金等，按品種則有鑄鍛（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（liào）的開發與優化，材（cái）料的發展（zhǎn）很大程度上決（jué）定了核反應堆發（fā）展的成（chéng）熟度。因為核電具有新的熱傳導條件（jiàn）及特殊的環境條件，如輻照或冷卻劑腐蝕等，要（yào）求所用材料必須能適合這些應用條件（jiàn）；強調材（cái）料的另一（yī）原因（yīn）是，核電站係統比常規電站有更高的安全（quán）要求。
由於我國目前正在建造的主要是第二代成熟的1000MW壓水堆（duī）核電站，同時也在通過技術引進並吸（xī）收國外先進技術以發展先進的第三代1000MW堆核（hé）電站。因此，本文以壓水堆核（hé）電站為例（lì），對其不同設備的用材做一（yī）簡單介紹。
在壓（yā）水堆核島中，主要設備除反應堆及壓力容器外，還有蒸（zhēng）汽發生器、反應堆冷卻劑（jì）主泵機組、穩壓器（qì）及（jí）主管道等。由於這些部件在核島內的位置、作（zuò）用和工況不同，故材（cái）料的使用要求和環境條件也不盡相同，不同程度地存在輻（fú）照或酸腐蝕等；不僅要考慮（lǜ）常規的一些要求(如（rú）強度、韌性、焊接性能和冷熱加工性能)，而且（qiě）須考慮（lǜ）輻照帶（dài）來（lái）的組織、性能、尺寸等變化，如（rú）晶間腐蝕、應（yīng）力腐蝕（shí）、低應力脆斷、材料間的相容性、與介質的相容（róng）性以及經濟可（kě）行（háng）性等（děng）。
為便於從它們的服役特點中理解每個部件的功能、選擇依據，下麵（miàn）將壓（yā）水反應堆核島（dǎo）內重要金屬部（bù）件的工況、要（yào）求以及它們的所用材料體係簡述如下。
包（bāo）殼（ké）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（chū）和避免燃料受冷卻（què）劑的腐蝕以及有效地導出熱能，在長期運行的條件（jiàn）下不使放射性裂變物逸出。
工況最為苛刻：內受裂變產物、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（zhèn）動以及內應力、熱循環(開、停堆時)應力和燃料腫脹等作（zuò）用。
因而，包（bāo）殼材料應（yīng）有以下性能：熱中（zhōng）子（zǐ）吸收截（jié）麵（miàn）小（xiǎo）、感生放射性小、半衰期短、強度高、塑韌（rèn）性好（hǎo）、抗腐蝕性強、對晶（jīng）間應力腐蝕和吸（xī）氫不敏感；熱強性能、熱穩定性和抗輻照性（xìng）能好（hǎo）；導熱率高、熱（rè）膨脹（zhàng）係數小，與燃料和冷卻劑相容性（xìng）好；易於加工、便（biàn）於（yú）焊接和成本低。
適宜作（zuò）為包殼的材料主要有：鋁及鋁合金、鎂合金、鋯合金和奧（ào）氏體不（bú）鏽鋼（gāng）以及高（gāo）密度（dù）熱解碳。
在壓水堆中，主要采用了鋯合金（jīn）。這是因為其熱中子吸收截麵小、導熱率高、力學性能好，具有良好的加工性能以及（jí）與二氧（yǎng）化鈾有較好的相容性，尤其對高溫（wēn）水及水蒸汽也有良好的抗腐蝕性和熱強性
3.堆（duī）內構件材料（liào）
在壓水堆中除了（le）反應堆壓（yā）力容（róng）器和燃料組件及相關的組件（jiàn）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：支（zhī）撐（chēng）燃料組件及精確定（dìng）位、為控製棒及堆芯測量裝置和輻照監督和提供支撐和導向、合理分配冷卻劑流和減少壓力容器內表麵的中子注量。
工作環（huán）境：麵對活性區、受到冷卻劑衝刷和高溫、高壓（yā）作用。
堆內構件用材應度具有強度高、塑韌性好、高溫性能（néng）好、中子（zǐ）吸收截麵和中子俘（fú）獲截麵以及感生放射性小、抗腐蝕性、抗（kàng）輻照性能（néng）好並與冷卻（què）劑相容好，導熱率高、熱膨脹係數小，易於（yú）加工、便於焊接和戚本（běn）低。
適合於壓水堆內構件用材（cái）料要為奧氏體不鏽鋼（gāng）以及部分鎳基合金。
4.反應堆回路材料
壓（yā）水反應堆的（de）回路管道是維持和約束冷卻劑循環（huán）流動的通道（dào）。
作用：封（fēng）閉高溫、高壓和帶強（qiáng）放射性的冷卻劑（jì）、對反應堆安全和正常運行起保障作用。
回路管道用材料應備具有如下性能：抗應力腐蝕、晶間（jiān）腐蝕和均勻腐蝕的能力強，基體組織穩定、夾雜物少、具有足（zú）夠強度、塑性和熱強性能，鑄鍛造和焊接（jiē）性（xìng）能好、生產工藝成熟（shú）、成（chéng）本低、有（yǒu）類似的使用經驗，Co含量盡量低。
適合於壓水堆回路管道的主要材料（liào）為奧氏體不（bú）鏽鋼。
5.反應堆壓力容器材料
反應堆堆（duī）壓（yā）力容器是裝載堆芯、支撐堆內所構件和容納回（huí）路冷卻（què）劑並維持其壓力的堆本體承壓殼（ké）體。
它是由上、下封頭和（hé）筒體（tǐ）組成；它與（yǔ）一回路管道共同組成冷卻劑力邊界；還具有密（mì）封放射性、阻（zǔ）止裂變產（chǎn）物逸散的功（gōng）能。
對反應堆（duī）壓力容器（qì）用材要求：強度高、塑韌性好、抗輻照性能和抗腐蝕性強（qiáng）、與（yǔ）冷卻劑相容性好；純淨度高、偏析和夾雜物少、晶粒細小（xiǎo）、組織穩定（dìng）；易（yì）於進行冷熱加（jiā）(包括（kuò）焊接（jiē）和淬透性好)；成本低、高溫高壓（yā）下使用經驗豐富。
反應（yīng）堆壓力（lì）容器，目（mù）前（qián）國內（nèi）外廣（guǎng）泛采用的A508III(Gr.3C1.1)、16MND5，內壁堆焊不鏽鋼。
蒸汽發生器（qì）是（shì）將壓水堆一回路的熱能（néng）傳遞給二回路介質以（yǐ）產（chǎn）生（shēng）蒸汽的熱交換設備（bèi），一般（bān）采用帶（dài）汽水分器（qì）的飽和式自然循環（huán）蒸（zhēng）汽發生器。一般為管殼式，由簡體、管板（bǎn）、汽水分離器及（jí）外殼容器、傳熱管等部件組成（chéng）。
蒸汽發生器傳（chuán）熱管為（wéi）壓水（shuǐ）堆核電站中的核（hé）心（xīn）部件，起著（zhe）一、二回路的能（néng）量交換（huàn）的重要作用，並對一回路（lù）壓力邊（biān）界完整性有（yǒu）重大影響。
傳熱管在（zài）特（tè）定（dìng）結構和介質條件（jiàn）下，承受（shòu）高溫、高壓和管子內外的壓差以及腐（fǔ）蝕、水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。
傳熱（rè）管應具有（yǒu）：熱強（qiáng）性、熱（rè）穩定（dìng）性和焊接性好；基體組織穩定、導熱率高、熱（rè）膨脹（zhàng）係數（shù）小；抗均勻腐（fǔ）蝕和局部腐蝕能力強；具有足夠的塑性和（hé）韌性以適應彎管、脹管的加工和抗振動。
蒸汽發（fā）器的筒（tǒng）體管板一般采用反應堆壓（yā）力容器（qì）相同或相近的材料，如A508III(Gr.3C1.1)、18MND5，其它一些部（bù）件如（rú）分離器則采（cǎi）用碳(錳)鋼或低合金鋼等。
