目前，國(guó)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，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)結(jié)構(gòu)材料的特殊要求，即核穩(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)相接觸一回路系統(tǒng)的設(shè)備、構(gòu)件和管線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(wàn)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2000多噸不銹鋼管、棒、板材和鍛件，但還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)所堆焊的大量用于耐高溫水腐蝕的鉻鎳奧氏體不銹鋼。人們常說(shuō)核反應(yīng)堆是用不銹鋼“堆”出來(lái)的，一點(diǎn)也不夸大。

  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(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，這些不銹鋼的腐蝕產(chǎn)生釋放速率也很低，所感生的放射性也較少；又由于對(duì)核反應(yīng)堆用不銹鋼中所含有的、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了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)堆的核級(jí)不銹鋼的注意力就集中在了鋼中的鈷、硼等的元素的含量上，這也是核級(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5.14列出了國(guó)內(nèi)外壓水核反應(yīng)堆內(nèi)、外所選用的核級(jí)鉻鎳奧氏體不銹鋼牌號(hào)和鋼中含鈷量應(yīng)控制的極限值，對(duì)核反應(yīng)堆堆芯用核級(jí)不銹鋼中的含硼量，一般要求應(yīng)＜0.0015％或＜0.0018％。

  表5.14 國(guó)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5.14中所列入的0Cr18Ni10Ti，除俄羅斯大量選用外，我國(guó)自俄羅斯引進(jìn)的核電站壓水堆也應(yīng)用此牌號(hào)，而國(guó)內(nèi)其他核反應(yīng)堆和國(guó)外其他國(guó)家的核電站壓水堆則均選用304NG（控氮0Cr18Ni10）和316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）。

  開(kāi)發(fā)304NG（控氮0Cr18Ni10）和316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）的依據(jù)：國(guó)外曾發(fā)生輕水核反應(yīng)堆（包括壓水堆和沸水堆）用的304不銹鋼和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，需降低鋼中的C量≤0.03％（法國(guó)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(guò)其固溶強(qiáng)化來(lái)彌補(bǔ)，但為了防止加氮過(guò)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％）0，開(kāi)發(fā)了304NG（控氮0Cr18Ni10）和316NG（控氮00Cr17Ni12Mo2）。

  中、法、美、日各國(guó)控氮 0Cr18Ni10（304NG）和控氮00Cr17Ni12Mo2（316NG）的化學(xué)成分見(jiàn)表5.15。

   控氮0Cr18Ni10(304NG)和控氮00Cr17Ni12Mo2 (316NG)的力學(xué)性能分別列人表5.16和表5.17中。

  耐蝕性和腐蝕產(chǎn)物釋放速率如下：

   ①. 控氮0Cr18Ni10（304NG）圖5.23系控氮0Cr18Ni10（304NG）在300℃高溫水中的耐蝕性和腐蝕產(chǎn)物釋放速率的試驗(yàn)結(jié)果。可以看出，控氮0Cr18Ni10（304NG）的腐蝕率和腐蝕產(chǎn)物釋放速率均低于0Cr18Ni10Ti（321），這表明控氮 0Cr18Ni10（304NG）的耐蝕性優(yōu)于0Cr18Ni10Ti。

   一些試驗(yàn)還指出，控氮0Cr18Ni10（304NG）的耐晶間腐蝕性能良好，沒(méi)有晶間腐蝕傾向，而耐點(diǎn)蝕和氯化物應(yīng)力腐蝕的性能則均優(yōu)于0Cr18Ni10Ti。表5.18中列出了點(diǎn)蝕試驗(yàn)結(jié)果。從表5.18中可知，控氮0Cr18Ni10的耐點(diǎn)蝕性遠(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5.18 控氮0Cr18Ni10（304NG）的耐點(diǎn)蝕性能

   ②. 控氮00Cr17Ni12Mo2（316NG）圖5.24系控氮00Cr17Ni12Mo2（316NG）在高溫水中的耐蝕性（按腐蝕失重計(jì)）和腐蝕產(chǎn)物釋放量的試驗(yàn)結(jié)果。同樣可看出，控氮00Cr17Ni12Mo2（316NG）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，控氮00Cr17Ni12Mo2（316NG）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。