310S不锈钢材料用作燃料包壳的可行性分析

   310S不锈钢经冷加工后可具有较高的强度等性能，曾用作水冷动力堆早期的包壳材料。后被锆合金取代，因热中子吸收截面比锆合金的高，也存在应力腐蚀的风险。工作温度高时，锆合金使用有限制，仍须应用奥氏体不锈钢，例如高于400℃。快堆元件包壳壁的温度高（700℃）、比功率大、燃耗深、快中子注量高（约5×1022n·cm-2），用钠冷时导热速率快，易产生热应力、机械应力和蠕变以及PCI核辐照肿胀、氢脆等问题，危害比较大。因此快堆采用奥氏体不锈钢中高温性能比较好的316不锈钢作为元件包壳材料，并在其中加了少量钛元素，以与钢材中的碳产生化学反应，生成含Ti的碳化物，稳定钢中的碳，以降低晶间腐蚀的倾向，并增大材料的高温强度。

   改进型气冷堆（AGR）元件包壳壁温高达810℃，316不锈钢在这样搞的温度下已不具备AGR所需要的高温性能和抗蚀性能。根据定律，热稳定性比较好的不锈钢是25%Cr，20%Ni的310S不锈钢。但它的蠕变强度比316钢低，且长期加热含Cr高的钢又易析出σ脆化相。鉴于增加Ni含量可稳定奥氏体、提高耐热性以及添加少量Nb可稳定碳、减少晶间腐蚀和提高热强性，所以在310S不锈钢基础上发展了兼具良好的抗氧化性和热强性的20Cr25NiNb不锈钢（0.6Si，0.7Mn，C+N=0.10，S+P=0.08），作为改进型气冷堆的元件包壳材料。