不銹鋼具有耐腐蝕性和耐用性特點(diǎn)，應(yīng)用在核工業(yè)中生產(chǎn)的工藝設(shè)備、管道、儲(chǔ)罐和結(jié)構(gòu)元件經(jīng)久耐用。然而，由于特殊要求，制造商可能會(huì)發(fā)現(xiàn)自己面臨采購(gòu)挑戰(zhàn)。

1、奧氏體不銹鋼

核工業(yè)使用的不銹鋼嚴(yán)格控制微量元素，如鈷

核工業(yè)中使用的大多數(shù)不銹鋼都是基于廣泛可用的公認(rèn)商業(yè)等級(jí)。

然而，在為關(guān)鍵核應(yīng)用中的部件訂購(gòu)不銹鋼時(shí)，例如與一次冷卻劑接觸的部件，確保材料的安全并不總是那么簡(jiǎn)單。

這些材料通常為奧氏體不銹鋼，鋼中含有8%至10%的鎳，具有合適的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。

這種鋼也有缺點(diǎn)，就是在鎳礦中通常含有微量的鈷(Co)，這些鈷無法輕易分離，因此含有鎳的商用不銹鋼通常也含有微量的鈷。

當(dāng)暴露在輻射中時(shí)，這種鈷會(huì)轉(zhuǎn)化為放射性同位素，隨著時(shí)間的推移而積累，從而穩(wěn)步增加健康和安全風(fēng)險(xiǎn)。

日本制鋼所是日本最大的鋼鐵生產(chǎn)廠商之一，最著名的產(chǎn)品之一就是是專供核電廠的壓力容器。

為了避免這種情況，核電行業(yè)使用嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的不銹鋼，即使是鈷等微量元素也要嚴(yán)格控制。

這需要使用從自然鈷含量較低的礦山獲得的鎳礦。此外，個(gè)別核項(xiàng)目可能有涵蓋硼、鉭和磷等其他微量元素的規(guī)范。

2、特殊生產(chǎn)運(yùn)行

盡管為核工業(yè)生產(chǎn)低鈷不銹鋼在技術(shù)上是可行的，但由于這種技術(shù)與工廠正常生產(chǎn)不同，造成成本更高。

歐洲和美國(guó)的現(xiàn)代工廠通過在電弧爐中重熔廢料來生產(chǎn)不銹鋼，例如芬蘭的奧托昆普(Outokumpu)公司生產(chǎn)不銹鋼的原材料有94%來自廢料。

這與社會(huì)對(duì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)和對(duì)原材料的使用相一致，而且還減少了碳足跡，因?yàn)橹厝蹚U料比加工礦石所需的能源更少。

然而，廢料中的微量元素含量很難滿足核項(xiàng)目要求。

因此，鋼廠必須通過暫時(shí)轉(zhuǎn)向以礦石為基礎(chǔ)的生產(chǎn)和購(gòu)買專業(yè)的低鈷鎳礦來滿足生產(chǎn)要求。

3、復(fù)雜的規(guī)格

作為一個(gè)受到嚴(yán)格監(jiān)管的行業(yè)，根據(jù)核法規(guī)，在關(guān)鍵領(lǐng)域只允許使用少數(shù)級(jí)別的不銹鋼。

對(duì)于大多數(shù)行業(yè)，不銹鋼按等級(jí)、產(chǎn)品形式(板材、板材、管道等)和尺寸進(jìn)行規(guī)定。

在核能行業(yè)，核工程師還定義了鈷和其他元素的最高含量。涵蓋鈷含量、合金和產(chǎn)品形式的技術(shù)規(guī)范組合在不同項(xiàng)目之間差異很大。

作為一個(gè)受到嚴(yán)格監(jiān)管的行業(yè)，根據(jù)核法規(guī)，在關(guān)鍵領(lǐng)域只允許使用少數(shù)級(jí)別的不銹鋼。

在美國(guó)ASME系統(tǒng)中，包括304和316級(jí)，以及低碳“L”型;類似的鋼存在于歐洲標(biāo)準(zhǔn)和法國(guó)RCC-M規(guī)范中。在需要高強(qiáng)度的地方有時(shí)會(huì)使用雙重等級(jí)。

在技術(shù)規(guī)范方面，鈷和其他微量元素的百分比含量因不同的工廠設(shè)計(jì)和工廠內(nèi)的部件位置而異。

法國(guó)RCC-M標(biāo)準(zhǔn)通常設(shè)定鈷的最高含量為0.20%，但也可以要求0.10或0.05%的較低含量。

另一項(xiàng)要求是核當(dāng)局制定的嚴(yán)格的資格要求。

這意味著，生產(chǎn)只能在具有公認(rèn)生產(chǎn)方法和正確質(zhì)量認(rèn)證經(jīng)驗(yàn)的鋼廠進(jìn)行，以確保生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、材料可追溯性和核安全文化得到嚴(yán)格遵守。

最后一個(gè)復(fù)雜因素是，工程、采購(gòu)和施工(EPC)承包商需要訂購(gòu)多種產(chǎn)品形式和尺寸的材料。

其中包括用于大型儲(chǔ)罐和熱交換器的厚板，用于小型工藝容器或管線冷卻池的薄板，以及用于管道的各種尺寸的管道和配件。

4、平衡批量大小的要求

生產(chǎn)項(xiàng)目要充分利用材料符合整個(gè)供應(yīng)鏈的利益。

結(jié)合這些項(xiàng)目特定的技術(shù)要求，意味著一批鋼材是為一個(gè)特定的項(xiàng)目量身定制的。

這可能會(huì)帶來重大的采購(gòu)挑戰(zhàn)，尤其是因?yàn)榈外捫枨髱缀跏呛斯I(yè)獨(dú)有的，而且其影響力非常大。

這些困難在較小的項(xiàng)目中更為明顯，例如維修或更換現(xiàn)有工廠的部件。如果單個(gè)制造商為整個(gè)工程包的一小部分采購(gòu)材料，則可能存在這些困難。

在訂購(gòu)材料時(shí)，制造商可能需要采購(gòu)5、10或20噸316L材料，這些材料分布在板、片和管等多種產(chǎn)品形式中。然而，批量煉鋼通常生產(chǎn)熔融量約為50-100噸的材料。

考慮到這一點(diǎn)，例如，訂購(gòu)20噸鈷含量低于0.2%的316L級(jí)，為鋼鐵制造商創(chuàng)造了一系列商業(yè)選擇。

韓國(guó)斗山能源公司為NuScale VOYGR-6 SMR 發(fā)電廠鍛造零件(圖源：NuScale)

他們可以生產(chǎn)整整80噸的專業(yè)低鈷鋼熔體，以滿足20噸的要求。然而，對(duì)于具有相同微量元素含量的相同等級(jí)，無法保證會(huì)有更多訂單。這可能會(huì)使剩余的60噸庫(kù)存持續(xù)數(shù)年，占用現(xiàn)金流。

與此同時(shí)，下一個(gè)核工業(yè)訂單可能是10或15噸304級(jí)，鈷含量低得多，為0.05%，總體技術(shù)要求不同。

第二個(gè)項(xiàng)目不太可能放棄他們的標(biāo)準(zhǔn)來接受現(xiàn)有的產(chǎn)品——相反，它將需要新的大批量生產(chǎn)鋼材。

項(xiàng)目要求的這種廣泛變化意味著鋼廠需要謹(jǐn)慎評(píng)估少量需求。

因此，EPC承包商和制造商可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，以合理的成本確保一次性小型核項(xiàng)目或翻新工作的材料安全具有挑戰(zhàn)性。

涉及微量元素、合金含量和技術(shù)要求的規(guī)范越嚴(yán)格，鋼熔體的成本就越高。

最終，生產(chǎn)一整批專業(yè)鋼材的成本可能由訂購(gòu)項(xiàng)目承擔(dān)。因此，該項(xiàng)目充分利用這批材料符合整個(gè)供應(yīng)鏈的利益。

這一供應(yīng)挑戰(zhàn)的一個(gè)根本因素是，鋼鐵廠經(jīng)常被視為大宗商品供應(yīng)商。

盡管核項(xiàng)目是經(jīng)過多年規(guī)劃和開發(fā)的，但不銹鋼生產(chǎn)商很少提前了解材料規(guī)格或監(jiān)督所需的尺寸和數(shù)量。

監(jiān)督一個(gè)項(xiàng)目，在可能的情況下將要求匯總在一起，以匹配鋼鐵生產(chǎn)批次，可以顯著降低成本。

提前了解技術(shù)規(guī)格、尺寸和數(shù)量，以及時(shí)間范圍的確定性，也將使供應(yīng)鏈能夠進(jìn)行更具戰(zhàn)略性的規(guī)劃，從而帶來成本和項(xiàng)目計(jì)劃效益。

5、SMR可以改變不銹鋼的狀況

SMR的開發(fā)可以緩解一些挑戰(zhàn)。

展望未來，小型模塊堆(SMR)的開發(fā)可能會(huì)在這方面緩解一些挑戰(zhàn)。

建立模塊的批量生產(chǎn)應(yīng)該會(huì)對(duì)這些專業(yè)鋼材產(chǎn)生提供更加可預(yù)測(cè)的持續(xù)需求，讓鋼廠和分銷公司有信心安排定期生產(chǎn)。

雖然SMR模塊中使用的許多不銹鋼可能與標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)器中使用的304、316及其變體等級(jí)相同，但SMR和微型模塊堆也可能需要其他類型的不銹鋼來平衡設(shè)備性能。

例如，熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)將需要不銹鋼，以滿足不同的需求，同時(shí)反應(yīng)堆提供恒定的基線輸出。

熔鹽儲(chǔ)能作為一種可擴(kuò)展的解決方案，在聚光太陽(yáng)能發(fā)電廠中具有潛力。這些儲(chǔ)能器將能量?jī)?chǔ)存在熔鹽罐中，熔鹽罐由Therma 347H等成熟不銹鋼制成，盡管具有改進(jìn)高溫性能的替代等級(jí)正在開發(fā)中。

雙相不銹鋼在某些應(yīng)用中也有前景。

NuScale Power和美國(guó)反應(yīng)堆鍛造聯(lián)合會(huì)簽署了一項(xiàng)合作協(xié)議，以“利用美國(guó)現(xiàn)有的強(qiáng)大鍛造供應(yīng)鏈”，為NuScale向全球客戶部署其SMR技術(shù)做好準(zhǔn)備，并支持、保留和擴(kuò)大美國(guó)制造業(yè)工作崗位。

LDX2101級(jí)具有316L的兩倍強(qiáng)度和相似的耐腐蝕性。例如，它已被用于生產(chǎn)AP1000核電廠設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備模塊中的鋼-混凝土夾芯板。

雙相不銹鋼系列非常適合模塊化反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)應(yīng)用，這些反應(yīng)堆正在為偏遠(yuǎn)社區(qū)和工業(yè)設(shè)施進(jìn)行評(píng)估。

這些設(shè)備需要半自主工作，操作員很少干預(yù)，以維護(hù)和修復(fù)工藝設(shè)備或結(jié)構(gòu)元件的腐蝕。

雙相不銹鋼還廣泛用于海上石油和天然氣、壓力容器和大型儲(chǔ)罐。它們最近被用于建造設(shè)計(jì)壽命為120年的橋梁，可以避免昂貴的道路和鐵路封閉——這一理念也可以為新興的SMR行業(yè)帶來長(zhǎng)期成本和運(yùn)營(yíng)效益。

不銹鋼作為一種材料，在確保核反應(yīng)堆長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行方面發(fā)揮著重要作用。

在指定材料時(shí)，值得注意的是，行業(yè)的獨(dú)特要求可能會(huì)使材料的安全性變得具有挑戰(zhàn)性。

因此，需要提前考慮與材料生產(chǎn)商討論計(jì)劃，以確保材料在需要時(shí)能夠以正確的規(guī)格提供。