日本的发电用核反应堆,在1998年已经运转了52台,但因为其主体是轻水冷却的沸腾水型反应堆和加压水型反应堆(PWR、23台),而且两者都处理高温水,所以利用奥氏体系不锈钢和镍合金的耐腐蚀性,用于制造反应堆内构造物、配管和各种机器。因为对水质的管理很严格,所以虽然对于不锈钢来说是严酷的环境,但实用反应堆过去曾出现过应力腐蚀性断裂这种现象,而且这个问题的解决是不锈钢的最大课题。现在,从材料和施工两方面采取对策,这个问题几乎得到了解决。
1. 中子吸收不锈钢
在日本,有关核能的研究开发是从1955年成立的财团法人原子力研究所开始的,而且为了获得日本独自的数据,还进行了有关材料的研究。作为耐腐蚀性之外的不锈钢的材料作为炉心用时,要求尽量减少热中子吸收断面积大的元素;在美国,1955年规定了对AISI347不锈钢中的钽含量加以限制的AISI348钢,而且1957年规定了对钴和钽加以限制的AISI349钢。钴从镍原料中、钽从添加到347钢的铌原料中引入,而且因为不锈钢中一般包含的锰的热中子吸收断面积很大,所以在日本国内由川畑(1960年)和渡边等(1962年)试验了对锰的限制。因为锰是与钢中的硫相结合生成硫化锰,所以对于提高热加工性来说是必要元素;但低锰不锈钢,通过添加钛或锆、对硫加以固定,由此改善了热加工性。但是,因为不锈钢比锆合金的热中子吸收断面积大,所以不能作为发电用轻水炉的燃料被覆管材料。
2. 含硼不锈钢
因为控制材料使用的是添加了中子吸收断面积非常大的硼的不锈钢,所以在日本国内也进行了研制。只是,据三好等(1958年)的研究,如果硼的添加量变较多时,热加工性会有所退化,但如果硼的添加量不超过2%,则可以制造。此外,还进行了为改善热加工性的研究。西间(1962年)研究了在18Cr-15Ni中添加了不超过2.35%B的钢的各种性质,如果添加硼,就会生成(Fe、Cr)2B,热加工性和韧性就会退化;但通过添加钛,这种现象就会得到改善。
其后,对含硼的不锈钢并没有特别的研究,但进入1980年以后,由于核能发电所的增设和使用完的核燃料的再处理能力不足,使用完的核燃料的产生量有所增加,所以为了提高使用完核燃料储藏池的填充率,要求由中子吸收断面积大、可以薄壁化的含硼不锈钢代替304不锈钢。含硼不锈钢作为使用完核燃料的运输和储藏材料,因为使用了用板材和含硼不锈钢制造的四角管,所以进行了板、带材的制造研究。因为硼含有量高时,会生成铁和沸腾的低熔点共晶,对热加工性会起到阻碍作用,所以特别进行了带材的热加工性的改善研究,其结果是可以制造以SUS304L不锈钢为基本成分、硼含量为0.5%~0.7%的不锈钢带。现在日本国内正在制造含1.3%B的不锈钢。
而且,如果添加1%左右的硼,晶间腐蚀的敏感性就会有所提高,即使把碳减少到0.004%,敏感性也不能完全消失;但是若在750~850℃下进行热处理,敏感性会有所下降,而且据泊里等(1984年)的试验,证明了钼的添加对于防止晶间腐蚀很有效。