不銹鋼具有耐腐蝕性和耐用性特點，應用在核工業(yè)中生產的工藝設備、管道、儲罐和結構元件經久耐用。然而，由于特殊要求，制造商可能會發(fā)現(xiàn)自己面臨采購挑戰(zhàn)。
1、奧氏體不銹鋼
核工業(yè)使用的不銹鋼嚴格控制微量元素，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商業(yè)等級。
然而，在為關鍵核應用中的部件訂購不銹鋼時，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，具有合適的微觀結構和機械性能。
這種鋼也有缺點，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。
當暴露在輻射中時，這種鈷會轉化為放射性同位素，隨著時間的推移而積累，從而穩(wěn)步增加健康和安全風險。
日本制鋼所是日本最大的鋼鐵生產廠商之一，最著名的產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)使用嚴格標準生產的不銹鋼，即使是鈷等微量元素也要嚴格控制。
這需要使用從自然鈷含量較低的礦山獲得的鎳礦。此外，個別核項目可能有涵蓋硼、鉭和磷等其他微量元素的規(guī)范。
2、特殊生產運行
盡管為核工業(yè)生產低鈷不銹鋼在技術上是可行的，但由于這種技術與工廠正常生產不同，造成成本更高。
歐洲和美國的現(xiàn)代工廠通過在電弧爐中重熔廢料來生產不銹鋼，例如芬蘭的奧托昆普(Outokumpu)公司生產不銹鋼的原材料有94%來自廢料。
這與社會對循環(huán)經濟的推動和對原材料的使用相一致，而且還減少了碳足跡，因為重熔廢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目要求。
因此，鋼廠必須通過暫時轉向以礦石為基礎的生產和購買專業(yè)的低鈷鎳礦來滿足生產要求。
3、復雜的規(guī)格
作為一個受到嚴格監(jiān)管的行業(yè)，根據核法規(guī)，在關鍵領域只允許使用少數(shù)級別的不銹鋼。
對于大多數(shù)行業(yè)，不銹鋼按等級、產品形式(板材、板材、管道等)和尺寸進行規(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、合金和產品形式的技術規(guī)范組合在不同項目之間差異很大。
作為一個受到嚴格監(jiān)管的行業(yè)，根據核法規(guī)，在關鍵領域只允許使用少數(shù)級別的不銹鋼。
在美國ASME系統(tǒng)中，包括304和316級，以及低碳“L”型;類似的鋼存在于歐洲標準和法國RCC-M規(guī)范中。在需要高強度的地方有時會使用雙重等級。
在技術規(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計和工廠內的部件位置而異。
法國RCC-M標準通常設定鈷的最高含量為0.20%，但也可以要求0.10或0.05%的較低含量。
另一項要求是核當局制定的嚴格的資格要求。
這意味著，生產只能在具有公認生產方法和正確質量認證經驗的鋼廠進行，以確保生產標準、材料可追溯性和核安全文化得到嚴格遵守。
最后一個復雜因素是，工程、采購和施工(EPC)承包商需要訂購多種產品形式和尺寸的材料。
其中包括用于大型儲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
生產項目要充分利用材料符合整個供應鏈的利益。
結合這些項目特定的技術要求，意味著一批鋼材是為一個特定的項目量身定制的。
這可能會帶來重大的采購挑戰(zhàn)，尤其是因為低鈷需求幾乎是核工業(yè)獨有的，而且其影響力非常大。
這些困難在較小的項目中更為明顯，例如維修或更換現(xiàn)有工廠的部件。如果單個制造商為整個工程包的一小部分采購材料，則可能存在這些困難。
在訂購材料時，制造商可能需要采購5、10或20噸316L材料，這些材料分布在板、片和管等多種產品形式中。然而，批量煉鋼通常生產熔融量約為50-100噸的材料。
考慮到這一點，例如，訂購20噸鈷含量低于0.2%的316L級，為鋼鐵制造商創(chuàng)造了一系列商業(yè)選擇。
韓國斗山能源公司為NuScale VOYGR-6 SMR 發(fā)電廠鍛造零件(圖源：NuScale)
他們可以生產整整80噸的專業(yè)低鈷鋼熔體，以滿足20噸的要求。然而，對于具有相同微量元素含量的相同等級，無法保證會有更多訂單。這可能會使剩余的60噸庫存持續(xù)數(shù)年，占用現(xiàn)金流。
與此同時，下一個核工業(yè)訂單可能是10或15噸304級，鈷含量低得多，為0.05%，總體技術要求不同。
第二個項目不太可能放棄他們的標準來接受現(xiàn)有的產品——相反，它將需要新的大批量生產鋼材。
項目要求的這種廣泛變化意味著鋼廠需要謹慎評估少量需求。
因此，EPC承包商和制造商可能會發(fā)現(xiàn)，以合理的成本確保一次性小型核項目或翻新工作的材料安全具有挑戰(zhàn)性。
涉及微量元素、合金含量和技術要求的規(guī)范越嚴格，鋼熔體的成本就越高。
最終，生產一整批專業(yè)鋼材的成本可能由訂購項目承擔。因此，該項目充分利用這批材料符合整個供應鏈的利益。
這一供應挑戰(zhàn)的一個根本因素是，鋼鐵廠經常被視為大宗商品供應商。
盡管核項目是經過多年規(guī)劃和開發(fā)的，但不銹鋼生產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)督一個項目，在可能的情況下將要求匯總在一起，以匹配鋼鐵生產批次，可以顯著降低成本。
提前了解技術規(guī)格、尺寸和數(shù)量，以及時間范圍的確定性，也將使供應鏈能夠進行更具戰(zhàn)略性的規(guī)劃，從而帶來成本和項目計劃效益。
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)可能會在這方面緩解一些挑戰(zhàn)。
建立模塊的批量生產應該會對這些專業(yè)鋼材產生提供更加可預測的持續(xù)需求，讓鋼廠和分銷公司有信心安排定期生產。
雖然SMR模塊中使用的許多不銹鋼可能與標準反應器中使用的304、316及其變體等級相同，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備性能。
例如，熱能儲存系統(tǒng)將需要不銹鋼，以滿足不同的需求，同時反應堆提供恒定的基線輸出。
熔鹽儲能作為一種可擴展的解決方案，在聚光太陽能發(fā)電廠中具有潛力。這些儲能器將能量儲存在熔鹽罐中，熔鹽罐由Therma 347H等成熟不銹鋼制成，盡管具有改進高溫性能的替代等級正在開發(fā)中。
雙相不銹鋼在某些應用中也有前景。
NuScale Power和美國反應堆鍛造聯(lián)合會簽署了一項合作協(xié)議，以“利用美國現(xiàn)有的強大鍛造供應鏈”，為NuScale向全球客戶部署其SMR技術做好準備，并支持、保留和擴大美國制造業(yè)工作崗位。
LDX2101級具有316L的兩倍強度和相似的耐腐蝕性。例如，它已被用于生產AP1000核電廠設計的機械設備模塊中的鋼-混凝土夾芯板。
雙相不銹鋼系列非常適合模塊化反應堆的結構應用，這些反應堆正在為偏遠社區(qū)和工業(yè)設施進行評估。
這些設備需要半自主工作，操作員很少干預，以維護和修復工藝設備或結構元件的腐蝕。
雙相不銹鋼還廣泛用于海上石油和天然氣、壓力容器和大型儲罐。它們最近被用于建造設計壽命為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)帶來長期成本和運營效益。
不銹鋼作為一種材料，在確保核反應堆長時間安全運行方面發(fā)揮著重要作用。
在指定材料時，值得注意的是，行業(yè)的獨特要求可能會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商討論計劃，以確保材料在需要時能夠以正確的規(guī)格提供。
