核工业不锈钢供应链

不锈钢具有耐腐蚀性和耐用性特点，应用在核工业中生产的工艺设备、管道、储罐和结构元件经久耐用。然而，由于特殊要求，制造商可能会发现自己面临采购挑战。

1、奥氏体不锈钢

核工业使用的不锈钢严格控制微量元素，如钴

核工业中使用的大多数不锈钢都是基于广泛可用的公认商业等级。

然而，在为关键核应用中的部件订购不锈钢时，例如与一次冷却剂接触的部件，确保材料的安全并不总是那么简单。

这些材料通常为奥氏体不锈钢，钢中含有8%至10%的镍，具有合适的微观结构和机械性能。

这种钢也有缺点，就是在镍矿中通常含有微量的钴(Co)，这些钴无法轻易分离，因此含有镍的商用不锈钢通常也含有微量的钴。

当暴露在辐射中时，这种钴会转化为放射性同位素，随着时间的推移而积累，从而稳步增加健康和安全风险。

日本制钢所是日本最大的钢铁生产厂商之一，最著名的产品之一就是是专供核电厂的压力容器。

为了避免这种情况，核电行业使用严格标准生产的不锈钢，即使是钴等微量元素也要严格控制。

这需要使用从自然钴含量较低的矿山获得的镍矿。此外，个别核项目可能有涵盖硼、钽和磷等其他微量元素的规范。

2、特殊生产运行

尽管为核工业生产低钴不锈钢在技术上是可行的，但由于这种技术与工厂正常生产不同，造成成本更高。

欧洲和美国的现代工厂通过在电弧炉中重熔废料来生产不锈钢，例如芬兰的奥托昆普(Outokumpu)公司生产不锈钢的原材料有94%来自废料。

这与社会对循环经济的推动和对原材料的使用相一致，而且还减少了碳足迹，因为重熔废料比加工矿石所需的能源更少。

然而，废料中的微量元素含量很难满足核项目要求。

因此，钢厂必须通过暂时转向以矿石为基础的生产和购买专业的低钴镍矿来满足生产要求。

3、复杂的规格

作为一个受到严格监管的行业，根据核法规，在关键领域只允许使用少数级别的不锈钢。

对于大多数行业，不锈钢按等级、产品形式(板材、板材、管道等)和尺寸进行规定。

在核能行业，核工程师还定义了钴和其他元素的最高含量。涵盖钴含量、合金和产品形式的技术规范组合在不同项目之间差异很大。

作为一个受到严格监管的行业，根据核法规，在关键领域只允许使用少数级别的不锈钢。

在美国ASME系统中，包括304和316级，以及低碳“L”型;类似的钢存在于欧洲标准和法国RCC-M规范中。在需要高强度的地方有时会使用双重等级。

在技术规范方面，钴和其他微量元素的百分比含量因不同的工厂设计和工厂内的部件位置而异。

法国RCC-M标准通常设定钴的最高含量为0.20%，但也可以要求0.10或0.05%的较低含量。

另一项要求是核当局制定的严格的资格要求。

这意味着，生产只能在具有公认生产方法和正确质量认证经验的钢厂进行，以确保生产标准、材料可追溯性和核安全文化得到严格遵守。

最后一个复杂因素是，工程、采购和施工(EPC)承包商需要订购多种产品形式和尺寸的材料。

其中包括用于大型储罐和热交换器的厚板，用于小型工艺容器或管线冷却池的薄板，以及用于管道的各种尺寸的管道和配件。

4、平衡批量大小的要求

生产项目要充分利用材料符合整个供应链的利益。

结合这些项目特定的技术要求，意味着一批钢材是为一个特定的项目量身定制的。

这可能会带来重大的采购挑战，尤其是因为低钴需求几乎是核工业独有的，而且其影响力非常大。

这些困难在较小的项目中更为明显，例如维修或更换现有工厂的部件。如果单个制造商为整个工程包的一小部分采购材料，则可能存在这些困难。

在订购材料时，制造商可能需要采购5、10或20吨316L材料，这些材料分布在板、片和管等多种产品形式中。然而，批量炼钢通常生产熔融量约为50-100吨的材料。

考虑到这一点，例如，订购20吨钴含量低于0.2%的316L级，为钢铁制造商创造了一系列商业选择。

韩国斗山能源公司为NuScale VOYGR-6 SMR 发电厂锻造零件(图源：NuScale)

他们可以生产整整80吨的专业低钴钢熔体，以满足20吨的要求。然而，对于具有相同微量元素含量的相同等级，无法保证会有更多订单。这可能会使剩余的60吨库存持续数年，占用现金流。

与此同时，下一个核工业订单可能是10或15吨304级，钴含量低得多，为0.05%，总体技术要求不同。

第二个项目不太可能放弃他们的标准来接受现有的产品——相反，它将需要新的大批量生产钢材。

项目要求的这种广泛变化意味着钢厂需要谨慎评估少量需求。

因此，EPC承包商和制造商可能会发现，以合理的成本确保一次性小型核项目或翻新工作的材料安全具有挑战性。

涉及微量元素、合金含量和技术要求的规范越严格，钢熔体的成本就越高。

最终，生产一整批专业钢材的成本可能由订购项目承担。因此，该项目充分利用这批材料符合整个供应链的利益。

这一供应挑战的一个根本因素是，钢铁厂经常被视为大宗商品供应商。

尽管核项目是经过多年规划和开发的，但不锈钢生产商很少提前了解材料规格或监督所需的尺寸和数量。

监督一个项目，在可能的情况下将要求汇总在一起，以匹配钢铁生产批次，可以显著降低成本。

提前了解技术规格、尺寸和数量，以及时间范围的确定性，也将使供应链能够进行更具战略性的规划，从而带来成本和项目计划效益。

5、SMR可以改变不锈钢的状况

SMR的开发可以缓解一些挑战。

展望未来，小型模块堆(SMR)的开发可能会在这方面缓解一些挑战。

建立模块的批量生产应该会对这些专业钢材产生提供更加可预测的持续需求，让钢厂和分销公司有信心安排定期生产。

虽然SMR模块中使用的许多不锈钢可能与标准反应器中使用的304、316及其变体等级相同，但SMR和微型模块堆也可能需要其他类型的不锈钢来平衡设备性能。

例如，热能储存系统将需要不锈钢，以满足不同的需求，同时反应堆提供恒定的基线输出。

熔盐储能作为一种可扩展的解决方案，在聚光太阳能发电厂中具有潜力。这些储能器将能量储存在熔盐罐中，熔盐罐由Therma 347H等成熟不锈钢制成，尽管具有改进高温性能的替代等级正在开发中。

双相不锈钢在某些应用中也有前景。

NuScale Power和美国反应堆锻造联合会签署了一项合作协议，以“利用美国现有的强大锻造供应链”，为NuScale向全球客户部署其SMR技术做好准备，并支持、保留和扩大美国制造业工作岗位。

LDX2101级具有316L的两倍强度和相似的耐腐蚀性。例如，它已被用于生产AP1000核电厂设计的机械设备模块中的钢-混凝土夹芯板。

双相不锈钢系列非常适合模块化反应堆的结构应用，这些反应堆正在为偏远社区和工业设施进行评估。

这些设备需要半自主工作，操作员很少干预，以维护和修复工艺设备或结构元件的腐蚀。

双相不锈钢还广泛用于海上石油和天然气、压力容器和大型储罐。它们最近被用于建造设计寿命为120年的桥梁，可以避免昂贵的道路和铁路封闭——这一理念也可以为新兴的SMR行业带来长期成本和运营效益。

不锈钢作为一种材料，在确保核反应堆长时间安全运行方面发挥着重要作用。

在指定材料时，值得注意的是，行业的独特要求可能会使材料的安全性变得具有挑战性。

因此，需要提前考虑与材料生产商讨论计划，以确保材料在需要时能够以正确的规格提供。