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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金是一(yi)種在(zai)壓(ya)水堆(dui)蒸發(fa)(fa)器(qi)(qi)傳熱管(guan)(guan)工況條件(jian)下，耐應力腐蝕等性能更為優良的(de)新三(san)代合(he)(he)金(jin)(jin)。此(ci)合(he)(he)金(jin)(jin)自1972年(nian)公開發(fa)(fa)表至今已近40年(nian)。圖3-3-54和圖3-3-55是發(fa)(fa)表此(ci)合(he)(he)金(jin)(jin)時的(de)部分主要試驗結果。它實際上是在(zai)0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)(he)金(jin)(jin)基(ji)礎上提高鉻(ge)含量(liang)的(de)一(yi)種改(gai)進型(xing)合(he)(he)金(jin)(jin)。自1982年(nian)起，此(ci)合(he)(he)金(jin)(jin)開始(shi)制造(zao)壓(ya)水動力堆(dui)的(de)蒸發(fa)(fa)器(qi)(qi)U型(xing)管(guan)(guan)，目(mu)(mu)前(qian)國外已廣泛用(yong)于壓(ya)水堆(dui)核電廠(chang)的(de)蒸發(fa)(fa)器(qi)(qi)中并開始(shi)在(zai)堆(dui)內構件(jian)的(de)一(yi)些(xie)部件(jian)上應用(yong)。目(mu)(mu)前(qian)，國內自國外已大量(liang)引(yin)進的(de)大型(xing)壓(ya)水堆(dui)核電廠(chang)的(de)蒸發(fa)(fa)器(qi)(qi)傳熱管(guan)(guan)也均采用(yong)此(ci)合(he)(he)金(jin)(jin)。

一、化學成分和(he)組織特點

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金的化學成分見表3-3-30。

  此合金固態為純奧氏體組織。由于碳在此合金中的溶解度很低（圖3-3-56),所以也常有M₂₃C。等碳化物存在，特別是在敏化態（或焊后）更會有較大量碳化物析出，有時還有碳氮化物。當合金中含有鈦時，還會有氮化鈦存在。由于此合金組織穩定，即使經過中溫長期加熱達12000小時以上，也未見有a脆性相析出。

二、耐(nai)腐蝕性能(neng)

  1. 全面腐蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金(jin)(jin)的耐(nai)全面腐蝕(shi)的性能見表3-3-31。在300~350℃高溫高壓水中(zhong)的耐(nai)蝕(shi)性良好(hao)，腐蝕(shi)速率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合(he)金(jin)(jin)在316℃動水中(zhong)的耐(nai)蝕(shi)性見圖3-3-57.從圖中(zhong)可知，由于00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)(jin)鉻含量(liang)高，所以其耐(nai)蝕(shi)性優于Inconel 600和Incoloyl 800合(he)金(jin)(jin)。

  2. 晶間腐蝕

   已知，采用65%HNO₃法檢查不銹鋼的晶間腐蝕傾向，既可腐蝕貧鉻區，又可腐蝕碳化物和a相。采用此法研究00Cr30Ni60Fe10合金耐腐蝕性能的結果表明，此合金的晶間腐蝕傾向主要取決于合金中的碳含量，部分結果見圖3-3-58和圖3-3-59.顯然，當00Cr30Ni60Fe10合金中碳含量≤0.02%時，對合金的耐晶間腐蝕是有利的，但熱處理條件也有重要影響。圖3-3-60系含碳0.05%的00Cr30Ni60Fe10 合金的TTS(時間－溫度－敏化）曲線。由圖可知，在65%HNO₃沸騰溫度下，碳含量為0.05%的0Cr30Ni60Fe10合金在中溫短暫停留便要產生晶間腐蝕。圖3-3-61系合金中鉻、鎳量對晶間腐蝕性能的影響。顯然，含鉻約30%、鎳約60%的合金耐晶間腐蝕性能優良。

  3. 應力腐蝕(shi)

  0Cr30Ni60Fe10合金的耐應力腐蝕性能是令人滿意的。在154℃沸騰MgCl₂溶液中的試驗結果見圖3-3-62.顯然，00Cr30Ni60Fe10合金（即Inconel 690 )處于免疫區。圖3-3-63~圖3-3-66和表3-3-32~表3-3-34均系上Inconel 690 的耐應力腐蝕性能與其他合金相比的試驗結果。顯然，Inconel 690 合金處于優勢。

  4. 冶金因素對00Cr30Ni60Fe10合金耐(nai)應(ying)力腐蝕性(xing)能(neng)的影響

   表3-3-35和圖3-3-67系化學成分、冶煉工藝、蒸發器管材加工工藝以及熱處理對00Cr30Ni60Fe10合金耐應力腐蝕性能的影響。從表3-3-35中可看出，若向此合金中再加入鉬、硼、鈦、鈮等元素，對含Cl^-的300℃高溫水中的耐應力腐蝕性雖并無影響，但在325℃10%NaOH脫氣高溫水中則是有害的；圖3-3-67中的結果表明，00Cr30Ni60Fe10合金的冶煉工藝采用真空或VOD爐外精煉再經電渣重熔；管材生產工藝采用冷軋與冷拔相結合；熱處理采用固溶再經脫敏處理，可以獲得滿意的耐應力腐蝕性能。而單一冷軋工藝生產的管材，耐應力腐蝕性能最差。這些試驗結果，對于國內00Cr30Ni60Fel0 合金管材的生產工藝而言具有參考價值。

  5. Inconel 690 合金在高溫下的抗氧化和抗硫化性能分(fen)別見圖(tu) 3-3-68 和 圖(tu) 3-3-69 及表 3-3-36。

三、力學性能

  表(biao) 3-3-37 和(he) 表(biao) 3-3-38 列(lie)入了  Inconel 690 合金的室溫和(he)中(zhong)溫長(chang)期時效的性能。

  由于 Inconel 690 合金組(zu)織穩定(ding)且(qie)經長期(qi)中(zhong)溫(wen)時(shi)效也無脆性相析出。因此(ci)，該合金在中(zhong)溫(wen)長期(qi)使(shi)用(yong)時(shi)也不會有(you)任何催化(hua)傾向。表 3-3-38 系(xi)實(shi)驗室試驗結果(guo)。

  此合金的(de)(de)室溫力學性(xing)能受熱處理(li)的(de)(de)影響極大。圖3-3-70 中的(de)(de)結果指出，固溶   處理(li)溫度(du)提高，合金的(de)(de)強度(du)下降，塑(su)性(xing)增加(jia)。

  圖3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合(he)金的高溫(wen)瞬時(shi)力學性能(neng)，由(you)圖可知，溫(wen)度高于40℃,此合(he)金的抗拉強(qiang)度迅速降(jiang)低，伸長率(lv)明顯下(xia)降(jiang)。

  圖(tu)3-3-72和(he)圖(tu)3-3-73是00Cr30Ni60Fe10合金的高溫持(chi)久和(he)蠕(ru)變(bian)性能。

四、冷、熱加工性能

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的熱加工一般在1040~1230℃進行，最低(di)的熱變形溫度不低(di)于870℃。

 此合(he)金(jin)(jin)的冷(leng)加工成型性與前述0Cr15Ni75Fe合(he)金(jin)(jin)相似。圖(tu)3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)(jin)的冷(leng)加工硬化行為與其他材(cai)料相比較的結果。

五(wu)、焊接性能

  00Cr30Ni60Fe10合金的焊接性能良好。它可采用1Cr15Ni65Mn7Nb2 焊條和1Cr20Ni67Mn3Nb2 焊絲進行氣體保護焊接。當00Cr30Ni60Fe10 用于HNO₃+HF酸中時，則需要選用1Cr21Ni65Mn9Nb4 焊條和1Cr21Ni65Mn9Nb4 焊絲進行焊接。焊接規范與焊接其他高鎳合金基本相同。

六、熱處理工藝

  若在固溶處理(li)(li)態使用(yong)，00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)的(de)熱(re)(re)處理(li)(li)工藝(yi)為1000~1100℃加熱(re)(re)保溫后快冷。供壓水核反應堆(dui)蒸發器(qi)傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)使用(yong)的(de)00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)(jin)則根(gen)據前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的(de)經驗，需(xu)采(cai)用(yong)固溶處理(li)(li)＋脫敏(min)處理(li)(li)的(de)熱(re)(re)處理(li)(li)工藝(yi)。脫敏(min)處理(li)(li)溫度為～720℃+5~15h時效后冷卻，00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)管(guan)材彎成U型管(guan)后對(dui)于小R的(de)U型管(guan)尚需(xu)進行消除(chu)應力(li)熱(re)(re)處理(li)(li)。

七、物(wu)理性(xing)能

  00Cr30Ni60Fe10合(he)金的物(wu)理性能(neng)見表3-3-39。

八(ba)、應用

  20世紀(ji)80年代(dai)，0Cr30Ni60Fe10合(he)(he)(he)金(jin)(jin)開(kai)始制造(zao)蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)，1991年，法國(guo)采用(yong)此合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)大壓(ya)(ya)水堆(dui)(dui)核(he)電(dian)站(zhan)（1450MW)的(de)(de)(de)四臺蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)投(tou)入了商(shang)業運(yun)行(xing)。雖(sui)然在(zai)(zai)模擬蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)工況(kuang)下(xia)，國(guo)內(nei)外(wai)對此合(he)(he)(he)金(jin)(jin)性能的(de)(de)(de)評估(gu)仍在(zai)(zai)進(jin)行(xing)，但總的(de)(de)(de)來說，已投(tou)人運(yun)行(xing)的(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)(he)金(jin)(jin)制蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)情況(kuang)良(liang)好。我(wo)國(guo)自法國(guo)引進(jin)的(de)(de)(de)大亞灣和嶺澳核(he)電(dian)站(zhan)的(de)(de)(de)蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)的(de)(de)(de)傳(chuan)熱(re)管均為00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)(he)金(jin)(jin)管材制造(zao)。目前 00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)(he)金(jin)(jin)已擴大用(yong)于制造(zao)壓(ya)(ya)水堆(dui)(dui)壓(ya)(ya)力(li)容器(qi)的(de)(de)(de)穿透(tou)件和控制棒驅動機構的(de)(de)(de)零部件代(dai)替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和0Cr15Ni75Fe.國(guo)外(wai)已開(kai)始用(yong)00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)(he)金(jin)(jin)全面代(dai)替壓(ya)(ya)水堆(dui)(dui)原用(yong)的(de)(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄羅斯雖(sui)然仍然采用(yong)價廉的(de)(de)(de)0Cr18Ni10Ti不銹鋼做臥式蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)的(de)(de)(de)傳(chuan)熱(re)管，但要防止水質超標(biao)，或蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)在(zai)(zai)沿海(hai)海(hai)洋大氣(qi)中維護不當，否則其傳(chuan)熱(re)管易產生應力(li)腐蝕破壞的(de)(de)(de)危險。