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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金是一種在(zai)壓水堆(dui)(dui)蒸發(fa)器傳熱(re)管工(gong)況條件下，耐應力腐蝕(shi)等性能更為(wei)優良的(de)(de)新(xin)三代合金(jin)(jin)(jin)。此合金(jin)(jin)(jin)自1972年公開(kai)(kai)發(fa)表(biao)至今已近40年。圖3-3-54和圖3-3-55是發(fa)表(biao)此合金(jin)(jin)(jin)時的(de)(de)部(bu)分(fen)主要(yao)試(shi)驗結果。它實(shi)際(ji)上(shang)(shang)是在(zai)0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合金(jin)(jin)(jin)基礎上(shang)(shang)提(ti)高鉻含量的(de)(de)一種改進(jin)型(xing)(xing)合金(jin)(jin)(jin)。自1982年起，此合金(jin)(jin)(jin)開(kai)(kai)始制造壓水動力堆(dui)(dui)的(de)(de)蒸發(fa)器U型(xing)(xing)管，目前國外已廣泛用于壓水堆(dui)(dui)核電廠(chang)的(de)(de)蒸發(fa)器中并(bing)開(kai)(kai)始在(zai)堆(dui)(dui)內構件的(de)(de)一些部(bu)件上(shang)(shang)應用。目前，國內自國外已大量引進(jin)的(de)(de)大型(xing)(xing)壓水堆(dui)(dui)核電廠(chang)的(de)(de)蒸發(fa)器傳熱(re)管也(ye)均采用此合金(jin)(jin)(jin)。

一、化學成分和組織特(te)點

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金的化學成分(fen)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(er)、耐腐蝕性能

  1. 全面腐蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)的(de)(de)耐(nai)全面腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)性能見表3-3-31。在(zai)300~350℃高(gao)溫高(gao)壓(ya)水(shui)中的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性良好，腐(fu)蝕(shi)速率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)在(zai)316℃動(dong)水(shui)中的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性見圖(tu)3-3-57.從圖(tu)中可(ke)知，由(you)于00Cr30Ni60Fe10合金(jin)鉻(ge)含量(liang)高(gao)，所以其(qi)耐(nai)蝕(shi)性優于Inconel 600和Incoloyl 800合金(jin)。

  2. 晶間腐(fu)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(li)腐蝕

  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(su)對00Cr30Ni60Fe10合金耐應力腐蝕(shi)性能(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別見圖 3-3-68 和 圖 3-3-69 及(ji)表 3-3-36。

三、力學性能(neng)

  表(biao) 3-3-37 和 表(biao) 3-3-38 列入了  Inconel 690 合金的(de)室(shi)溫和中溫長(chang)期時效的(de)性(xing)能。

  由于 Inconel 690 合金組織穩定(ding)且(qie)經長(chang)(chang)期中溫時效(xiao)也無脆性相(xiang)析出。因(yin)此(ci)，該合金在中溫長(chang)(chang)期使用(yong)時也不(bu)會(hui)有任何催(cui)化傾向。表 3-3-38 系(xi)實驗(yan)室試驗(yan)結果。

  此合金(jin)的(de)室溫力學性(xing)能受熱處(chu)(chu)理的(de)影響極大。圖3-3-70 中的(de)結(jie)果指出，固溶   處(chu)(chu)理溫度提高，合金(jin)的(de)強度下降，塑性(xing)增(zeng)加。

  圖3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合金(jin)的(de)高(gao)溫瞬(shun)時力學性能(neng)，由(you)圖可(ke)知(zhi)，溫度高(gao)于40℃,此合金(jin)的(de)抗(kang)拉強度迅速降(jiang)低，伸長率明(ming)顯(xian)下降(jiang)。

  圖3-3-72和(he)(he)圖3-3-73是00Cr30Ni60Fe10合金的(de)高溫(wen)持久和(he)(he)蠕(ru)變性(xing)能(neng)。

四、冷、熱加工(gong)性能

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的(de)熱加工一(yi)般(ban)在(zai)1040~1230℃進行，最低(di)的(de)熱變形(xing)溫(wen)度不低(di)于870℃。

 此合(he)(he)金(jin)的(de)冷加工成型性(xing)與(yu)前述0Cr15Ni75Fe合(he)(he)金(jin)相(xiang)似。圖3-3-74系(xi)00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)的(de)冷加工硬化行為與(yu)其他材料相(xiang)比(bi)較(jiao)的(de)結果。

五、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(gu)溶處(chu)(chu)理(li)(li)態使用(yong)(yong)，00Cr30Ni60Fe10合(he)金的熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)理(li)(li)工藝為(wei)1000~1100℃加熱(re)(re)(re)保溫后快冷。供壓水核反應(ying)堆蒸發(fa)器傳熱(re)(re)(re)管使用(yong)(yong)的00Cr30Ni60Fe10 合(he)金則(ze)根(gen)據前(qian)述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的經驗，需采用(yong)(yong)固(gu)溶處(chu)(chu)理(li)(li)＋脫(tuo)敏處(chu)(chu)理(li)(li)的熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)理(li)(li)工藝。脫(tuo)敏處(chu)(chu)理(li)(li)溫度為(wei)～720℃+5~15h時效后冷卻，00Cr30Ni60Fe10合(he)金管材彎成(cheng)U型管后對于小R的U型管尚需進行消除(chu)應(ying)力熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)理(li)(li)。

七、物理性能

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

八(ba)、應用

  20世紀80年代，0Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)(jin)開(kai)始制(zhi)造蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)，1991年，法國(guo)采用此合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)壓水(shui)堆(dui)核電站（1450MW)的(de)(de)(de)(de)(de)四(si)臺蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)投入(ru)了商業(ye)運(yun)行。雖然在(zai)模擬蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)工況下(xia)，國(guo)內外對(dui)此合(he)金(jin)(jin)性能的(de)(de)(de)(de)(de)評估仍(reng)(reng)在(zai)進行，但(dan)總的(de)(de)(de)(de)(de)來說，已投人運(yun)行的(de)(de)(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)金(jin)(jin)制(zhi)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)行情況良好。我國(guo)自法國(guo)引(yin)進的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)亞(ya)灣和嶺澳核電站的(de)(de)(de)(de)(de)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)傳熱(re)管均為00Cr30Ni60Fe10 合(he)金(jin)(jin)管材制(zhi)造。目前 00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)(jin)已擴大(da)用于(yu)制(zhi)造壓水(shui)堆(dui)壓力容器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)穿透件(jian)和控(kong)制(zhi)棒驅動機(ji)構的(de)(de)(de)(de)(de)零部件(jian)代替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和0Cr15Ni75Fe.國(guo)外已開(kai)始用00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)(jin)全面(mian)代替壓水(shui)堆(dui)原用的(de)(de)(de)(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄羅斯雖然仍(reng)(reng)然采用價廉的(de)(de)(de)(de)(de)0Cr18Ni10Ti不銹鋼(gang)做臥式蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)傳熱(re)管，但(dan)要(yao)防止水(shui)質超(chao)標(biao)，或蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)在(zai)沿(yan)海海洋大(da)氣(qi)中維護不當，否則其傳熱(re)管易產生應力腐(fu)蝕破壞的(de)(de)(de)(de)(de)危險(xian)。