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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金是(shi)一(yi)(yi)種在壓水(shui)(shui)堆蒸(zheng)(zheng)發器(qi)傳(chuan)熱管(guan)工況(kuang)條件(jian)下(xia)，耐應(ying)力腐蝕等性能更(geng)為優良的(de)新三代合(he)(he)(he)(he)金(jin)。此(ci)合(he)(he)(he)(he)金(jin)自(zi)1972年(nian)(nian)公開(kai)發表至今(jin)已近40年(nian)(nian)。圖3-3-54和圖3-3-55是(shi)發表此(ci)合(he)(he)(he)(he)金(jin)時(shi)的(de)部(bu)分主要試(shi)驗結果。它實際上是(shi)在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)(he)(he)(he)金(jin)基礎上提(ti)高鉻含量(liang)的(de)一(yi)(yi)種改進(jin)型合(he)(he)(he)(he)金(jin)。自(zi)1982年(nian)(nian)起(qi)，此(ci)合(he)(he)(he)(he)金(jin)開(kai)始(shi)(shi)制造壓水(shui)(shui)動(dong)力堆的(de)蒸(zheng)(zheng)發器(qi)U型管(guan)，目前國(guo)外(wai)(wai)已廣泛用(yong)于壓水(shui)(shui)堆核(he)電(dian)廠的(de)蒸(zheng)(zheng)發器(qi)中并開(kai)始(shi)(shi)在堆內構件(jian)的(de)一(yi)(yi)些部(bu)件(jian)上應(ying)用(yong)。目前，國(guo)內自(zi)國(guo)外(wai)(wai)已大量(liang)引進(jin)的(de)大型壓水(shui)(shui)堆核(he)電(dian)廠的(de)蒸(zheng)(zheng)發器(qi)傳(chuan)熱管(guan)也均采用(yong)此(ci)合(he)(he)(he)(he)金(jin)。

一、化學成分和組織特點

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的化學成分見表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(er)、耐腐蝕性能

  1. 全面(mian)腐蝕(shi)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的耐(nai)全面腐(fu)蝕(shi)的性(xing)能見(jian)表3-3-31。在(zai)300~350℃高(gao)溫高(gao)壓水(shui)中(zhong)的耐(nai)蝕(shi)性(xing)良好，腐(fu)蝕(shi)速率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合金在(zai)316℃動水(shui)中(zhong)的耐(nai)蝕(shi)性(xing)見(jian)圖3-3-57.從(cong)圖中(zhong)可知，由于00Cr30Ni60Fe10合金鉻含量高(gao)，所以(yi)其耐(nai)蝕(shi)性(xing)優于Inconel 600和Incoloyl 800合金。

  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(fu)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. 冶金因素對00Cr30Ni60Fe10合金耐(nai)應(ying)力腐蝕性能的(de)影(ying)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(kang)氧化(hua)和(he)抗(kang)硫(liu)化(hua)性能分別見圖(tu) 3-3-68 和(he) 圖(tu) 3-3-69 及表 3-3-36。

三、力學性能

  表 3-3-37 和 表 3-3-38 列(lie)入了(le)  Inconel 690 合金的(de)室溫和中(zhong)溫長期時(shi)效的(de)性能。

  由(you)于 Inconel 690 合金(jin)組(zu)織穩定且經長期中(zhong)溫(wen)時效也(ye)無脆性相析出。因此，該合金(jin)在中(zhong)溫(wen)長期使用時也(ye)不(bu)會有任(ren)何催化傾向。表 3-3-38 系實驗室試驗結(jie)果。

  此合金的室溫(wen)力(li)學(xue)性能受熱處理的影響(xiang)極大。圖3-3-70 中的結果指出，固(gu)溶   處理溫(wen)度(du)提高，合金的強度(du)下降(jiang)，塑性增加。

  圖(tu)3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合金的高溫瞬時力學性能，由圖(tu)可(ke)知，溫度高于40℃,此(ci)合金的抗拉強度迅速(su)降低，伸長率明顯(xian)下降。

  圖3-3-72和圖3-3-73是00Cr30Ni60Fe10合金(jin)的(de)高溫持久和蠕(ru)變(bian)性能。

四、冷、熱加工性(xing)能

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的熱(re)加工一般在1040~1230℃進(jin)行，最低(di)的熱(re)變形溫度(du)不低(di)于870℃。

 此合(he)金的冷加工成(cheng)型(xing)性與前述(shu)0Cr15Ni75Fe合(he)金相(xiang)似。圖3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合(he)金的冷加工硬化行為與其他材料相(xiang)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(li)工藝

  若在固溶(rong)處(chu)理(li)(li)(li)(li)態使用(yong)(yong)，00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金的熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)工(gong)藝(yi)(yi)為1000~1100℃加熱(re)(re)保溫(wen)后(hou)快冷。供壓(ya)水核(he)反應(ying)堆蒸發器(qi)傳熱(re)(re)管(guan)使用(yong)(yong)的00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金則根(gen)據(ju)前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的經驗(yan)，需采用(yong)(yong)固溶(rong)處(chu)理(li)(li)(li)(li)＋脫敏處(chu)理(li)(li)(li)(li)的熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)工(gong)藝(yi)(yi)。脫敏處(chu)理(li)(li)(li)(li)溫(wen)度為～720℃+5~15h時效(xiao)后(hou)冷卻，00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金管(guan)材(cai)彎成U型(xing)管(guan)后(hou)對于(yu)小R的U型(xing)管(guan)尚需進行消(xiao)除應(ying)力(li)熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)。

七、物(wu)理性(xing)能

  00Cr30Ni60Fe10合(he)金的(de)物理(li)性能見表3-3-39。

八(ba)、應用

  20世紀80年代(dai)，0Cr30Ni60Fe10合(he)(he)(he)(he)金開(kai)始(shi)制造(zao)(zao)蒸(zheng)發(fa)器(qi)，1991年，法國(guo)采用此合(he)(he)(he)(he)金的(de)(de)(de)大壓水(shui)堆核電(dian)站(zhan)（1450MW)的(de)(de)(de)四臺蒸(zheng)發(fa)器(qi)投入了(le)商業運行(xing)。雖然(ran)(ran)在模擬蒸(zheng)發(fa)器(qi)工況(kuang)下，國(guo)內外(wai)對此合(he)(he)(he)(he)金性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)評(ping)估仍在進(jin)行(xing)，但(dan)總的(de)(de)(de)來說，已(yi)(yi)投人運行(xing)的(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)(he)(he)金制蒸(zheng)發(fa)器(qi)的(de)(de)(de)運行(xing)情況(kuang)良(liang)好。我國(guo)自(zi)法國(guo)引進(jin)的(de)(de)(de)大亞灣和嶺(ling)澳核電(dian)站(zhan)的(de)(de)(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)熱(re)管均為00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)(he)(he)金管材(cai)制造(zao)(zao)。目前 00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)(he)(he)金已(yi)(yi)擴(kuo)大用于(yu)制造(zao)(zao)壓水(shui)堆壓力容器(qi)的(de)(de)(de)穿透件(jian)(jian)和控制棒驅動(dong)機構的(de)(de)(de)零部件(jian)(jian)代(dai)替(ti)0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和0Cr15Ni75Fe.國(guo)外(wai)已(yi)(yi)開(kai)始(shi)用00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)(he)(he)金全面(mian)代(dai)替(ti)壓水(shui)堆原(yuan)用的(de)(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄羅斯雖然(ran)(ran)仍然(ran)(ran)采用價廉的(de)(de)(de)0Cr18Ni10Ti不銹鋼做臥(wo)式蒸(zheng)發(fa)器(qi)的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)熱(re)管，但(dan)要防(fang)止水(shui)質超(chao)標，或(huo)蒸(zheng)發(fa)器(qi)在沿海(hai)(hai)海(hai)(hai)洋大氣(qi)中維護不當，否(fou)則(ze)其(qi)傳(chuan)(chuan)熱(re)管易產生應力腐蝕(shi)破壞的(de)(de)(de)危險(xian)。