奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼具有(you)面(mian)心立(li)方晶體(ti)結構,無(wu)磁性,不(bu)能通過熱處理強化,只能采用(yong)冷(leng)加工強化手(shou)段(duan)提高強度(du)。由于其(qi)(qi)耐蝕,良好的(de)常溫(wen)和(he)低溫(wen)韌性、易成型性和(he)良好的(de)可(ke)焊性而廣泛應(ying)用(yong)于各工業領域和(he)日常消費領域。奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼產(chan)量(liang)約占不(bu)銹鋼產(chan)量(liang)的(de)70%,其(qi)(qi)產(chan)品(pin)涵蓋板(ban)、管、絲、帶、棒材、鍛(duan)件(jian)等幾(ji)乎所有(you)的(de)冶金產(chan)品(pin)類型。
( 控氮00C17N12Mo2)316NG不銹鋼(gang),是為解決316不銹鋼在沸水核動力堆出現IGSCC而發展起來的鋼種。此鋼具有良好的抗敏化能力,進而提高了它在反應堆高溫水環境中的耐IGSCC(晶間應力腐蝕破裂)能力。
在沸水堆運行過程中,曾發生常規的奧氏體不銹鋼(304、316)管道材料IGSCC,為此,美國的GE公司開發了304NG和316NG(NG代表核級),此類鋼既具有304不銹鋼和316不銹鋼的強度水平又具有304L不銹鋼、316L不銹鋼的耐晶間腐蝕能力,整個研究工作于1982年完成,先后用于沸水堆和壓水堆,日本已將316NG不銹鋼用于壓水堆主管道。法國針對壓水堆的主管道的工況條件,于20世紀70年代對能夠用于主管道的三類奧氏不銹鋼進行了深入研究,結果均不理想。第一類為穩定化型奧氏體不銹鋼,如321不銹鋼和347不銹鋼,這類鋼能夠滿足壓水堆主管道的核規范的強度和耐蝕性要求,但其焊接性能不如304和316,況且因有鈦和鈮的加入,生產難度較大,加之TiN、NbN夾雜將對后期彎管加工制造產生不利影響;第二類為標準型的304和316型奧氏體不銹鋼,這類鋼在早期反應堆中已得到應用,強度水平可滿足規范要求,但鋼中的碳含量較高,耐晶間腐蝕能力不足,厚截面材料焊后易遭受晶間腐蝕,這是導致管道材料晶間型應力腐蝕破裂的主要誘發因素;第三類為超低碳型奧氏體不銹鋼304L、316L,兩者耐晶間腐蝕、焊接性能、加工性能均很優異,但最大的不足是強度水平低,不能滿足核規程要求。
鑒于(yu)對上(shang)述(shu)三類(lei)鋼分析(xi),法國的(de)材料(liao)(liao)研究工作者致力于(yu)開發一(yi)(yi)種在合(he)金成(cheng)分上(shang)不(bu)(bu)脫離(li)核動力用鋼的(de)標(biao)準(zhun)規定范圍,力學性(xing)能與(yu)標(biao)準(zhun)型316不(bu)(bu)銹(xiu)鋼相當,耐(nai)晶間腐蝕性(xing)能不(bu)(bu)低于(yu)超低碳的(de)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼。從單純技術角度出發,AISI316LN可滿足上(shang)述(shu)要(yao)求(qiu),但(dan)316LN屬于(yu)新鋼種,其中(zhong)氮(dan)的(de)含量超出AISI316L和AISI316規定范圍。這種變化將會使(shi)根(gen)據316奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼長期使(shi)用經驗,并花費了大量時(shi)間和投資(zi)獲得的(de)核規范付之東流,這種現實無法被接受。于(yu)是法國于(yu)20世(shi)紀70年代中(zhong)期研制出一(yi)(yi)種控氮(dan)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼,稱ICL167CN,在RCC-M標(biao)準(zhun)中(zhong)為Z2CND18-12.這種材料(liao)(liao)的(de)研究技術思路與(yu)316NG一(yi)(yi)致,但(dan)鋼中(zhong)的(de)碳、氮(dan)含量有(you)些差(cha)別。
我國于20世紀80年代中期開(kai)始研究控氮00Cr17Ni12Mo2鋼,用(yong)于壓水核動力堆(dui)主管道。其(qi)工業產品性(xing)能水平均達到或(huo)超過國外產品。
一、化(hua)學成分
( 控(kong)氮00C17Ni12Mo2)316NG不銹鋼的化學成份見表1-166。
二、室溫(wen)和(he)350℃的力學性能
( 控氮00C17N12Mo2)316NG不銹鋼在不同國家標準中規定的(de)室溫和300℃、350℃的(de)力學性能指標有(you)所差別(見(jian)表(biao) 1-167).工業產品(pin)的(de)實際測定結(jie)果見(jian)表(biao) 1-168、表(biao) 1-169和 表(biao)1-170.
鋼的(de)(de)固(gu)溶處理溫度與室溫和350℃的(de)(de)力學性能之間的(de)(de)關系見(jian)圖 1-200 和 圖1-201 。
三、疲勞和(he)斷裂韌(ren)性
( 控氮00C17N12Mo2)316NG不銹鋼的室(shi)溫疲勞(lao)性(xing)能見圖(tu) 1-202 和 圖(tu) 1-203 。其疲勞(lao)性(xing)能優于(yu)316L不銹鋼 。
斷裂(lie)韌性采(cai)用J積(ji)分(fen)積(ji)確定,試樣(yang)尺寸(cun)為(wei)14mm x 28mm x 130mm,中間線切(qie)割(ge)并開疲勞裂(lie)紋,其值為(wei):J1c=885.4kN/m K1c=421.3MPam1/2 。
四、持(chi)久性能
( 控(kong)氮00C17N12Mo2)316NG不銹(xiu)鋼的(de) 550℃ 和 600℃ 和 600℃ 的(de)持久強度(du)優(you)于ASME規范(fan)中的(de)316L不銹(xiu)鋼,見圖(tu)1-204。
五、耐蝕性
a. 均勻(yun)腐蝕
鋼的耐均勻腐蝕性能優于非控氮的00Cr17Ni14Mo2,在硝酸中的耐蝕性見圖1-205。其腐蝕率明顯優于321下個。在1NH2SO4中的極化行為見圖1-206。
該(gai)鋼較(jiao)( 00Cr17Ni12Mo2 )316L不銹鋼易于(yu)鈍化,在反應堆高(gao)溫高(gao)壓水環(huan)境中的腐蝕量與金屬釋(shi)放量與試驗時間(jian)的關系曲線見圖1-207。
b. 敏化(hua)和晶(jing)間腐蝕
(控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不(bu)銹(xiu)鋼(gang)具(ju)有極(ji)好的(de)抵(di)抗敏化能力(li)和耐晶(jing)間腐蝕性能,即(ji)便是長(chang)時間敏化處理(700℃ x 100h)其再(zai)活化率(lv)Ra值也達(da)不(bu)到(dao)10%,而( 00Cr17Ni12Mo2 )316L不(bu)銹(xiu)鋼(gang)僅經700℃ x 2h 敏化,再(zai)活率(lv)就能達(da)到(dao)10%,其TTS見(jian)圖(tu)1-208。
c. 點腐蝕
(控氮(dan)00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼,由于(yu)氮(dan)的加(jia)入,其耐點腐蝕性能明顯(xian)優于(yu) 321不銹鋼,見表 1-171。
d. 應力腐蝕
(控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼在42% 沸騰 MgCl2 和 高溫高壓水中的應力腐蝕行為分別見表 1-172 和 1-173 。
六、工藝性能
(控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼(gang)的(de)工(gong)藝性能類(lei)似于(yu) 316不銹鋼(gang) 和 316L不銹鋼(gang),生產板、管、絲帶等(deng)冶金產品無特殊(shu)困難。推(tui)薦的(de)熱(re)加工(gong)溫(wen)度(du)(du)范(fan)(fan)圍為(wei)1000~1250℃.鋼(gang)的(de)熱(re)處理固溶溫(wen)度(du)(du)范(fan)(fan)圍較寬(kuan),在1020~1130℃之間均(jun)可,可根據(ju)材料截面(mian)尺寸和品種進行選(xuan)擇(ze)。
(控氮(dan)00Cr17Ni12Mo2)316NG不(bu)銹(xiu)鋼焊接(jie)性能良(liang)好,一些焊接(jie)參數可參照 316L不(bu)銹(xiu)鋼,手工(gong)鎢極(ji)氬(ya)弧(hu)焊焊絲推薦采用H00Cr17Ni12Mo2,手工(gong)電弧(hu)焊焊條為CHS022NG。
七、物理性(xing)能(neng)
比(bi)重:8.04。線膨脹系數(shu)、彈性(xing)模量(liang)、切變模量(liang)、泊桑比(bi)、導熱系數(shu)、比(bi)熱的(de)數(shu)據見圖1-210至圖1-213。
八、應(ying)用
(控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼(gang)主(zhu)要(yao)應用(yong)于壓水(shui)堆主(zhu)管(guan)(guan)道,1、2、3級設備(bei)(bei)(bei)(bei)用(yong)鍛件、沖壓件,熱交 換器冷精整無縫鋼(gang)管(guan)(guan)、設備(bei)(bei)(bei)(bei)用(yong)鋼(gang)管(guan)(guan);設備(bei)(bei)(bei)(bei)和輔(fu)助設備(bei)(bei)(bei)(bei)用(yong)焊(han)接件;堆用(yong)構(gou)件用(yong)螺栓(shuan)等。在沸水(shui)堆中主(zhu)要(yao)用(yong)于耐IGSCC的管(guan)(guan)路等。
由于(控氮(dan)00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼的(de)力學性能和(he)耐蝕性能的(de)良(liang)好配合,亦可廣泛應(ying)用于化學加(jia)工(gong)工(gong)業,用以制(zhi)造換熱器(qi)、容器(qi)、管道等。