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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金是一種(zhong)在壓(ya)水(shui)堆蒸(zheng)發(fa)(fa)器(qi)傳(chuan)熱管工況條件(jian)(jian)下，耐應力(li)腐蝕等性能更為(wei)優良的新三代合(he)金(jin)。此(ci)合(he)金(jin)自1972年(nian)公開(kai)發(fa)(fa)表至今已近(jin)40年(nian)。圖3-3-54和圖3-3-55是發(fa)(fa)表此(ci)合(he)金(jin)時的部分主要試(shi)驗(yan)結果。它實際(ji)上(shang)是在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)金(jin)基礎上(shang)提高(gao)鉻(ge)含(han)量(liang)的一種(zhong)改進(jin)型(xing)(xing)合(he)金(jin)。自1982年(nian)起，此(ci)合(he)金(jin)開(kai)始制造壓(ya)水(shui)動力(li)堆的蒸(zheng)發(fa)(fa)器(qi)U型(xing)(xing)管，目(mu)前國外(wai)已廣(guang)泛用(yong)于(yu)壓(ya)水(shui)堆核電廠的蒸(zheng)發(fa)(fa)器(qi)中并開(kai)始在堆內構件(jian)(jian)的一些部件(jian)(jian)上(shang)應用(yong)。目(mu)前，國內自國外(wai)已大量(liang)引進(jin)的大型(xing)(xing)壓(ya)水(shui)堆核電廠的蒸(zheng)發(fa)(fa)器(qi)傳(chuan)熱管也均(jun)采用(yong)此(ci)合(he)金(jin)。

一、化學成(cheng)分和組織特點

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的化學成(cheng)分(fen)見表(biao)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(shi)性能(neng)

  1. 全(quan)面(mian)腐蝕(shi)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)(nai)全(quan)面腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)性能見(jian)表3-3-31。在(zai)300~350℃高溫(wen)高壓水中(zhong)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性良(liang)好，腐(fu)蝕(shi)速(su)率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合(he)金(jin)(jin)在(zai)316℃動水中(zhong)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性見(jian)圖(tu)3-3-57.從圖(tu)中(zhong)可知，由于(yu)00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)(jin)鉻含量(liang)高，所以其(qi)耐(nai)(nai)蝕(shi)性優于(yu)Inconel 600和(he)Incoloyl 800合(he)金(jin)(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(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(jin)因(yin)素對00Cr30Ni60Fe10合金(jin)耐應力腐蝕性能(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(he)金在高(gao)溫(wen)下的抗氧化和(he)抗硫化性能(neng)分別(bie)見圖 3-3-68 和(he) 圖 3-3-69 及(ji)表 3-3-36。

三、力學性能

  表(biao) 3-3-37 和(he) 表(biao) 3-3-38 列入了  Inconel 690 合金的(de)室溫和(he)中溫長期時效的(de)性能(neng)。

  由于 Inconel 690 合(he)金組織穩(wen)定且(qie)經長期中溫(wen)時(shi)效也(ye)無脆性相析出。因此，該合(he)金在(zai)中溫(wen)長期使用時(shi)也(ye)不會(hui)有任何催(cui)化傾向。表 3-3-38 系(xi)實驗(yan)室(shi)試(shi)驗(yan)結果。

  此(ci)合金的室溫力學性能受(shou)熱處理的影響極大。圖3-3-70 中的結(jie)果指出，固溶   處理溫度提(ti)高，合金的強(qiang)度下降(jiang)，塑性增加。

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

  圖(tu)3-3-72和圖(tu)3-3-73是00Cr30Ni60Fe10合金(jin)的高溫持久和蠕變性能(neng)。

四、冷、熱加工性(xing)能(neng)

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的熱加工一(yi)般在1040~1230℃進行，最低的熱變形(xing)溫(wen)度不低于870℃。

 此合(he)金的冷加(jia)(jia)工成型性與(yu)前述0Cr15Ni75Fe合(he)金相似。圖3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合(he)金的冷加(jia)(jia)工硬化行為(wei)與(yu)其(qi)他材料(liao)相比較的結果。

五、焊(han)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(liu)、熱(re)處理工藝

  若在固溶處理(li)(li)態使用(yong)，00Cr30Ni60Fe10合金的熱(re)處理(li)(li)工藝(yi)為1000~1100℃加(jia)熱(re)保溫后快冷。供壓水核反應堆(dui)蒸發器傳熱(re)管使用(yong)的00Cr30Ni60Fe10 合金則根(gen)據前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的經(jing)驗，需采用(yong)固溶處理(li)(li)＋脫敏處理(li)(li)的熱(re)處理(li)(li)工藝(yi)。脫敏處理(li)(li)溫度為～720℃+5~15h時(shi)效(xiao)后冷卻，00Cr30Ni60Fe10合金管材彎(wan)成U型(xing)管后對于小R的U型(xing)管尚需進行消除(chu)應力熱(re)處理(li)(li)。

七、物理性能

  00Cr30Ni60Fe10合金(jin)的(de)物(wu)理性能見表3-3-39。

八、應用(yong)

  20世紀80年代，0Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金開(kai)(kai)始制(zhi)(zhi)造蒸(zheng)發器(qi)，1991年，法國(guo)采(cai)用此合(he)(he)金的(de)(de)(de)大(da)壓(ya)水(shui)堆(dui)核電(dian)站(zhan)（1450MW)的(de)(de)(de)四臺蒸(zheng)發器(qi)投入了商業運行(xing)。雖然(ran)在模擬蒸(zheng)發器(qi)工況(kuang)下，國(guo)內外(wai)對(dui)此合(he)(he)金性能的(de)(de)(de)評估仍在進(jin)(jin)行(xing)，但(dan)總(zong)的(de)(de)(de)來說，已(yi)投人運行(xing)的(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金制(zhi)(zhi)蒸(zheng)發器(qi)的(de)(de)(de)運行(xing)情況(kuang)良好。我國(guo)自法國(guo)引進(jin)(jin)的(de)(de)(de)大(da)亞(ya)灣和(he)嶺澳核電(dian)站(zhan)的(de)(de)(de)蒸(zheng)發器(qi)的(de)(de)(de)傳熱(re)管均為00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金管材制(zhi)(zhi)造。目(mu)前 00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金已(yi)擴大(da)用于(yu)制(zhi)(zhi)造壓(ya)水(shui)堆(dui)壓(ya)力容器(qi)的(de)(de)(de)穿透件(jian)和(he)控制(zhi)(zhi)棒驅動機構的(de)(de)(de)零部件(jian)代替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和(he)0Cr15Ni75Fe.國(guo)外(wai)已(yi)開(kai)(kai)始用00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金全面代替壓(ya)水(shui)堆(dui)原用的(de)(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄(e)羅斯雖然(ran)仍然(ran)采(cai)用價廉的(de)(de)(de)0Cr18Ni10Ti不(bu)銹鋼做臥式蒸(zheng)發器(qi)的(de)(de)(de)傳熱(re)管，但(dan)要防(fang)止水(shui)質超(chao)標，或蒸(zheng)發器(qi)在沿(yan)海海洋大(da)氣中維護(hu)不(bu)當，否(fou)則其(qi)傳熱(re)管易產生應力腐蝕(shi)破壞的(de)(de)(de)危(wei)險(xian)。