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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)是(shi)一種在壓(ya)(ya)水堆(dui)(dui)蒸發器(qi)傳(chuan)熱管工況條(tiao)件(jian)下，耐應力腐蝕等性能更為優良的(de)(de)新(xin)三(san)代合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。此合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)自1972年公開發表至今已(yi)近40年。圖3-3-54和圖3-3-55是(shi)發表此合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)時的(de)(de)部(bu)(bu)分主(zhu)要試驗結果。它實際上是(shi)在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)基(ji)礎上提高鉻(ge)含量的(de)(de)一種改進型合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。自1982年起，此合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)開始制造壓(ya)(ya)水動力堆(dui)(dui)的(de)(de)蒸發器(qi)U型管，目(mu)前國(guo)外(wai)已(yi)廣泛用于(yu)壓(ya)(ya)水堆(dui)(dui)核(he)電廠(chang)的(de)(de)蒸發器(qi)中并開始在堆(dui)(dui)內(nei)構件(jian)的(de)(de)一些部(bu)(bu)件(jian)上應用。目(mu)前，國(guo)內(nei)自國(guo)外(wai)已(yi)大量引(yin)進的(de)(de)大型壓(ya)(ya)水堆(dui)(dui)核(he)電廠(chang)的(de)(de)蒸發器(qi)傳(chuan)熱管也均采用此合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。

一、化學成(cheng)分和組(zu)織特點

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)的化學成分見(jian)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、耐腐蝕(shi)性能

  1. 全面腐蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金(jin)的耐全(quan)面腐蝕(shi)的性能見表3-3-31。在300~350℃高溫高壓(ya)水中(zhong)的耐蝕(shi)性良(liang)好，腐蝕(shi)速率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合(he)金(jin)在316℃動水中(zhong)的耐蝕(shi)性見圖3-3-57.從圖中(zhong)可知，由(you)于00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)鉻含量高，所以(yi)其耐蝕(shi)性優(you)于Inconel 600和Incoloyl 800合(he)金(jin)。

  2. 晶間腐蝕(shi)

   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(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(ye)金因素對00Cr30Ni60Fe10合金耐應力腐蝕性能的影響

   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(xia)的抗氧(yang)化和(he)抗硫化性(xing)能分別見圖 3-3-68 和(he) 圖 3-3-69 及(ji)表 3-3-36。

三、力學性能(neng)

  表(biao) 3-3-37 和(he) 表(biao) 3-3-38 列入了(le)  Inconel 690 合金的室溫和(he)中溫長(chang)期時效的性能。

  由于 Inconel 690 合金(jin)組織(zhi)穩(wen)定且經長(chang)期中溫時效也(ye)無脆性(xing)相析出。因(yin)此，該合金(jin)在(zai)中溫長(chang)期使用時也(ye)不會有任何催(cui)化傾向。表 3-3-38 系實驗(yan)室試驗(yan)結果。

  此合(he)(he)金的(de)室溫力(li)學性能受熱處(chu)理(li)的(de)影響極大。圖3-3-70 中(zhong)的(de)結果指出，固溶   處(chu)理(li)溫度提高(gao)，合(he)(he)金的(de)強度下降，塑性增(zeng)加。

  圖3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合金(jin)的高溫(wen)瞬(shun)時力學性(xing)能，由圖可(ke)知，溫(wen)度高于40℃,此合金(jin)的抗拉強度迅速(su)降(jiang)低，伸長率(lv)明顯下降(jiang)。

  圖3-3-72和圖3-3-73是00Cr30Ni60Fe10合金的高溫持(chi)久和蠕變(bian)性(xing)能。

四、冷、熱加工性能

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的(de)熱(re)加工(gong)一般在1040~1230℃進(jin)行，最低的(de)熱(re)變形溫度(du)不低于(yu)870℃。

 此合金(jin)的冷(leng)加工成型性與前述0Cr15Ni75Fe合金(jin)相似。圖3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合金(jin)的冷(leng)加工硬化行(xing)為與其他(ta)材(cai)料相比較的結果。

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、熱(re)處理工藝

  若在(zai)固溶(rong)處(chu)理(li)(li)態使(shi)用，00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金的熱(re)處(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)藝為1000~1100℃加熱(re)保(bao)溫(wen)(wen)后快冷。供壓水核反應(ying)堆(dui)蒸發器傳熱(re)管(guan)使(shi)用的00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金則根據前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的經(jing)驗，需(xu)采用固溶(rong)處(chu)理(li)(li)＋脫(tuo)敏處(chu)理(li)(li)的熱(re)處(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)藝。脫(tuo)敏處(chu)理(li)(li)溫(wen)(wen)度為～720℃+5~15h時效后冷卻，00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金管(guan)材彎成U型(xing)管(guan)后對(dui)于小R的U型(xing)管(guan)尚需(xu)進行消除(chu)應(ying)力熱(re)處(chu)理(li)(li)。

七、物理(li)性能

  00Cr30Ni60Fe10合金的物理(li)性能見表(biao)3-3-39。

八、應用

  20世紀80年代(dai)，0Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)(jin)開(kai)(kai)始制造(zao)蒸(zheng)發器(qi)(qi)，1991年，法國(guo)(guo)采用(yong)此合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)壓水堆(dui)核電(dian)站（1450MW)的(de)(de)(de)(de)四臺蒸(zheng)發器(qi)(qi)投入了商業運(yun)(yun)行(xing)。雖(sui)然在模擬蒸(zheng)發器(qi)(qi)工(gong)況下，國(guo)(guo)內外對此合(he)金(jin)(jin)性能的(de)(de)(de)(de)評(ping)估仍在進行(xing)，但(dan)總的(de)(de)(de)(de)來說，已投人(ren)運(yun)(yun)行(xing)的(de)(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)金(jin)(jin)制蒸(zheng)發器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)情(qing)況良(liang)好。我國(guo)(guo)自法國(guo)(guo)引(yin)進的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)亞(ya)灣和嶺(ling)澳核電(dian)站的(de)(de)(de)(de)蒸(zheng)發器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)熱管(guan)均(jun)為(wei)00Cr30Ni60Fe10 合(he)金(jin)(jin)管(guan)材制造(zao)。目前 00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)(jin)已擴(kuo)大(da)(da)用(yong)于制造(zao)壓水堆(dui)壓力(li)容器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)穿透件和控制棒(bang)驅動(dong)機構的(de)(de)(de)(de)零(ling)部件代(dai)替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和0Cr15Ni75Fe.國(guo)(guo)外已開(kai)(kai)始用(yong)00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)(jin)全面代(dai)替壓水堆(dui)原用(yong)的(de)(de)(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄(e)羅斯雖(sui)然仍然采用(yong)價廉的(de)(de)(de)(de)0Cr18Ni10Ti不(bu)銹鋼(gang)做臥式(shi)蒸(zheng)發器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)熱管(guan)，但(dan)要防止(zhi)水質超標，或蒸(zheng)發器(qi)(qi)在沿海海洋大(da)(da)氣(qi)中維(wei)護不(bu)當，否則其(qi)傳(chuan)熱管(guan)易(yi)產生應力(li)腐蝕(shi)破壞的(de)(de)(de)(de)危(wei)險。