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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)是一種(zhong)在壓(ya)水(shui)堆(dui)蒸(zheng)發(fa)器(qi)傳(chuan)(chuan)熱管(guan)工況條件(jian)下，耐應力腐蝕等性能更為優(you)良的(de)新三代合(he)金(jin)(jin)。此合(he)金(jin)(jin)自(zi)1972年公開發(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(he)金(jin)(jin)時的(de)部(bu)分主要(yao)試驗結(jie)果(guo)。它實際上(shang)是在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)金(jin)(jin)基礎上(shang)提高鉻含量(liang)的(de)一種(zhong)改進型合(he)金(jin)(jin)。自(zi)1982年起(qi)，此合(he)金(jin)(jin)開始(shi)制(zhi)造壓(ya)水(shui)動(dong)力堆(dui)的(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)U型管(guan)，目前國外已廣泛用于(yu)壓(ya)水(shui)堆(dui)核電廠(chang)的(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)中并開始(shi)在堆(dui)內構件(jian)的(de)一些部(bu)件(jian)上(shang)應用。目前，國內自(zi)國外已大量(liang)引進的(de)大型壓(ya)水(shui)堆(dui)核電廠(chang)的(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)傳(chuan)(chuan)熱管(guan)也(ye)均采用此合(he)金(jin)(jin)。

一、化學成分(fen)和組織特點(dian)

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金的化學成(cheng)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、耐(nai)腐蝕性能(neng)

  1. 全面(mian)腐蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金的耐全面腐蝕(shi)的性(xing)能(neng)見表3-3-31。在(zai)(zai)300~350℃高溫高壓(ya)水(shui)中的耐蝕(shi)性(xing)良好，腐蝕(shi)速率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合(he)金在(zai)(zai)316℃動水(shui)中的耐蝕(shi)性(xing)見圖(tu)3-3-57.從圖(tu)中可知，由于00Cr30Ni60Fe10合(he)金鉻(ge)含量(liang)高，所以其(qi)耐蝕(shi)性(xing)優(you)于Inconel 600和(he)Incoloyl 800合(he)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(gao)溫下的抗氧(yang)化和(he)(he)抗硫化性能(neng)分(fen)別見圖 3-3-68 和(he)(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(ru)了  Inconel 690 合(he)金的(de)室(shi)溫(wen)和(he)中溫(wen)長(chang)期時效的(de)性能(neng)。

  由于 Inconel 690 合金(jin)組(zu)織穩定且經長期中溫時效也無脆性相析出。因此，該合金(jin)在中溫長期使用時也不會有任何催化(hua)傾(qing)向。表 3-3-38 系實驗室(shi)試驗結果。

  此合金的室溫(wen)力學性能受熱處理的影響極大(da)。圖3-3-70 中的結果指出，固(gu)溶(rong)   處理溫(wen)度(du)提高，合金的強度(du)下降，塑(su)性增加。

  圖(tu)3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合金的高溫瞬時力學性能(neng)，由圖(tu)可知，溫度(du)高于(yu)40℃,此合金的抗拉強度(du)迅速降低，伸長率明顯下降。

  圖3-3-72和(he)(he)圖3-3-73是(shi)00Cr30Ni60Fe10合(he)金的高(gao)溫(wen)持(chi)久(jiu)和(he)(he)蠕變性能(neng)。

四、冷(leng)、熱加工性(xing)能(neng)

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的(de)熱加工一般(ban)在1040~1230℃進行(xing)，最低(di)的(de)熱變形(xing)溫度不低(di)于870℃。

 此合金(jin)(jin)的冷加(jia)工(gong)成(cheng)型性(xing)與前述0Cr15Ni75Fe合金(jin)(jin)相(xiang)似(si)。圖3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)的冷加(jia)工(gong)硬(ying)化行為與其他材料(liao)相(xiang)比較的結果。

五、焊接性(xing)能(neng)

  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)、熱處(chu)理(li)工藝(yi)

  若(ruo)在(zai)固溶處(chu)理(li)(li)態(tai)使(shi)用，00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)的熱(re)處(chu)理(li)(li)工(gong)藝為1000~1100℃加熱(re)保溫(wen)后快(kuai)冷。供壓水核反應堆蒸發(fa)器傳熱(re)管使(shi)用的00Cr30Ni60Fe10 合(he)金(jin)則根據前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的經驗，需采用固溶處(chu)理(li)(li)＋脫敏處(chu)理(li)(li)的熱(re)處(chu)理(li)(li)工(gong)藝。脫敏處(chu)理(li)(li)溫(wen)度為～720℃+5~15h時效后冷卻，00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)管材彎(wan)成U型(xing)管后對于小R的U型(xing)管尚需進行消除應力熱(re)處(chu)理(li)(li)。

七、物理(li)性能

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

八、應用(yong)

  20世紀80年(nian)代(dai)，0Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金開始(shi)制(zhi)造蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)，1991年(nian)，法(fa)國(guo)采用(yong)(yong)此合(he)(he)金的(de)(de)(de)(de)(de)大壓(ya)(ya)(ya)水(shui)堆(dui)核(he)電(dian)站(zhan)（1450MW)的(de)(de)(de)(de)(de)四臺(tai)蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)投入(ru)了商業運行。雖(sui)然(ran)在模擬蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)工況下(xia)，國(guo)內外(wai)對此合(he)(he)金性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)評(ping)估(gu)仍在進行，但總的(de)(de)(de)(de)(de)來說(shuo)，已投人運行的(de)(de)(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金制(zhi)蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)運行情況良(liang)好。我國(guo)自(zi)法(fa)國(guo)引進的(de)(de)(de)(de)(de)大亞灣(wan)和嶺澳核(he)電(dian)站(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)熱管(guan)均(jun)為00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金管(guan)材制(zhi)造。目前(qian) 00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金已擴(kuo)大用(yong)(yong)于制(zhi)造壓(ya)(ya)(ya)水(shui)堆(dui)壓(ya)(ya)(ya)力(li)容器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)穿透件(jian)和控制(zhi)棒驅動機構的(de)(de)(de)(de)(de)零(ling)部件(jian)代(dai)替(ti)(ti)0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和0Cr15Ni75Fe.國(guo)外(wai)已開始(shi)用(yong)(yong)00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金全面代(dai)替(ti)(ti)壓(ya)(ya)(ya)水(shui)堆(dui)原用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄羅(luo)斯(si)雖(sui)然(ran)仍然(ran)采用(yong)(yong)價廉(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)0Cr18Ni10Ti不銹(xiu)鋼做臥式蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)熱管(guan)，但要(yao)防止水(shui)質(zhi)超標(biao)，或蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)在沿(yan)海海洋大氣中維護(hu)不當，否則(ze)其(qi)傳(chuan)(chuan)熱管(guan)易產生應力(li)腐蝕破壞的(de)(de)(de)(de)(de)危險(xian)。