奧氏(shi)體不(bu)銹鋼具有(you)(you)面心立(li)方晶體結(jie)構(gou),無磁性(xing),不(bu)能通過熱處理強化,只能采用(yong)冷加工強化手段提(ti)高(gao)強度。由于其耐蝕(shi),良好的常溫和(he)低溫韌性(xing)、易(yi)成型(xing)性(xing)和(he)良好的可焊性(xing)而廣泛(fan)應用(yong)于各工業領域和(he)日常消費(fei)領域。奧氏(shi)體不(bu)銹鋼產(chan)(chan)量約占不(bu)銹鋼產(chan)(chan)量的70%,其產(chan)(chan)品(pin)涵蓋板、管(guan)、絲、帶、棒(bang)材、鍛件等(deng)幾乎所有(you)(you)的冶(ye)金產(chan)(chan)品(pin)類型(xing)。
( 控氮00C17N12Mo2)316NG不銹鋼,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(xiu)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)(yu)對(dui)上述三(san)類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)分析,法(fa)國的材料(liao)研究(jiu)工(gong)作者致力于(yu)(yu)開發(fa)一種(zhong)在(zai)合金成分上不(bu)脫離核動力用鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的標(biao)準規(gui)定(ding)范圍(wei),力學(xue)性能與標(biao)準型316不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)相當,耐晶間(jian)腐蝕性能不(bu)低于(yu)(yu)超低碳(tan)的奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。從(cong)單純技術(shu)角度(du)出發(fa),AISI316LN可滿足上述要求,但(dan)316LN屬(shu)于(yu)(yu)新(xin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)種(zhong),其中(zhong)氮(dan)的含量超出AISI316L和(he)(he)AISI316規(gui)定(ding)范圍(wei)。這種(zhong)變化將(jiang)會使根(gen)據(ju)316奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)長期使用經驗,并花(hua)費了大量時間(jian)和(he)(he)投(tou)資獲得(de)的核規(gui)范付之東流,這種(zhong)現實無法(fa)被(bei)接受。于(yu)(yu)是法(fa)國于(yu)(yu)20世紀70年代中(zhong)期研制出一種(zhong)控氮(dan)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang),稱ICL167CN,在(zai)RCC-M標(biao)準中(zhong)為Z2CND18-12.這種(zhong)材料(liao)的研究(jiu)技術(shu)思路與316NG一致,但(dan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的碳(tan)、氮(dan)含量有些差(cha)別。
我(wo)國于20世紀80年(nian)代中期開始研究(jiu)控(kong)氮00Cr17Ni12Mo2鋼(gang),用(yong)于壓水(shui)核動(dong)力堆主(zhu)管道。其(qi)工業產(chan)品性能水(shui)平(ping)均達到或超過國外產(chan)品。
一、化學成分
( 控氮00C17Ni12Mo2)316NG不銹鋼(gang)的(de)化(hua)學成份見表1-166。
二、室溫和350℃的力學性能
( 控氮00C17N12Mo2)316NG不銹(xiu)鋼(gang)在(zai)不同國家標準中規定(ding)的室溫和300℃、350℃的力學性(xing)能指標有(you)所差別(bie)(見(jian)表(biao) 1-167).工業產(chan)品的實際(ji)測(ce)定(ding)結果見(jian)表(biao) 1-168、表(biao) 1-169和 表(biao)1-170.
鋼的(de)(de)固溶處理溫度與室溫和350℃的(de)(de)力學性能之(zhi)間的(de)(de)關系見圖(tu) 1-200 和 圖(tu)1-201 。
三、疲勞(lao)和斷裂(lie)韌性
( 控(kong)氮00C17N12Mo2)316NG不銹(xiu)鋼的室溫疲(pi)(pi)勞(lao)性能見圖(tu) 1-202 和 圖(tu) 1-203 。其疲(pi)(pi)勞(lao)性能優于(yu)316L不銹(xiu)鋼 。
斷(duan)裂韌性采用J積分(fen)積確定,試樣尺寸為14mm x 28mm x 130mm,中(zhong)間(jian)線切(qie)割并(bing)開(kai)疲勞(lao)裂紋(wen),其值為:J1c=885.4kN/m K1c=421.3MPam1/2 。
四、持久性能
( 控氮00C17N12Mo2)316NG不銹(xiu)鋼(gang)的 550℃ 和(he) 600℃ 和(he) 600℃ 的持久強度(du)優于ASME規范(fan)中的316L不銹(xiu)鋼(gang),見圖1-204。
五(wu)、耐蝕(shi)性
a. 均勻腐蝕
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( 00Cr17Ni12Mo2 )316L不銹鋼易于(yu)鈍(dun)化(hua),在反應堆高溫(wen)高壓水環(huan)境(jing)中的腐蝕量與金屬釋放量與試驗時間的關系曲線見圖1-207。
b. 敏化和晶(jing)間腐(fu)蝕
(控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不(bu)銹鋼具有極好的抵抗敏化能力和耐晶(jing)間腐蝕性(xing)能,即便是長時(shi)間敏化處理(700℃ x 100h)其再(zai)活化率(lv)Ra值(zhi)也達不(bu)到10%,而( 00Cr17Ni12Mo2 )316L不(bu)銹鋼僅經(jing)700℃ x 2h 敏化,再(zai)活率(lv)就能達到10%,其TTS見圖(tu)1-208。
c. 點腐蝕(shi)
(控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不(bu)銹(xiu)鋼,由(you)于(yu)氮的加入,其耐點腐蝕性能明(ming)顯優(you)于(yu) 321不(bu)銹(xiu)鋼,見(jian)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(yi)性(xing)能
(控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹(xiu)鋼的(de)(de)工藝性能類似于 316不銹(xiu)鋼 和 316L不銹(xiu)鋼,生(sheng)產板(ban)、管、絲帶等(deng)冶金(jin)產品無特殊困難。推薦(jian)的(de)(de)熱加(jia)工溫(wen)度范(fan)圍(wei)為1000~1250℃.鋼的(de)(de)熱處理(li)固(gu)溶溫(wen)度范(fan)圍(wei)較寬,在(zai)1020~1130℃之間均可(ke),可(ke)根據(ju)材料截(jie)面(mian)尺寸(cun)和品種進行選擇。
(控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼焊接性能良好,一些焊接參數可參照 316L不銹鋼,手工(gong)鎢極(ji)氬弧焊焊絲推(tui)薦采用H00Cr17Ni12Mo2,手工(gong)電弧焊焊條為(wei)CHS022NG。
七、物理性(xing)能
比重:8.04。線膨脹(zhang)系(xi)數、彈性模(mo)量(liang)、切變(bian)模(mo)量(liang)、泊桑比、導熱(re)系(xi)數、比熱(re)的數據(ju)見圖1-210至(zhi)圖1-213。
八、應(ying)用
(控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼(gang)主要應用(yong)于(yu)壓水堆(dui)主管道,1、2、3級設(she)備(bei)用(yong)鍛件(jian)、沖壓件(jian),熱交(jiao) 換器冷精整無縫鋼(gang)管、設(she)備(bei)用(yong)鋼(gang)管;設(she)備(bei)和輔助設(she)備(bei)用(yong)焊接件(jian);堆(dui)用(yong)構(gou)件(jian)用(yong)螺栓等。在沸水堆(dui)中主要用(yong)于(yu)耐(nai)IGSCC的管路(lu)等。
由于(控氮(dan)00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼的力學性能(neng)和耐蝕性能(neng)的良(liang)好配合(he),亦可廣泛應用于化(hua)學加工工業,用以制造(zao)換熱(re)器、容(rong)器、管道等。