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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金是(shi)一(yi)(yi)種在壓(ya)水堆蒸(zheng)發(fa)器(qi)傳熱(re)管(guan)工況(kuang)條件(jian)下(xia)，耐應(ying)力(li)腐(fu)蝕等(deng)性能更為(wei)優良(liang)的(de)(de)新三(san)代(dai)合(he)金(jin)(jin)。此(ci)(ci)合(he)金(jin)(jin)自(zi)1972年(nian)公開(kai)(kai)發(fa)表(biao)至今已近40年(nian)。圖(tu)3-3-54和圖(tu)3-3-55是(shi)發(fa)表(biao)此(ci)(ci)合(he)金(jin)(jin)時的(de)(de)部分(fen)主要試驗(yan)結果。它實際上是(shi)在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)金(jin)(jin)基礎上提高鉻含量的(de)(de)一(yi)(yi)種改進(jin)型合(he)金(jin)(jin)。自(zi)1982年(nian)起(qi)，此(ci)(ci)合(he)金(jin)(jin)開(kai)(kai)始制造壓(ya)水動力(li)堆的(de)(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)U型管(guan)，目前國(guo)(guo)外(wai)已廣泛(fan)用于(yu)壓(ya)水堆核電廠的(de)(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)中并開(kai)(kai)始在堆內(nei)構件(jian)的(de)(de)一(yi)(yi)些(xie)部件(jian)上應(ying)用。目前，國(guo)(guo)內(nei)自(zi)國(guo)(guo)外(wai)已大(da)量引進(jin)的(de)(de)大(da)型壓(ya)水堆核電廠的(de)(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)傳熱(re)管(guan)也均采用此(ci)(ci)合(he)金(jin)(jin)。

一、化學成分(fen)和組織特點

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)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、耐腐蝕性(xing)能

  1. 全面(mian)腐蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金的(de)(de)耐(nai)(nai)全(quan)面腐蝕的(de)(de)性(xing)能見表3-3-31。在300~350℃高溫高壓水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)良好，腐蝕速率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合(he)金在316℃動水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)見圖(tu)3-3-57.從圖(tu)中(zhong)(zhong)可知(zhi)，由(you)于00Cr30Ni60Fe10合(he)金鉻含量高，所以其耐(nai)(nai)蝕性(xing)優于Inconel 600和Incoloyl 800合(he)金。

  2. 晶間腐蝕

   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(ying)力腐(fu)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)耐應力腐蝕性能的影響(xiang)

   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(jin)在高(gao)溫下的抗(kang)氧化和抗(kang)硫化性能分別見圖 3-3-68 和 圖 3-3-69 及表 3-3-36。

三、力學(xue)性能

  表 3-3-37 和(he) 表 3-3-38 列入了  Inconel 690 合金的(de)室(shi)溫和(he)中溫長期(qi)時效的(de)性(xing)能。

  由于 Inconel 690 合(he)金(jin)組織穩定且經長期中(zhong)(zhong)溫時(shi)效(xiao)也無脆性相析出。因此，該合(he)金(jin)在中(zhong)(zhong)溫長期使用時(shi)也不會有任(ren)何催(cui)化傾向。表 3-3-38 系實(shi)驗(yan)室試驗(yan)結果。

  此合金的室溫力(li)學性能受熱處理的影響極(ji)大。圖3-3-70 中的結果指出(chu)，固溶   處理溫度提高(gao)，合金的強度下降(jiang)，塑性增加(jia)。

  圖3-3-71系(xi)00Cr30Ni60Fe10合金的高(gao)溫(wen)瞬時(shi)力學性能，由(you)圖可知，溫(wen)度高(gao)于(yu)40℃,此合金的抗拉強度迅速降(jiang)低，伸長率(lv)明顯下降(jiang)。

  圖3-3-72和圖3-3-73是00Cr30Ni60Fe10合金的高溫持久和蠕變性能。

四、冷(leng)、熱加工性能(neng)

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的熱(re)加工一般在1040~1230℃進行，最低的熱(re)變形(xing)溫度不低于870℃。

 此合金(jin)的(de)(de)冷(leng)加工(gong)成型性與前(qian)述0Cr15Ni75Fe合金(jin)相似。圖3-3-74系(xi)00Cr30Ni60Fe10合金(jin)的(de)(de)冷(leng)加工(gong)硬(ying)化行為與其他材料(liao)相比較的(de)(de)結果。

五(wu)、焊接性(xing)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

  若在固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)態使用(yong)，00Cr30Ni60Fe10合金的(de)(de)(de)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)工藝為1000~1100℃加熱(re)保溫(wen)(wen)后快冷。供(gong)壓(ya)水核反(fan)應(ying)堆蒸發器傳熱(re)管(guan)(guan)使用(yong)的(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合金則根據前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的(de)(de)(de)經(jing)驗，需采用(yong)固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)＋脫(tuo)敏(min)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)工藝。脫(tuo)敏(min)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)溫(wen)(wen)度(du)為～720℃+5~15h時(shi)效后冷卻，00Cr30Ni60Fe10合金管(guan)(guan)材彎成(cheng)U型管(guan)(guan)后對于小(xiao)R的(de)(de)(de)U型管(guan)(guan)尚需進行消除(chu)應(ying)力熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)。

七、物理性能

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

八、應用

  20世紀80年代，0Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)(jin)開始(shi)制造(zao)蒸(zheng)發器(qi)，1991年，法國(guo)采(cai)(cai)用此合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)大壓(ya)(ya)水堆核電站（1450MW)的(de)(de)(de)(de)(de)四臺蒸(zheng)發器(qi)投入了商業運(yun)行(xing)。雖然在(zai)模擬蒸(zheng)發器(qi)工(gong)況下，國(guo)內外對(dui)此合(he)(he)金(jin)(jin)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)評估仍(reng)在(zai)進(jin)行(xing)，但(dan)總的(de)(de)(de)(de)(de)來說，已(yi)投人(ren)運(yun)行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金(jin)(jin)制蒸(zheng)發器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)行(xing)情況良好。我(wo)國(guo)自法國(guo)引進(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)大亞灣和嶺(ling)澳核電站的(de)(de)(de)(de)(de)蒸(zheng)發器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)傳熱管(guan)均為(wei)00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金(jin)(jin)管(guan)材制造(zao)。目前 00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)(jin)已(yi)擴大用于制造(zao)壓(ya)(ya)水堆壓(ya)(ya)力容器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)穿透件(jian)和控(kong)制棒(bang)驅動機(ji)構的(de)(de)(de)(de)(de)零部件(jian)代替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和0Cr15Ni75Fe.國(guo)外已(yi)開始(shi)用00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)(jin)全面(mian)代替壓(ya)(ya)水堆原用的(de)(de)(de)(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄(e)羅斯雖然仍(reng)然采(cai)(cai)用價廉的(de)(de)(de)(de)(de)0Cr18Ni10Ti不(bu)(bu)銹鋼做臥式蒸(zheng)發器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)傳熱管(guan)，但(dan)要防止水質超(chao)標(biao)，或蒸(zheng)發器(qi)在(zai)沿海(hai)(hai)海(hai)(hai)洋(yang)大氣中維護不(bu)(bu)當，否(fou)則(ze)其(qi)傳熱管(guan)易(yi)產(chan)生應力腐(fu)蝕破壞(huai)的(de)(de)(de)(de)(de)危險(xian)。