耐蝕合金(jin)(jin)主(zhu)要是指鐵鎳(nie)基耐蝕合金(jin)(jin) Ni≥30% ,Ni+Fe≥60% ,和鎳(nie)基耐蝕合金(jin)(jin) Ni≥50% 。
(00Cr30Ni60Fe10)、NS 315 、Inconel 690 合(he)金(jin)是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)(zhong)在(zai)壓水堆(dui)蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)傳熱管(guan)(guan)工況條件下,耐應力(li)腐蝕等(deng)性(xing)能更為優良的(de)(de)新三(san)代(dai)合(he)(he)金(jin)。此合(he)(he)金(jin)自(zi)(zi)1972年公開發(fa)表至(zhi)今已近40年。圖3-3-54和圖3-3-55是(shi)發(fa)表此合(he)(he)金(jin)時(shi)的(de)(de)部(bu)分主要試驗結(jie)果。它實(shi)際上(shang)(shang)是(shi)在(zai)0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)(he)金(jin)基礎上(shang)(shang)提高鉻(ge)含量(liang)的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)(zhong)改進型合(he)(he)金(jin)。自(zi)(zi)1982年起,此合(he)(he)金(jin)開始(shi)制造壓水動力(li)堆(dui)的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)U型管(guan)(guan),目(mu)前(qian)國外已廣泛用于(yu)壓水堆(dui)核電(dian)廠的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)中(zhong)并開始(shi)在(zai)堆(dui)內(nei)構件的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)些部(bu)件上(shang)(shang)應用。目(mu)前(qian),國內(nei)自(zi)(zi)國外已大(da)量(liang)引進的(de)(de)大(da)型壓水堆(dui)核電(dian)廠的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)傳熱管(guan)(guan)也均采用此合(he)(he)金(jin)。
一、化學成分(fen)和(he)組織特點
(00Cr30Ni60Fe10)、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)的化學成分見表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、耐腐蝕性能
1. 全(quan)面腐蝕
(00Cr30Ni60Fe10)、NS 315 、Inconel 690 合(he)(he)金(jin)的(de)耐全面腐蝕(shi)(shi)的(de)性(xing)能見(jian)表3-3-31。在300~350℃高溫(wen)高壓水中(zhong)的(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)良好(hao),腐蝕(shi)(shi)速率≤10mg/(d㎡·月(yue))。00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金(jin)在316℃動水中(zhong)的(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)見(jian)圖(tu)3-3-57.從圖(tu)中(zhong)可知,由于00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)鉻含量高,所(suo)以其耐蝕(shi)(shi)性(xing)優于Inconel 600和Incoloyl 800合(he)(he)金(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(ying)力(li)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(ye)金因(yin)素對(dui)00Cr30Ni60Fe10合金耐應力腐蝕性能的(de)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(jin)在高溫(wen)下(xia)的抗氧(yang)化(hua)和(he)抗硫化(hua)性能(neng)分別見圖 3-3-68 和(he) 圖 3-3-69 及表 3-3-36。
三、力學性能
表 3-3-37 和(he) 表 3-3-38 列入了(le) Inconel 690 合(he)金(jin)的(de)室溫(wen)和(he)中溫(wen)長期時(shi)效的(de)性能。
由于(yu) Inconel 690 合金組織穩定且(qie)經長期中(zhong)溫時效(xiao)也無(wu)脆性相(xiang)析(xi)出。因(yin)此,該(gai)合金在中(zhong)溫長期使(shi)用時也不會有任何(he)催化傾向。表 3-3-38 系實驗室試驗結(jie)果。
此合金(jin)的室溫(wen)力學性能(neng)受熱處(chu)理的影響極大。圖3-3-70 中的結果(guo)指(zhi)出,固溶 處(chu)理溫(wen)度提高,合金(jin)的強度下降(jiang),塑性增加(jia)。
圖(tu)3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合金(jin)的高(gao)溫瞬(shun)時力學性能,由圖(tu)可知,溫度(du)高(gao)于40℃,此合金(jin)的抗拉(la)強度(du)迅速(su)降低,伸長(chang)率明顯下降。
圖3-3-72和圖3-3-73是00Cr30Ni60Fe10合金的(de)高溫持久和蠕變性能。
四、冷、熱加工(gong)性(xing)能
(00Cr30Ni60Fe10)、NS 315 、Inconel 690 合金的(de)(de)熱(re)加工一般在1040~1230℃進行,最(zui)低的(de)(de)熱(re)變(bian)形溫度不低于870℃。
此合(he)金(jin)的冷(leng)加工(gong)成型(xing)性與前述0Cr15Ni75Fe合(he)金(jin)相似(si)。圖3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)的冷(leng)加工(gong)硬化行為與其他材料相比較的結(jie)果(guo)。
五、焊接性能
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、熱處(chu)理(li)工藝
若在固溶處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)態使(shi)用,00Cr30Ni60Fe10合金的熱處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)工(gong)藝(yi)(yi)為1000~1100℃加熱保溫后快冷。供壓水(shui)核反(fan)應堆蒸發器傳熱管使(shi)用的00Cr30Ni60Fe10 合金則根據前(qian)述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的經驗(yan),需采用固溶處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)+脫敏(min)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)的熱處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)工(gong)藝(yi)(yi)。脫敏(min)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)溫度為~720℃+5~15h時效(xiao)后冷卻(que),00Cr30Ni60Fe10合金管材彎成(cheng)U型管后對于小R的U型管尚需進(jin)行消除應力(li)熱處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)。
七、物理性能
00Cr30Ni60Fe10合金的物理(li)性能見表3-3-39。
八、應用
20世(shi)紀80年代,0Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)開始制(zhi)(zhi)造(zao)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi),1991年,法國(guo)采(cai)用(yong)此(ci)合金(jin)(jin)的(de)(de)大壓水(shui)堆(dui)(dui)(dui)核電(dian)站(1450MW)的(de)(de)四臺蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)投入了商(shang)業運行(xing)。雖然在(zai)模擬蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)工況(kuang)(kuang)下,國(guo)內外(wai)對此(ci)合金(jin)(jin)性能的(de)(de)評估仍在(zai)進行(xing),但總(zong)的(de)(de)來說,已投人運行(xing)的(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)(jin)制(zhi)(zhi)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)運行(xing)情(qing)況(kuang)(kuang)良好。我國(guo)自(zi)法國(guo)引進的(de)(de)大亞(ya)灣(wan)和嶺澳(ao)核電(dian)站的(de)(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)傳(chuan)熱管(guan)均為00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)(jin)管(guan)材制(zhi)(zhi)造(zao)。目前 00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)已擴大用(yong)于制(zhi)(zhi)造(zao)壓水(shui)堆(dui)(dui)(dui)壓力容器(qi)(qi)的(de)(de)穿透件和控制(zhi)(zhi)棒驅動機構的(de)(de)零部件代替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和0Cr15Ni75Fe.國(guo)外(wai)已開始用(yong)00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)全面代替壓水(shui)堆(dui)(dui)(dui)原(yuan)用(yong)的(de)(de)0Cr15Ni75Fe,俄(e)羅斯雖然仍然采(cai)用(yong)價廉的(de)(de)0Cr18Ni10Ti不銹鋼做臥式蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)傳(chuan)熱管(guan),但要防止水(shui)質超標(biao),或蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)在(zai)沿海海洋大氣中維護不當,否則其傳(chuan)熱管(guan)易產生應(ying)力腐蝕破壞(huai)的(de)(de)危(wei)險。