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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)是一種在壓水(shui)堆(dui)(dui)蒸發(fa)(fa)器傳(chuan)熱管工(gong)況條件下，耐應力腐蝕等(deng)性能(neng)更為優良的(de)(de)新(xin)三代合金(jin)。此合金(jin)自1972年(nian)公開發(fa)(fa)表至(zhi)今已(yi)近40年(nian)。圖(tu)3-3-54和圖(tu)3-3-55是發(fa)(fa)表此合金(jin)時的(de)(de)部(bu)分(fen)主要試驗結(jie)果。它實際上是在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合金(jin)基(ji)礎上提高(gao)鉻含量的(de)(de)一種改(gai)進型合金(jin)。自1982年(nian)起，此合金(jin)開始(shi)制造壓水(shui)動力堆(dui)(dui)的(de)(de)蒸發(fa)(fa)器U型管，目前國(guo)外(wai)已(yi)廣泛用(yong)于(yu)壓水(shui)堆(dui)(dui)核電(dian)廠(chang)的(de)(de)蒸發(fa)(fa)器中并開始(shi)在堆(dui)(dui)內構件的(de)(de)一些部(bu)件上應用(yong)。目前，國(guo)內自國(guo)外(wai)已(yi)大(da)(da)量引進的(de)(de)大(da)(da)型壓水(shui)堆(dui)(dui)核電(dian)廠(chang)的(de)(de)蒸發(fa)(fa)器傳(chuan)熱管也均采用(yong)此合金(jin)。

一、化(hua)學成(cheng)分和組織特點

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的化(hua)學(xue)成分見表(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(nai)腐蝕性能

  1. 全面腐(fu)蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的耐全面腐蝕的性能見(jian)表3-3-31。在(zai)300~350℃高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)壓水中的耐蝕性良好(hao)，腐蝕速率(lv)≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合金在(zai)316℃動水中的耐蝕性見(jian)圖(tu)3-3-57.從圖(tu)中可知，由于(yu)00Cr30Ni60Fe10合金鉻含量高(gao)(gao)，所以其耐蝕性優于(yu)Inconel 600和Incoloyl 800合金。

  2. 晶間(jian)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. 冶金(jin)(jin)因素(su)對00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)耐應力腐蝕性能(neng)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 合金在高溫下的抗氧化(hua)和抗硫化(hua)性能分(fen)別見(jian)圖 3-3-68 和 圖 3-3-69 及表 3-3-36。

三(san)、力學性能

  表 3-3-37 和(he) 表 3-3-38 列入了(le)  Inconel 690 合金的室(shi)溫(wen)(wen)和(he)中(zhong)溫(wen)(wen)長(chang)期時效的性能(neng)。

  由于 Inconel 690 合金組織(zhi)穩定且經長期中(zhong)溫(wen)時效也無(wu)脆性(xing)相析出。因此，該(gai)合金在中(zhong)溫(wen)長期使用時也不會有(you)任(ren)何催(cui)化傾向。表(biao) 3-3-38 系實驗(yan)室(shi)試驗(yan)結(jie)果。

  此合(he)金的(de)室溫力學性能受熱處(chu)(chu)理的(de)影響極大。圖(tu)3-3-70 中的(de)結果指(zhi)出(chu)，固溶   處(chu)(chu)理溫度提高，合(he)金的(de)強度下降，塑性增加(jia)。

  圖3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合金的高溫瞬時(shi)力學性(xing)能，由圖可知，溫度(du)高于40℃,此合金的抗拉(la)強度(du)迅速降(jiang)(jiang)低，伸長率(lv)明(ming)顯下降(jiang)(jiang)。

  圖(tu)3-3-72和(he)圖(tu)3-3-73是(shi)00Cr30Ni60Fe10合金的(de)高溫持久和(he)蠕(ru)變性能(neng)。

四、冷(leng)、熱(re)加工性能

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的熱加(jia)工一般在(zai)1040~1230℃進行，最(zui)低(di)的熱變形溫度不(bu)低(di)于870℃。

 此合(he)(he)金的冷加(jia)工成型(xing)性與前述0Cr15Ni75Fe合(he)(he)金相似。圖3-3-74系(xi)00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金的冷加(jia)工硬化行為與其他材料相比較的結果。

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、熱處理(li)工藝

  若在固溶處(chu)(chu)理(li)態使用，00Cr30Ni60Fe10合金的(de)熱(re)處(chu)(chu)理(li)工(gong)藝(yi)為1000~1100℃加熱(re)保溫(wen)后快冷。供壓(ya)水核(he)反應堆蒸(zheng)發(fa)器傳熱(re)管(guan)使用的(de)00Cr30Ni60Fe10 合金則根據前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的(de)經驗(yan)，需采用固溶處(chu)(chu)理(li)＋脫敏(min)處(chu)(chu)理(li)的(de)熱(re)處(chu)(chu)理(li)工(gong)藝(yi)。脫敏(min)處(chu)(chu)理(li)溫(wen)度(du)為～720℃+5~15h時效后冷卻，00Cr30Ni60Fe10合金管(guan)材彎成U型管(guan)后對(dui)于小R的(de)U型管(guan)尚需進(jin)行消(xiao)除應力(li)熱(re)處(chu)(chu)理(li)。

七、物理性能

  00Cr30Ni60Fe10合金的物理性(xing)能(neng)見表(biao)3-3-39。

八、應用

  20世(shi)紀80年代，0Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)開始(shi)制造蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)，1991年，法(fa)國(guo)采用(yong)此合(he)金(jin)的(de)(de)(de)大(da)(da)壓(ya)(ya)水(shui)堆核電(dian)站（1450MW)的(de)(de)(de)四臺(tai)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)投入了商業運(yun)(yun)行(xing)。雖然在(zai)模擬(ni)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)工況下，國(guo)內外(wai)對(dui)此合(he)金(jin)性(xing)能的(de)(de)(de)評估仍在(zai)進行(xing)，但總的(de)(de)(de)來說，已(yi)投人運(yun)(yun)行(xing)的(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)金(jin)制蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)情況良(liang)好。我(wo)國(guo)自法(fa)國(guo)引進的(de)(de)(de)大(da)(da)亞灣和嶺(ling)澳核電(dian)站的(de)(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)傳(chuan)熱(re)管均為00Cr30Ni60Fe10 合(he)金(jin)管材制造。目前 00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)已(yi)擴大(da)(da)用(yong)于制造壓(ya)(ya)水(shui)堆壓(ya)(ya)力容器(qi)(qi)的(de)(de)(de)穿透件(jian)和控制棒驅動機構的(de)(de)(de)零部件(jian)代替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和0Cr15Ni75Fe.國(guo)外(wai)已(yi)開始(shi)用(yong)00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)全(quan)面(mian)代替壓(ya)(ya)水(shui)堆原用(yong)的(de)(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄羅(luo)斯雖然仍然采用(yong)價廉的(de)(de)(de)0Cr18Ni10Ti不(bu)(bu)銹鋼做臥式蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)傳(chuan)熱(re)管，但要防止水(shui)質超(chao)標，或蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)在(zai)沿海(hai)海(hai)洋大(da)(da)氣中(zhong)維(wei)護不(bu)(bu)當，否(fou)則其(qi)傳(chuan)熱(re)管易產生應(ying)力腐蝕破壞的(de)(de)(de)危險。