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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)是(shi)一種在(zai)壓(ya)水(shui)堆蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)傳熱(re)管(guan)工況條(tiao)件下，耐(nai)應力腐蝕等(deng)性(xing)能(neng)更為優良的(de)新三(san)代合(he)金(jin)。此(ci)合(he)金(jin)自1972年公開(kai)發(fa)表至今已近40年。圖(tu)3-3-54和圖(tu)3-3-55是(shi)發(fa)表此(ci)合(he)金(jin)時(shi)的(de)部(bu)分主(zhu)要(yao)試(shi)驗結果。它實際(ji)上(shang)是(shi)在(zai)0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)金(jin)基礎上(shang)提(ti)高鉻含量的(de)一種改進型(xing)(xing)合(he)金(jin)。自1982年起，此(ci)合(he)金(jin)開(kai)始制(zhi)造(zao)壓(ya)水(shui)動力堆的(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)U型(xing)(xing)管(guan)，目(mu)前(qian)國外已廣泛用(yong)于壓(ya)水(shui)堆核(he)電(dian)廠的(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)中并開(kai)始在(zai)堆內構件的(de)一些部(bu)件上(shang)應用(yong)。目(mu)前(qian)，國內自國外已大(da)量引進的(de)大(da)型(xing)(xing)壓(ya)水(shui)堆核(he)電(dian)廠的(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)傳熱(re)管(guan)也均(jun)采用(yong)此(ci)合(he)金(jin)。

一(yi)、化(hua)學成分和組織特(te)點

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金的化學(xue)成分見(jian)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

  1. 全(quan)面腐(fu)蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)(jin)的耐(nai)全(quan)面腐蝕的性能見表3-3-31。在300~350℃高(gao)溫高(gao)壓(ya)水中的耐(nai)蝕性良好，腐蝕速率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)(jin)在316℃動水中的耐(nai)蝕性見圖(tu)3-3-57.從圖(tu)中可知，由于00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)鉻含量(liang)高(gao)，所(suo)以其耐(nai)蝕性優于Inconel 600和Incoloyl 800合金(jin)(jin)。

  2. 晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)

   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(jin)因素對00Cr30Ni60Fe10合金(jin)耐(nai)應力腐蝕性(xing)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(he)金(jin)在(zai)高(gao)溫(wen)下的抗(kang)氧(yang)化(hua)和抗(kang)硫化(hua)性能分別見圖 3-3-68 和 圖 3-3-69 及表 3-3-36。

三、力學性能

  表(biao) 3-3-37 和 表(biao) 3-3-38 列入(ru)了  Inconel 690 合金的室(shi)溫(wen)和中溫(wen)長期時效的性能(neng)。

  由于 Inconel 690 合(he)金組織穩定且經長(chang)(chang)期(qi)中溫(wen)(wen)時(shi)效(xiao)也無脆性相析出。因(yin)此(ci)，該合(he)金在中溫(wen)(wen)長(chang)(chang)期(qi)使用時(shi)也不會有任何催(cui)化傾(qing)向。表 3-3-38 系實驗室試驗結果。

  此合金(jin)的室溫(wen)力學性(xing)能受(shou)熱(re)處理的影響(xiang)極大(da)。圖3-3-70 中的結果(guo)指出，固溶   處理溫(wen)度提高，合金(jin)的強(qiang)度下(xia)降，塑性(xing)增加。

  圖(tu)(tu)3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)的(de)高溫瞬時力學性能(neng)，由圖(tu)(tu)可知，溫度(du)高于40℃,此合金(jin)(jin)的(de)抗拉強度(du)迅速降低(di)，伸(shen)長率明(ming)顯(xian)下降。

  圖3-3-72和圖3-3-73是(shi)00Cr30Ni60Fe10合金(jin)的(de)高溫持(chi)久和蠕變性(xing)能。

四、冷、熱(re)加(jia)工性能

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的(de)熱加工一般在1040~1230℃進行，最(zui)低(di)的(de)熱變形溫度(du)不低(di)于870℃。

 此合(he)金的(de)冷加工成(cheng)型性與前(qian)述0Cr15Ni75Fe合(he)金相似。圖(tu)3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合(he)金的(de)冷加工硬化行(xing)為(wei)與其他(ta)材料相比較的(de)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(re)處理工(gong)藝(yi)

  若在固溶處(chu)理(li)(li)態(tai)使用(yong)(yong)(yong)，00Cr30Ni60Fe10合(he)金的(de)熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)工藝(yi)為(wei)1000~1100℃加熱(re)(re)保溫后(hou)快冷。供(gong)壓(ya)水核反應堆(dui)蒸(zheng)發器傳熱(re)(re)管(guan)使用(yong)(yong)(yong)的(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)金則根(gen)據前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的(de)經驗，需采用(yong)(yong)(yong)固溶處(chu)理(li)(li)＋脫敏處(chu)理(li)(li)的(de)熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)工藝(yi)。脫敏處(chu)理(li)(li)溫度為(wei)～720℃+5~15h時效(xiao)后(hou)冷卻，00Cr30Ni60Fe10合(he)金管(guan)材彎成U型管(guan)后(hou)對(dui)于小(xiao)R的(de)U型管(guan)尚需進(jin)行消除應力熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)。

七(qi)、物(wu)理性(xing)能

  00Cr30Ni60Fe10合金的物理(li)性能(neng)見表3-3-39。

八(ba)、應用

  20世紀80年代(dai)，0Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)開始(shi)制(zhi)造(zao)蒸(zheng)發(fa)器(qi)，1991年，法國(guo)采(cai)(cai)用(yong)(yong)此(ci)合金(jin)(jin)的(de)大壓水堆(dui)(dui)核電站(zhan)（1450MW)的(de)四臺蒸(zheng)發(fa)器(qi)投(tou)入(ru)了商業運(yun)(yun)行。雖然在模(mo)擬蒸(zheng)發(fa)器(qi)工況(kuang)(kuang)下，國(guo)內外(wai)對(dui)此(ci)合金(jin)(jin)性能的(de)評估仍(reng)在進行，但總的(de)來說(shuo)，已投(tou)人(ren)運(yun)(yun)行的(de)00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)(jin)制(zhi)蒸(zheng)發(fa)器(qi)的(de)運(yun)(yun)行情況(kuang)(kuang)良好。我國(guo)自法國(guo)引進的(de)大亞灣和(he)(he)嶺澳核電站(zhan)的(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)的(de)傳(chuan)熱(re)管(guan)均(jun)為00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)(jin)管(guan)材制(zhi)造(zao)。目前 00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)已擴大用(yong)(yong)于制(zhi)造(zao)壓水堆(dui)(dui)壓力容器(qi)的(de)穿透件(jian)和(he)(he)控制(zhi)棒驅(qu)動機(ji)構的(de)零部件(jian)代(dai)替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和(he)(he)0Cr15Ni75Fe.國(guo)外(wai)已開始(shi)用(yong)(yong)00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)全面代(dai)替壓水堆(dui)(dui)原用(yong)(yong)的(de)0Cr15Ni75Fe，俄羅斯(si)雖然仍(reng)然采(cai)(cai)用(yong)(yong)價廉的(de)0Cr18Ni10Ti不(bu)銹鋼做臥式蒸(zheng)發(fa)器(qi)的(de)傳(chuan)熱(re)管(guan)，但要防止水質(zhi)超標，或蒸(zheng)發(fa)器(qi)在沿海海洋大氣中(zhong)維護不(bu)當，否則(ze)其(qi)傳(chuan)熱(re)管(guan)易產(chan)生應(ying)力腐蝕破壞(huai)的(de)危險。