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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金是(shi)(shi)一(yi)種在壓(ya)(ya)水(shui)堆蒸發(fa)(fa)器傳熱管(guan)工況條件(jian)下，耐(nai)應力(li)(li)腐蝕等性能更(geng)為優良的新三(san)代(dai)合(he)金。此(ci)(ci)合(he)金自1972年(nian)公開(kai)發(fa)(fa)表(biao)至今已近40年(nian)。圖3-3-54和圖3-3-55是(shi)(shi)發(fa)(fa)表(biao)此(ci)(ci)合(he)金時(shi)的部分主要試(shi)驗結果。它(ta)實際上(shang)是(shi)(shi)在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)金基礎上(shang)提高鉻含量(liang)的一(yi)種改進型(xing)合(he)金。自1982年(nian)起，此(ci)(ci)合(he)金開(kai)始制(zhi)造壓(ya)(ya)水(shui)動(dong)力(li)(li)堆的蒸發(fa)(fa)器U型(xing)管(guan)，目(mu)前(qian)國(guo)外(wai)已廣(guang)泛(fan)用(yong)于(yu)壓(ya)(ya)水(shui)堆核(he)電廠(chang)(chang)的蒸發(fa)(fa)器中并開(kai)始在堆內構件(jian)的一(yi)些部件(jian)上(shang)應用(yong)。目(mu)前(qian)，國(guo)內自國(guo)外(wai)已大量(liang)引進的大型(xing)壓(ya)(ya)水(shui)堆核(he)電廠(chang)(chang)的蒸發(fa)(fa)器傳熱管(guan)也均采用(yong)此(ci)(ci)合(he)金。

一、化學成分(fen)和組織特點

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金的化(hua)學成分(fen)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(mian)腐蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)(jin)的(de)耐全面(mian)腐蝕(shi)的(de)性(xing)(xing)(xing)能見表(biao)3-3-31。在300~350℃高溫高壓(ya)水(shui)中(zhong)的(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)良(liang)好，腐蝕(shi)速率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)(jin)在316℃動水(shui)中(zhong)的(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)見圖3-3-57.從圖中(zhong)可知，由于00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)鉻(ge)含量高，所以其耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)優(you)于Inconel 600和Incoloyl 800合金(jin)(jin)。

  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. 冶金因(yin)素對(dui)00Cr30Ni60Fe10合金耐(nai)應力腐蝕性能的影響

   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(he)金在高(gao)溫下的抗氧化和(he)抗硫化性能分別見圖 3-3-68 和(he) 圖 3-3-69 及(ji)表 3-3-36。

三、力學性能

  表 3-3-37 和 表 3-3-38 列(lie)入了  Inconel 690 合金的室溫(wen)和中(zhong)溫(wen)長期時效的性能。

  由于 Inconel 690 合金(jin)組織穩定且經(jing)長(chang)期(qi)中(zhong)溫時(shi)效也無脆性相析出。因此，該(gai)合金(jin)在(zai)中(zhong)溫長(chang)期(qi)使用時(shi)也不(bu)會有任(ren)何(he)催化傾(qing)向。表(biao) 3-3-38 系實驗(yan)室試驗(yan)結(jie)果(guo)。

  此合金的(de)室溫力學性能受熱(re)處(chu)(chu)理的(de)影(ying)響極大。圖3-3-70 中(zhong)的(de)結果指出(chu)，固溶   處(chu)(chu)理溫度提高，合金的(de)強度下降，塑性增加。

  圖(tu)3-3-71系(xi)00Cr30Ni60Fe10合金(jin)的(de)高(gao)溫(wen)瞬時力學性能，由圖(tu)可知，溫(wen)度高(gao)于40℃,此合金(jin)的(de)抗拉強度迅速降低，伸長率明顯下降。

  圖3-3-72和圖3-3-73是00Cr30Ni60Fe10合金的(de)高溫持久(jiu)和蠕變(bian)性能。

四、冷、熱加工性(xing)能

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的熱加工一般在(zai)1040~1230℃進行，最低的熱變形溫度不(bu)低于870℃。

 此合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)冷(leng)加(jia)工成(cheng)型性與(yu)前述0Cr15Ni75Fe合(he)(he)金(jin)(jin)相似。圖3-3-74系(xi)00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)冷(leng)加(jia)工硬化行為與(yu)其他(ta)材料相比較的(de)結(jie)果。

五、焊接(jie)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)理工藝(yi)

  若在固溶(rong)處(chu)理態使(shi)用(yong)，00Cr30Ni60Fe10合(he)金的(de)熱(re)處(chu)理工(gong)藝(yi)為1000~1100℃加熱(re)保溫(wen)后(hou)快冷(leng)(leng)。供(gong)壓水核反應堆(dui)蒸(zheng)發(fa)器傳(chuan)熱(re)管(guan)使(shi)用(yong)的(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)金則根據前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的(de)經驗(yan)，需采用(yong)固溶(rong)處(chu)理＋脫敏處(chu)理的(de)熱(re)處(chu)理工(gong)藝(yi)。脫敏處(chu)理溫(wen)度為～720℃+5~15h時效后(hou)冷(leng)(leng)卻，00Cr30Ni60Fe10合(he)金管(guan)材彎成U型(xing)管(guan)后(hou)對(dui)于小R的(de)U型(xing)管(guan)尚需進(jin)行(xing)消(xiao)除應力熱(re)處(chu)理。

七、物理(li)性能

  00Cr30Ni60Fe10合金的物理性能見表3-3-39。

八(ba)、應用

  20世紀80年代，0Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)(jin)開(kai)始(shi)制(zhi)造蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)，1991年，法國(guo)采(cai)用(yong)此合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)大(da)(da)壓(ya)(ya)(ya)水(shui)堆(dui)核電站(zhan)（1450MW)的(de)(de)(de)四臺(tai)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)投入了商業運行。雖然在(zai)模(mo)擬(ni)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)工況下，國(guo)內(nei)外(wai)對此合(he)(he)金(jin)(jin)性能的(de)(de)(de)評估仍在(zai)進行，但總的(de)(de)(de)來說，已投人運行的(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金(jin)(jin)制(zhi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)運行情(qing)況良好(hao)。我國(guo)自法國(guo)引(yin)進的(de)(de)(de)大(da)(da)亞灣和(he)嶺澳核電站(zhan)的(de)(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)傳熱(re)管均(jun)為00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金(jin)(jin)管材制(zhi)造。目前 00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)(jin)已擴大(da)(da)用(yong)于制(zhi)造壓(ya)(ya)(ya)水(shui)堆(dui)壓(ya)(ya)(ya)力(li)容(rong)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)穿(chuan)透(tou)件和(he)控制(zhi)棒驅動機構的(de)(de)(de)零(ling)部件代替(ti)0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和(he)0Cr15Ni75Fe.國(guo)外(wai)已開(kai)始(shi)用(yong)00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)(jin)全面代替(ti)壓(ya)(ya)(ya)水(shui)堆(dui)原用(yong)的(de)(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄羅斯雖然仍然采(cai)用(yong)價廉的(de)(de)(de)0Cr18Ni10Ti不(bu)銹(xiu)鋼(gang)做臥(wo)式蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)傳熱(re)管，但要防止水(shui)質超標，或蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)在(zai)沿海(hai)海(hai)洋大(da)(da)氣中維護不(bu)當，否(fou)則其傳熱(re)管易產生應力(li)腐(fu)蝕破壞(huai)的(de)(de)(de)危(wei)險。