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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)在壓(ya)水(shui)堆(dui)(dui)蒸(zheng)發器傳熱管工況條件(jian)下，耐應力腐蝕等性能更為優良的(de)(de)新三代合(he)金(jin)(jin)(jin)。此合(he)金(jin)(jin)(jin)自(zi)1972年公(gong)開(kai)發表至(zhi)今(jin)已近(jin)40年。圖(tu)3-3-54和圖(tu)3-3-55是(shi)(shi)發表此合(he)金(jin)(jin)(jin)時的(de)(de)部分主要(yao)試(shi)驗(yan)結果(guo)。它實(shi)際上(shang)是(shi)(shi)在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)金(jin)(jin)(jin)基礎上(shang)提高鉻含量的(de)(de)一(yi)種(zhong)改進型(xing)合(he)金(jin)(jin)(jin)。自(zi)1982年起，此合(he)金(jin)(jin)(jin)開(kai)始制造壓(ya)水(shui)動(dong)力堆(dui)(dui)的(de)(de)蒸(zheng)發器U型(xing)管，目(mu)前國外已廣泛用(yong)于壓(ya)水(shui)堆(dui)(dui)核電廠的(de)(de)蒸(zheng)發器中(zhong)并(bing)開(kai)始在堆(dui)(dui)內構件(jian)的(de)(de)一(yi)些部件(jian)上(shang)應用(yong)。目(mu)前，國內自(zi)國外已大量引(yin)進的(de)(de)大型(xing)壓(ya)水(shui)堆(dui)(dui)核電廠的(de)(de)蒸(zheng)發器傳熱管也均(jun)采用(yong)此合(he)金(jin)(jin)(jin)。

一、化學(xue)成分和組(zu)織(zhi)特點

（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、耐腐蝕性(xing)能

  1. 全面腐(fu)蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的(de)(de)(de)耐全面(mian)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)性(xing)能見表3-3-31。在300~350℃高(gao)溫高(gao)壓水(shui)中的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)良好，腐蝕(shi)(shi)速(su)率(lv)≤10mg/(d㎡·月(yue)）。00Cr30Ni60Fe10 合金在316℃動水(shui)中的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)見圖3-3-57.從(cong)圖中可知，由于(yu)00Cr30Ni60Fe10合金鉻含量高(gao)，所以其(qi)耐蝕(shi)(shi)性(xing)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)金因素(su)對(dui)00Cr30Ni60Fe10合金耐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 合金在高溫(wen)下的抗氧(yang)化和抗硫化性能分別見圖 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 列入了  Inconel 690 合金的室溫和中溫長期時效的性能。

  由于 Inconel 690 合(he)金(jin)組織穩定(ding)且(qie)經長期(qi)中(zhong)溫時效也無脆性相析出(chu)。因此(ci)，該(gai)合(he)金(jin)在(zai)中(zhong)溫長期(qi)使用(yong)時也不會有任何(he)催化傾向。表 3-3-38 系實驗室試驗結果。

  此合(he)金(jin)的(de)室溫(wen)(wen)力學性能受熱處理(li)(li)的(de)影響極(ji)大。圖3-3-70 中的(de)結(jie)果指出，固溶   處理(li)(li)溫(wen)(wen)度(du)提高，合(he)金(jin)的(de)強度(du)下降，塑(su)性增加。

  圖3-3-71系(xi)00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)的高(gao)溫瞬時(shi)力學性能，由圖可(ke)知，溫度高(gao)于40℃,此合(he)金(jin)的抗拉強度迅(xun)速(su)降低(di)，伸長率(lv)明顯下降。

  圖3-3-72和圖3-3-73是00Cr30Ni60Fe10合金的高溫(wen)持久和蠕變(bian)性能。

四、冷、熱加工性(xing)能(neng)

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)的(de)熱加工一般在1040~1230℃進行，最低的(de)熱變形(xing)溫度不低于870℃。

 此合(he)金(jin)的(de)冷加工(gong)(gong)成型(xing)性與前(qian)述(shu)0Cr15Ni75Fe合(he)金(jin)相(xiang)似。圖3-3-74系(xi)00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)的(de)冷加工(gong)(gong)硬化行為與其他材料相(xiang)比較的(de)結果。

五(wu)、焊(han)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、熱處理工藝

  若在固溶處(chu)(chu)理態使用(yong)(yong)(yong)，00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金的熱(re)處(chu)(chu)理工藝為1000~1100℃加熱(re)保溫(wen)后快(kuai)冷。供壓水核反(fan)應堆蒸發器傳熱(re)管使用(yong)(yong)(yong)的00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金則根據前述(shu)0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的經驗，需(xu)采用(yong)(yong)(yong)固溶處(chu)(chu)理＋脫(tuo)敏(min)處(chu)(chu)理的熱(re)處(chu)(chu)理工藝。脫(tuo)敏(min)處(chu)(chu)理溫(wen)度為～720℃+5~15h時效后冷卻，00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金管材彎成U型管后對于小R的U型管尚需(xu)進行消除(chu)應力熱(re)處(chu)(chu)理。

七、物理性能

  00Cr30Ni60Fe10合金的物理(li)性能見(jian)表3-3-39。

八、應用

  20世紀80年代，0Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)(jin)開始制(zhi)造(zao)蒸發(fa)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，1991年，法國(guo)采用(yong)此(ci)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)大壓(ya)(ya)水堆(dui)(dui)核(he)電站(zhan)（1450MW)的(de)四(si)臺蒸發(fa)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)投入了(le)商業運(yun)行(xing)。雖然(ran)在(zai)模擬蒸發(fa)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)工況下，國(guo)內外對此(ci)合(he)(he)金(jin)(jin)性能的(de)評(ping)估仍在(zai)進行(xing)，但總的(de)來說，已(yi)(yi)投人運(yun)行(xing)的(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金(jin)(jin)制(zhi)蒸發(fa)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)運(yun)行(xing)情況良好(hao)。我國(guo)自法國(guo)引進的(de)大亞灣和(he)嶺澳(ao)核(he)電站(zhan)的(de)蒸發(fa)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)傳(chuan)熱(re)管均為(wei)00Cr30Ni60Fe10 合(he)(he)金(jin)(jin)管材(cai)制(zhi)造(zao)。目前 00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)(jin)已(yi)(yi)擴大用(yong)于制(zhi)造(zao)壓(ya)(ya)水堆(dui)(dui)壓(ya)(ya)力容器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)穿透件和(he)控制(zhi)棒驅動機構(gou)的(de)零部件代替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和(he)0Cr15Ni75Fe.國(guo)外已(yi)(yi)開始用(yong)00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金(jin)(jin)全面代替壓(ya)(ya)水堆(dui)(dui)原用(yong)的(de)0Cr15Ni75Fe，俄羅斯(si)雖然(ran)仍然(ran)采用(yong)價(jia)廉的(de)0Cr18Ni10Ti不銹鋼做(zuo)臥式(shi)蒸發(fa)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)傳(chuan)熱(re)管，但要(yao)防(fang)止水質(zhi)超標，或蒸發(fa)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)沿(yan)海(hai)海(hai)洋大氣中維護不當(dang)，否則其(qi)傳(chuan)熱(re)管易(yi)產生(sheng)應力腐蝕破壞的(de)危險。