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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金是一(yi)種在壓水堆(dui)(dui)(dui)蒸(zheng)發(fa)器(qi)傳熱管工況(kuang)條(tiao)件下(xia)，耐應力腐蝕等(deng)性(xing)能(neng)更為(wei)優(you)良的(de)新三代合(he)金(jin)(jin)。此合(he)金(jin)(jin)自(zi)1972年(nian)公開發(fa)表至(zhi)今已近(jin)40年(nian)。圖3-3-54和圖3-3-55是發(fa)表此合(he)金(jin)(jin)時的(de)部分主要試驗結果。它實際上(shang)是在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)金(jin)(jin)基礎上(shang)提高鉻(ge)含量的(de)一(yi)種改進型(xing)合(he)金(jin)(jin)。自(zi)1982年(nian)起，此合(he)金(jin)(jin)開始制造壓水動力堆(dui)(dui)(dui)的(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)U型(xing)管，目(mu)前國外(wai)已廣泛用于壓水堆(dui)(dui)(dui)核(he)電廠的(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)中(zhong)并開始在堆(dui)(dui)(dui)內(nei)構件的(de)一(yi)些部件上(shang)應用。目(mu)前，國內(nei)自(zi)國外(wai)已大量引(yin)進的(de)大型(xing)壓水堆(dui)(dui)(dui)核(he)電廠的(de)蒸(zheng)發(fa)器(qi)傳熱管也均(jun)采用此合(he)金(jin)(jin)。

一、化學成分(fen)和組織(zhi)特點(dian)

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的化學成分見表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(neng)

  1. 全面腐蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的耐(nai)(nai)全面腐蝕(shi)的性(xing)能見表3-3-31。在(zai)300~350℃高(gao)溫高(gao)壓(ya)水中的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)良(liang)好，腐蝕(shi)速率≤10mg/(d㎡·月(yue)）。00Cr30Ni60Fe10 合金在(zai)316℃動水中的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)見圖(tu)3-3-57.從圖(tu)中可知，由(you)于(yu)00Cr30Ni60Fe10合金鉻含量高(gao)，所以其(qi)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)優于(yu)Inconel 600和Incoloyl 800合金。

  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. 應力腐蝕(shi)

  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. 冶金因素對00Cr30Ni60Fe10合(he)金耐應力(li)腐蝕(shi)性(xing)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(gao)溫下的抗氧化(hua)和(he)抗硫化(hua)性能分別見圖(tu) 3-3-68 和(he) 圖(tu) 3-3-69 及表(biao) 3-3-36。

三、力學(xue)性能

  表 3-3-37 和 表 3-3-38 列入了  Inconel 690 合金的室溫(wen)和中溫(wen)長期(qi)時效(xiao)的性能。

  由于 Inconel 690 合(he)金組織穩(wen)定且經長期(qi)中溫時(shi)效也(ye)無脆性相(xiang)析出。因此，該合(he)金在中溫長期(qi)使(shi)用時(shi)也(ye)不會有任(ren)何催化傾向。表 3-3-38 系實(shi)驗室試驗結果。

  此合金的室(shi)溫力學性(xing)能受熱處(chu)理(li)的影響極大。圖3-3-70 中的結(jie)果指出(chu)，固溶   處(chu)理(li)溫度(du)提高，合金的強度(du)下(xia)降，塑(su)性(xing)增加。

  圖(tu)3-3-71系(xi)00Cr30Ni60Fe10合金的高溫(wen)瞬時力學(xue)性能，由圖(tu)可知(zhi)，溫(wen)度(du)高于40℃,此合金的抗拉強(qiang)度(du)迅速降低，伸長率明顯(xian)下降。

  圖3-3-72和(he)圖3-3-73是(shi)00Cr30Ni60Fe10合金的高(gao)溫(wen)持久和(he)蠕變(bian)性能。

四、冷(leng)、熱(re)加工性能

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的(de)熱加工(gong)一般在(zai)1040~1230℃進行，最低的(de)熱變(bian)形溫度不低于870℃。

 此合(he)金(jin)的(de)(de)冷加(jia)工成型性與前述0Cr15Ni75Fe合(he)金(jin)相似。圖3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合(he)金(jin)的(de)(de)冷加(jia)工硬化行(xing)為與其他材料相比較的(de)(de)結果(guo)。

五、焊(han)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(chu)理工藝(yi)

  若在(zai)固溶處理(li)(li)態使用(yong)，00Cr30Ni60Fe10合(he)金的(de)(de)熱處理(li)(li)工藝為1000~1100℃加熱保溫后快冷。供壓(ya)水核反應(ying)(ying)堆蒸發器(qi)傳熱管(guan)使用(yong)的(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)金則根據前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的(de)(de)經(jing)驗，需采用(yong)固溶處理(li)(li)＋脫敏(min)處理(li)(li)的(de)(de)熱處理(li)(li)工藝。脫敏(min)處理(li)(li)溫度為～720℃+5~15h時效后冷卻，00Cr30Ni60Fe10合(he)金管(guan)材彎成U型管(guan)后對于小(xiao)R的(de)(de)U型管(guan)尚需進行消除應(ying)(ying)力(li)熱處理(li)(li)。

七(qi)、物理性能

  00Cr30Ni60Fe10合金的物理性(xing)能見(jian)表3-3-39。

八、應用

  20世紀80年代，0Cr30Ni60Fe10合(he)金開(kai)始制造蒸發器(qi)，1991年，法(fa)國(guo)采(cai)用此合(he)金的(de)(de)大(da)壓(ya)水堆(dui)(dui)核(he)電(dian)站（1450MW)的(de)(de)四臺(tai)蒸發器(qi)投(tou)入(ru)了商業運(yun)行。雖(sui)然在模擬蒸發器(qi)工況(kuang)下(xia)，國(guo)內外(wai)對此合(he)金性(xing)能的(de)(de)評估仍在進行，但總的(de)(de)來(lai)說(shuo)，已投(tou)人運(yun)行的(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合(he)金制蒸發器(qi)的(de)(de)運(yun)行情況(kuang)良好。我國(guo)自法(fa)國(guo)引進的(de)(de)大(da)亞灣和(he)嶺澳核(he)電(dian)站的(de)(de)蒸發器(qi)的(de)(de)傳(chuan)熱(re)管(guan)均為00Cr30Ni60Fe10 合(he)金管(guan)材制造。目前 00Cr30Ni60Fe10合(he)金已擴(kuo)大(da)用于制造壓(ya)水堆(dui)(dui)壓(ya)力容器(qi)的(de)(de)穿透件(jian)和(he)控制棒驅動機構的(de)(de)零部件(jian)代替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和(he)0Cr15Ni75Fe.國(guo)外(wai)已開(kai)始用00Cr30Ni60Fe10合(he)金全面(mian)代替壓(ya)水堆(dui)(dui)原用的(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄羅斯(si)雖(sui)然仍然采(cai)用價廉的(de)(de)0Cr18Ni10Ti不(bu)(bu)銹鋼做臥式蒸發器(qi)的(de)(de)傳(chuan)熱(re)管(guan)，但要防止水質超標，或蒸發器(qi)在沿海海洋大(da)氣中(zhong)維(wei)護不(bu)(bu)當，否則其傳(chuan)熱(re)管(guan)易(yi)產生應力腐蝕破(po)壞的(de)(de)危險(xian)。