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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合(he)金(jin)是(shi)一(yi)種在(zai)壓水堆(dui)蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)傳(chuan)熱管(guan)(guan)工(gong)況條件(jian)下，耐(nai)應(ying)力腐蝕(shi)等(deng)性能更為優良(liang)的(de)新三代合(he)金(jin)(jin)。此合(he)金(jin)(jin)自1972年公開(kai)發(fa)(fa)(fa)表(biao)(biao)至(zhi)今已近40年。圖(tu)3-3-54和(he)圖(tu)3-3-55是(shi)發(fa)(fa)(fa)表(biao)(biao)此合(he)金(jin)(jin)時的(de)部分主(zhu)要試驗結果。它實際上是(shi)在(zai)0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合(he)金(jin)(jin)基礎(chu)上提高(gao)鉻含(han)量(liang)的(de)一(yi)種改進型(xing)(xing)合(he)金(jin)(jin)。自1982年起，此合(he)金(jin)(jin)開(kai)始制造壓水動力堆(dui)的(de)蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)U型(xing)(xing)管(guan)(guan)，目前(qian)國(guo)外已廣泛(fan)用于壓水堆(dui)核(he)(he)電廠的(de)蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)中并開(kai)始在(zai)堆(dui)內構件(jian)的(de)一(yi)些部件(jian)上應(ying)用。目前(qian)，國(guo)內自國(guo)外已大(da)量(liang)引進的(de)大(da)型(xing)(xing)壓水堆(dui)核(he)(he)電廠的(de)蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)傳(chuan)熱管(guan)(guan)也(ye)均采用此合(he)金(jin)(jin)。

一、化學成分和(he)組織特點(dian)

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的化學(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(shi)性能

  1. 全面腐蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金(jin)(jin)的(de)耐(nai)全面腐蝕(shi)的(de)性(xing)能見表(biao)3-3-31。在300~350℃高(gao)溫高(gao)壓水中(zhong)的(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)良好，腐蝕(shi)速(su)率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)(jin)在316℃動(dong)水中(zhong)的(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)見圖3-3-57.從圖中(zhong)可知，由于00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)鉻含量高(gao)，所以其耐(nai)蝕(shi)性(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. 冶金因素對00Cr30Ni60Fe10合金耐(nai)應力腐蝕性能的影響(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(jin)在(zai)高溫下的抗(kang)氧(yang)化和抗(kang)硫化性能分別見圖(tu) 3-3-68 和 圖(tu) 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 合金的室溫(wen)和中溫(wen)長(chang)期時(shi)效(xiao)的性能。

  由于 Inconel 690 合(he)金(jin)組織穩定且經長(chang)期中溫(wen)時(shi)效也(ye)無脆性(xing)相析出。因此，該合(he)金(jin)在中溫(wen)長(chang)期使用時(shi)也(ye)不會有任何(he)催化(hua)傾向(xiang)。表 3-3-38 系實(shi)驗(yan)(yan)室試驗(yan)(yan)結果(guo)。

  此(ci)合(he)金的(de)室(shi)溫力學性能(neng)受熱(re)處理的(de)影響極大。圖3-3-70 中的(de)結果指出，固溶   處理溫度提高，合(he)金的(de)強度下降，塑(su)性增加。

  圖3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合(he)金的(de)高溫(wen)瞬時(shi)力學性能，由圖可知，溫(wen)度高于40℃,此合(he)金的(de)抗拉強度迅(xun)速降低，伸長率(lv)明顯下降。

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

四、冷、熱加工性能

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

 此合金(jin)(jin)的(de)冷加工成型(xing)性與(yu)前述0Cr15Ni75Fe合金(jin)(jin)相(xiang)似。圖3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)的(de)冷加工硬化行為與(yu)其他(ta)材料(liao)相(xiang)比較的(de)結(jie)果(guo)。

五(wu)、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(li)工藝

  若(ruo)在固(gu)溶處(chu)理態使(shi)用，00Cr30Ni60Fe10合金(jin)的熱處(chu)理工藝為1000~1100℃加熱保溫后(hou)快冷。供(gong)壓水核反應(ying)堆蒸發(fa)器(qi)傳熱管(guan)使(shi)用的00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)則根(gen)據前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的經驗，需采用固(gu)溶處(chu)理＋脫敏(min)(min)處(chu)理的熱處(chu)理工藝。脫敏(min)(min)處(chu)理溫度為～720℃+5~15h時(shi)效后(hou)冷卻，00Cr30Ni60Fe10合金(jin)管(guan)材彎成U型(xing)管(guan)后(hou)對于小R的U型(xing)管(guan)尚需進行消除應(ying)力熱處(chu)理。

七、物理性能

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

八、應用

  20世(shi)紀80年代，0Cr30Ni60Fe10合金(jin)開始制(zhi)造蒸發(fa)器(qi)，1991年，法國(guo)采用此合金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)壓水堆(dui)核(he)電站（1450MW)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)四(si)臺蒸發(fa)器(qi)投(tou)入了商業運行(xing)。雖(sui)然(ran)在模擬蒸發(fa)器(qi)工況下，國(guo)內外對此合金(jin)性能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)評估仍在進行(xing)，但總的(de)(de)(de)(de)(de)(de)來說，已(yi)投(tou)人運行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)制(zhi)蒸發(fa)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)運行(xing)情況良(liang)好。我(wo)國(guo)自法國(guo)引進的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)亞灣和(he)(he)嶺澳核(he)電站的(de)(de)(de)(de)(de)(de)蒸發(fa)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳熱(re)管均為00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)管材(cai)制(zhi)造。目(mu)前 00Cr30Ni60Fe10合金(jin)已(yi)擴大(da)用于制(zhi)造壓水堆(dui)壓力容器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穿透件(jian)和(he)(he)控制(zhi)棒驅動(dong)機構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)零(ling)部件(jian)代替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和(he)(he)0Cr15Ni75Fe.國(guo)外已(yi)開始用00Cr30Ni60Fe10合金(jin)全(quan)面代替壓水堆(dui)原用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄羅斯雖(sui)然(ran)仍然(ran)采用價廉的(de)(de)(de)(de)(de)(de)0Cr18Ni10Ti不銹鋼做臥式蒸發(fa)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳熱(re)管，但要防止水質超(chao)標，或蒸發(fa)器(qi)在沿海海洋大(da)氣中維護不當，否則其傳熱(re)管易產生應(ying)力腐蝕破(po)壞的(de)(de)(de)(de)(de)(de)危險(xian)。