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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金是一種(zhong)在壓(ya)水(shui)堆蒸發器傳熱管(guan)工況條件下(xia)，耐應力腐蝕等(deng)性能更(geng)為優(you)良的新(xin)三代合金(jin)(jin)(jin)。此(ci)合金(jin)(jin)(jin)自1972年公開發表至今(jin)已近40年。圖3-3-54和圖3-3-55是發表此(ci)合金(jin)(jin)(jin)時的部分主要試驗(yan)結果。它實際(ji)上(shang)是在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合金(jin)(jin)(jin)基礎(chu)上(shang)提高鉻含量的一種(zhong)改進型合金(jin)(jin)(jin)。自1982年起(qi)，此(ci)合金(jin)(jin)(jin)開始制造壓(ya)水(shui)動力堆的蒸發器U型管(guan)，目前(qian)國(guo)外(wai)已廣泛(fan)用于壓(ya)水(shui)堆核電廠的蒸發器中并開始在堆內構件的一些部件上(shang)應用。目前(qian)，國(guo)內自國(guo)外(wai)已大量引進的大型壓(ya)水(shui)堆核電廠的蒸發器傳熱管(guan)也均采用此(ci)合金(jin)(jin)(jin)。

一、化學(xue)成分和(he)組(zu)織(zhi)特點

（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(xing)能

  1. 全面(mian)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)(gao)溫高(gao)(gao)壓水中(zhong)的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)良(liang)好，腐蝕(shi)速率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合金在(zai)316℃動水中(zhong)的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)見圖(tu)3-3-57.從圖(tu)中(zhong)可(ke)知，由(you)于00Cr30Ni60Fe10合金鉻含量高(gao)(gao)，所以(yi)其耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)優于Inconel 600和Incoloyl 800合金。

  2. 晶(jing)間(jian)腐蝕(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(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(jin)(jin)因素對00Cr30Ni60Fe10合金(jin)(jin)耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕性能(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 合金在高溫(wen)下的抗氧化(hua)和(he)抗硫化(hua)性能分(fen)別見圖 3-3-68 和(he) 圖 3-3-69 及表 3-3-36。

三、力(li)學性能

  表 3-3-37 和 表 3-3-38 列(lie)入了(le)  Inconel 690 合金的(de)室溫和中溫長期(qi)時效的(de)性能。

  由于(yu) Inconel 690 合(he)(he)金(jin)(jin)組織穩定且經長期(qi)中溫(wen)時(shi)效也(ye)無脆性相析(xi)出。因此(ci)，該合(he)(he)金(jin)(jin)在中溫(wen)長期(qi)使用時(shi)也(ye)不會有(you)任何(he)催化傾(qing)向。表 3-3-38 系實驗(yan)室(shi)試驗(yan)結果。

  此合金(jin)的室(shi)溫力學性能(neng)受熱處理(li)的影響極大。圖(tu)3-3-70 中的結(jie)果指出，固溶   處理(li)溫度(du)提高，合金(jin)的強度(du)下降(jiang)，塑性增加。

  圖3-3-71系(xi)00Cr30Ni60Fe10合(he)(he)金的高溫(wen)瞬時力學性能，由圖可知，溫(wen)度高于40℃,此合(he)(he)金的抗拉強度迅速降(jiang)低，伸(shen)長率明顯下降(jiang)。

  圖3-3-72和圖3-3-73是(shi)00Cr30Ni60Fe10合金的(de)高溫持久和蠕(ru)變(bian)性能。

四(si)、冷、熱加(jia)工性(xing)能(neng)

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的熱(re)加工(gong)一般(ban)在1040~1230℃進行，最低(di)的熱(re)變形溫(wen)度(du)不(bu)低(di)于870℃。

 此(ci)合(he)金的冷加工(gong)成型(xing)性與(yu)前述0Cr15Ni75Fe合(he)金相似。圖3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合(he)金的冷加工(gong)硬化(hua)行為與(yu)其他(ta)材(cai)料相比較的結果。

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(liu)、熱處理工藝(yi)

  若在固溶處(chu)(chu)理(li)態(tai)使用，00Cr30Ni60Fe10合(he)金的熱(re)處(chu)(chu)理(li)工(gong)(gong)藝(yi)為(wei)1000~1100℃加熱(re)保溫(wen)后(hou)(hou)快冷。供壓水(shui)核反應(ying)堆(dui)蒸發器傳熱(re)管使用的00Cr30Ni60Fe10 合(he)金則根據(ju)前(qian)述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的經驗，需采用固溶處(chu)(chu)理(li)＋脫敏處(chu)(chu)理(li)的熱(re)處(chu)(chu)理(li)工(gong)(gong)藝(yi)。脫敏處(chu)(chu)理(li)溫(wen)度為(wei)～720℃+5~15h時(shi)效(xiao)后(hou)(hou)冷卻(que)，00Cr30Ni60Fe10合(he)金管材彎成U型管后(hou)(hou)對(dui)于小R的U型管尚需進(jin)行消除(chu)應(ying)力熱(re)處(chu)(chu)理(li)。

七、物理性能

  00Cr30Ni60Fe10合金的(de)物理性能見表(biao)3-3-39。

八、應用

  20世(shi)紀80年代，0Cr30Ni60Fe10合金(jin)開始(shi)制造蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)，1991年，法(fa)國(guo)(guo)(guo)采用此合金(jin)的(de)(de)(de)大壓水(shui)堆核電(dian)站(zhan)（1450MW)的(de)(de)(de)四臺蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)投入了(le)商(shang)業運(yun)行。雖(sui)然(ran)在(zai)模(mo)擬蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)工況(kuang)下(xia)，國(guo)(guo)(guo)內外對此合金(jin)性能的(de)(de)(de)評估仍在(zai)進(jin)行，但總的(de)(de)(de)來說，已投人(ren)運(yun)行的(de)(de)(de)00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)制蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)運(yun)行情況(kuang)良好(hao)。我國(guo)(guo)(guo)自法(fa)國(guo)(guo)(guo)引(yin)進(jin)的(de)(de)(de)大亞(ya)灣和嶺(ling)澳核電(dian)站(zhan)的(de)(de)(de)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)傳熱管(guan)均為00Cr30Ni60Fe10 合金(jin)管(guan)材制造。目前 00Cr30Ni60Fe10合金(jin)已擴大用于制造壓水(shui)堆壓力容(rong)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)穿透件和控制棒驅動機構的(de)(de)(de)零部件代替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和0Cr15Ni75Fe.國(guo)(guo)(guo)外已開始(shi)用00Cr30Ni60Fe10合金(jin)全面代替壓水(shui)堆原用的(de)(de)(de)0Cr15Ni75Fe，俄羅(luo)斯雖(sui)然(ran)仍然(ran)采用價廉的(de)(de)(de)0Cr18Ni10Ti不(bu)銹鋼(gang)做臥式(shi)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)傳熱管(guan)，但要防(fang)止(zhi)水(shui)質(zhi)超標，或蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)在(zai)沿海海洋(yang)大氣中維護(hu)不(bu)當，否則其傳熱管(guan)易產生(sheng)應力腐蝕破壞的(de)(de)(de)危險。