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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金是一種在壓水堆蒸發(fā)器傳熱管工況條件下，耐應(yīng)力腐蝕等性能更為優(yōu)良的新三代合金。此合金自1972年公開發(fā)表至今已近40年。圖3-3-54和圖3-3-55是發(fā)表此合金時(shí)的部分主要試驗(yàn)結(jié)果。它實(shí)際上是在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合金基礎(chǔ)上提高鉻含量的一種改進(jìn)型合金。自1982年起，此合金開始制造壓水動(dòng)力堆的蒸發(fā)器U型管，目前國外已廣泛用于壓水堆核電廠的蒸發(fā)器中并開始在堆內(nèi)構(gòu)件的一些部件上應(yīng)用。目前，國內(nèi)自國外已大量引進(jìn)的大型壓水堆核電廠的蒸發(fā)器傳熱管也均采用此合金。

一、化學(xué)成分和組織特點(diǎn)

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的化學(xué)成分見表3-3-30。

  此合金固態(tài)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(tài)（或焊后）更會(huì)有較大量碳化物析出，有時(shí)還有碳氮化物。當(dāng)合金中含有鈦時(shí)，還會(huì)有氮化鈦存在。由于此合金組織穩(wěn)定，即使經(jīng)過中溫長期加熱達(dá)12000小時(shí)以上，也未見有a脆性相析出。

二、耐腐蝕性能

  1. 全面腐蝕

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的耐全面腐蝕的性能見表3-3-31。在300~350℃高溫高壓水中的耐蝕性良好，腐蝕速率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合金在316℃動(dòng)水中的耐蝕性見圖3-3-57.從圖中可知，由于00Cr30Ni60Fe10合金鉻含量高，所以其耐蝕性優(yōu)于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(qū)，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(jié)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(jié)果見圖3-3-58和圖3-3-59.顯然，當(dāng)00Cr30Ni60Fe10合金中碳含量≤0.02%時(shí)，對合金的耐晶間腐蝕是有利的，但熱處理?xiàng)l件也有重要影響。圖3-3-60系含碳0.05%的00Cr30Ni60Fe10 合金的TTS(時(shí)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(chǎn)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(yōu)良。

  3. 應(yīng)力腐蝕

  0Cr30Ni60Fe10合金的耐應(yīng)力腐蝕性能是令人滿意的。在154℃沸騰MgCl₂溶液中的試驗(yàn)結(jié)果見圖3-3-62.顯然，00Cr30Ni60Fe10合金（即Inconel 690 )處于免疫區(qū)。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(yīng)力腐蝕性能與其他合金相比的試驗(yàn)結(jié)果。顯然，Inconel 690 合金處于優(yōu)勢。

  4. 冶金因素對00Cr30Ni60Fe10合金耐應(yīng)力腐蝕性能的影響

   表3-3-35和圖3-3-67系化學(xué)成分、冶煉工藝、蒸發(fā)器管材加工工藝以及熱處理對00Cr30Ni60Fe10合金耐應(yīng)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(yīng)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(jié)果表明，00Cr30Ni60Fe10合金的冶煉工藝采用真空或VOD爐外精煉再經(jīng)電渣重熔；管材生產(chǎn)工藝采用冷軋與冷拔相結(jié)合；熱處理采用固溶再經(jīng)脫敏處理，可以獲得滿意的耐應(yīng)力腐蝕性能。而單一冷軋工藝生產(chǎn)的管材，耐應(yīng)力腐蝕性能最差。這些試驗(yàn)結(jié)果，對于國內(nèi)00Cr30Ni60Fel0 合金管材的生產(chǎn)工藝而言具有參考價(jià)值。

  5. Inconel 690 合金在高溫下的抗氧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(xué)性能

  表 3-3-37 和 表 3-3-38 列入了  Inconel 690 合金的室溫和中溫長期時(shí)效的性能。

  由于 Inconel 690 合金組織穩(wěn)定且經(jīng)長期中溫時(shí)效也無脆性相析出。因此，該合金在中溫長期使用時(shí)也不會(huì)有任何催化傾向。表 3-3-38 系實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果。

  此合金的室溫力學(xué)性能受熱處理的影響極大。圖3-3-70 中的結(jié)果指出，固溶   處理溫度提高，合金的強(qiáng)度下降，塑性增加。

  圖3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合金的高溫瞬時(shí)力學(xué)性能，由圖可知，溫度高于40℃,此合金的抗拉強(qiáng)度迅速降低，伸長率明顯下降。

  圖3-3-72和圖3-3-73是00Cr30Ni60Fe10合金的高溫持久和蠕變性能。

四、冷、熱加工性能

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

 此合金的冷加工成型性與前述0Cr15Ni75Fe合金相似。圖3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合金的冷加工硬化行為與其他材料相比較的結(jié)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(jìn)行氣體保護(hù)焊接。當(dāng)00Cr30Ni60Fe10 用于HNO₃+HF酸中時(shí)，則需要選用1Cr21Ni65Mn9Nb4 焊條和1Cr21Ni65Mn9Nb4 焊絲進(jìn)行焊接。焊接規(guī)范與焊接其他高鎳合金基本相同。

六、熱處理工藝

  若在固溶處理態(tài)使用，00Cr30Ni60Fe10合金的熱處理工藝為1000~1100℃加熱保溫后快冷。供壓水核反應(yīng)堆蒸發(fā)器傳熱管使用的00Cr30Ni60Fe10 合金則根據(jù)前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的經(jīng)驗(yàn)，需采用固溶處理＋脫敏處理的熱處理工藝。脫敏處理溫度為～720℃+5~15h時(shí)效后冷卻，00Cr30Ni60Fe10合金管材彎成U型管后對于小R的U型管尚需進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。

七、物理性能

  00Cr30Ni60Fe10合金的物理性能見表3-3-39。

八、應(yīng)用

  20世紀(jì)80年代，0Cr30Ni60Fe10合金開始制造蒸發(fā)器，1991年，法國采用此合金的大壓水堆核電站（1450MW)的四臺(tái)蒸發(fā)器投入了商業(yè)運(yùn)行。雖然在模擬蒸發(fā)器工況下，國內(nèi)外對此合金性能的評估仍在進(jìn)行，但總的來說，已投人運(yùn)行的00Cr30Ni60Fe10 合金制蒸發(fā)器的運(yùn)行情況良好。我國自法國引進(jìn)的大亞灣和嶺澳核電站的蒸發(fā)器的傳熱管均為00Cr30Ni60Fe10 合金管材制造。目前 00Cr30Ni60Fe10合金已擴(kuò)大用于制造壓水堆壓力容器的穿透件和控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的零部件代替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和0Cr15Ni75Fe.國外已開始用00Cr30Ni60Fe10合金全面代替壓水堆原用的0Cr15Ni75Fe，俄羅斯雖然仍然采用價(jià)廉的0Cr18Ni10Ti不銹鋼做臥式蒸發(fā)器的傳熱管，但要防止水質(zhì)超標(biāo)，或蒸發(fā)器在沿海海洋大氣中維護(hù)不當(dāng)，否則其傳熱管易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞的危險(xiǎn)。