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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)表此合金時的部分主要試驗結果。它實際上是在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合金基礎上提高鉻含量的一種改進型合金。自1982年起，此合金開始制造壓水動力堆的蒸發(fā)器U型管，目前國外已廣泛用于壓水堆核電廠的蒸發(fā)器中并開始在堆內構件的一些部件上應用。目前，國內自國外已大量引進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、化學成分和組織特點

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的化學成分見表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(wěn)定，即使經(jīng)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

  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(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(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(yōu)勢。

  4. 冶金因素對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(fā)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(jīng)電渣重熔；管材生產(chǎn)工藝采用冷軋與冷拔相結合；熱處理采用固溶再經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)工藝而言具有參考價值。

  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效的性能。

  由于 Inconel 690 合金組織穩(wěn)定且經(jīng)長期中溫時效也無脆性相析出。因此，該合金在中溫長期使用時也不會有任何催化傾向。表 3-3-38 系實驗室試驗結果。

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

  圖3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合金的高溫瞬時力學性能，由圖可知，溫度高于40℃,此合金的抗拉強度迅速降低，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(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，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型管尚需進行消除應力熱處理。

七、物理性能

  00Cr30Ni60Fe10合金的物理性能見表3-3-39。

八、應用

  20世紀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)的四臺蒸發(fā)器投入了商業(yè)運行。雖然在模擬蒸發(fā)器工況下，國內外對此合金性能的評估仍在進行，但總的來說，已投人運行的00Cr30Ni60Fe10 合金制蒸發(fā)器的運行情況良好。我國自法國引進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合金已擴大用于制造壓水堆壓力容器的穿透件和控制棒驅動機構的零部件代替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廉的0Cr18Ni10Ti不銹鋼做臥式蒸發(fā)器的傳熱管，但要防止水質超標，或蒸發(fā)器在沿海海洋大氣中維護不當，否則其傳熱管易產(chǎn)生應力腐蝕破壞的危險。