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NS 315 (Inconel 690)

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金是一种在压水堆蒸发器传热管工况条件下，耐应力腐蚀等性能更为优良的新三代合金。此合金自1972年公开发表至今已近40年。图3-3-54和图3-3-55是发表此合金时的部分主要试验结果。它实际上是在0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)合金基础上提高铬含量的一种改进型合金。自1982年起，此合金开始制造压水动力堆的蒸发器U型管，目前国外已广泛用于压水堆核电厂的蒸发器中并开始在堆内构件的一些部件上应用。目前，国内自国外已大量引进的大型压水堆核电厂的蒸发器传热管也均采用此合金。

一、化学成分和组织特点

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的化学成分见表3-3-30。

  此合金固态为纯奥氏体组织。由于碳在此合金中的溶解度很低（图3-3-56),所以也常有M₂₃C。等碳化物存在，特别是在敏化态（或焊后）更会有较大量碳化物析出，有时还有碳氮化物。当合金中含有钛时，还会有氮化钛存在。由于此合金组织稳定，即使经过中温长期加热达12000小时以上，也未见有a脆性相析出。

二、耐腐蚀性能

  1. 全面腐蚀

 （00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的耐全面腐蚀的性能见表3-3-31。在300~350℃高温高压水中的耐蚀性良好，腐蚀速率≤10mg/(d㎡·月）。00Cr30Ni60Fe10 合金在316℃动水中的耐蚀性见图3-3-57.从图中可知，由于00Cr30Ni60Fe10合金铬含量高，所以其耐蚀性优于Inconel 600和Incoloyl 800合金。

  2. 晶间腐蚀

   已知，采用65%HNO₃法检查不锈钢的晶间腐蚀倾向，既可腐蚀贫铬区，又可腐蚀碳化物和a相。采用此法研究00Cr30Ni60Fe10合金耐腐蚀性能的结果表明，此合金的晶间腐蚀倾向主要取决于合金中的碳含量，部分结果见图3-3-58和图3-3-59.显然，当00Cr30Ni60Fe10合金中碳含量≤0.02%时，对合金的耐晶间腐蚀是有利的，但热处理条件也有重要影响。图3-3-60系含碳0.05%的00Cr30Ni60Fe10 合金的TTS(时间－温度－敏化）曲线。由图可知，在65%HNO₃沸腾温度下，碳含量为0.05%的0Cr30Ni60Fe10合金在中温短暂停留便要产生晶间腐蚀。图3-3-61系合金中铬、镍量对晶间腐蚀性能的影响。显然，含铬约30%、镍约60%的合金耐晶间腐蚀性能优良。

  3. 应力腐蚀

  0Cr30Ni60Fe10合金的耐应力腐蚀性能是令人满意的。在154℃沸腾MgCl₂溶液中的试验结果见图3-3-62.显然，00Cr30Ni60Fe10合金（即Inconel 690 )处于免疫区。图3-3-63~图3-3-66和表3-3-32~表3-3-34均系上Inconel 690 的耐应力腐蚀性能与其他合金相比的试验结果。显然，Inconel 690 合金处于优势。

  4. 冶金因素对00Cr30Ni60Fe10合金耐应力腐蚀性能的影响

   表3-3-35和图3-3-67系化学成分、冶炼工艺、蒸发器管材加工工艺以及热处理对00Cr30Ni60Fe10合金耐应力腐蚀性能的影响。从表3-3-35中可看出，若向此合金中再加入钼、硼、钛、铌等元素，对含Cl^-的300℃高温水中的耐应力腐蚀性虽并无影响，但在325℃10%NaOH脱气高温水中则是有害的；图3-3-67中的结果表明，00Cr30Ni60Fe10合金的冶炼工艺采用真空或VOD炉外精炼再经电渣重熔；管材生产工艺采用冷轧与冷拔相结合；热处理采用固溶再经脱敏处理，可以获得满意的耐应力腐蚀性能。而单一冷轧工艺生产的管材，耐应力腐蚀性能最差。这些试验结果，对于国内00Cr30Ni60Fel0 合金管材的生产工艺而言具有参考价值。

  5. Inconel 690 合金在高温下的抗氧化和抗硫化性能分别见图 3-3-68 和 图 3-3-69 及表 3-3-36。

三、力学性能

  表 3-3-37 和 表 3-3-38 列入了  Inconel 690 合金的室温和中温长期时效的性能。

  由于 Inconel 690 合金组织稳定且经长期中温时效也无脆性相析出。因此，该合金在中温长期使用时也不会有任何催化倾向。表 3-3-38 系实验室试验结果。

  此合金的室温力学性能受热处理的影响极大。图3-3-70 中的结果指出，固溶   处理温度提高，合金的强度下降，塑性增加。

  图3-3-71系00Cr30Ni60Fe10合金的高温瞬时力学性能，由图可知，温度高于40℃,此合金的抗拉强度迅速降低，伸长率明显下降。

  图3-3-72和图3-3-73是00Cr30Ni60Fe10合金的高温持久和蠕变性能。

四、冷、热加工性能

（00Cr30Ni60Fe10）、NS 315 、Inconel 690 合金的热加工一般在1040~1230℃进行，最低的热变形温度不低于870℃。

 此合金的冷加工成型性与前述0Cr15Ni75Fe合金相似。图3-3-74系00Cr30Ni60Fe10合金的冷加工硬化行为与其他材料相比较的结果。

五、焊接性能

  00Cr30Ni60Fe10合金的焊接性能良好。它可采用1Cr15Ni65Mn7Nb2 焊条和1Cr20Ni67Mn3Nb2 焊丝进行气体保护焊接。当00Cr30Ni60Fe10 用于HNO₃+HF酸中时，则需要选用1Cr21Ni65Mn9Nb4 焊条和1Cr21Ni65Mn9Nb4 焊丝进行焊接。焊接规范与焊接其他高镍合金基本相同。

六、热处理工艺

  若在固溶处理态使用，00Cr30Ni60Fe10合金的热处理工艺为1000~1100℃加热保温后快冷。供压水核反应堆蒸发器传热管使用的00Cr30Ni60Fe10 合金则根据前述0Cr15Ni75Fe(Inconel 600)的经验，需采用固溶处理＋脱敏处理的热处理工艺。脱敏处理温度为～720℃+5~15h时效后冷却，00Cr30Ni60Fe10合金管材弯成U型管后对于小R的U型管尚需进行消除应力热处理。

七、物理性能

  00Cr30Ni60Fe10合金的物理性能见表3-3-39。

八、应用

  20世纪80年代，0Cr30Ni60Fe10合金开始制造蒸发器，1991年，法国采用此合金的大压水堆核电站（1450MW)的四台蒸发器投入了商业运行。虽然在模拟蒸发器工况下，国内外对此合金性能的评估仍在进行，但总的来说，已投人运行的00Cr30Ni60Fe10 合金制蒸发器的运行情况良好。我国自法国引进的大亚湾和岭澳核电站的蒸发器的传热管均为00Cr30Ni60Fe10 合金管材制造。目前 00Cr30Ni60Fe10合金已扩大用于制造压水堆压力容器的穿透件和控制棒驱动机构的零部件代替0Cr18Ni10、0Cr18Ni10Ti和0Cr15Ni75Fe.国外已开始用00Cr30Ni60Fe10合金全面代替压水堆原用的0Cr15Ni75Fe，俄罗斯虽然仍然采用价廉的0Cr18Ni10Ti不锈钢做卧式蒸发器的传热管，但要防止水质超标，或蒸发器在沿海海洋大气中维护不当，否则其传热管易产生应力腐蚀破坏的危险。