20世紀70年代以前,國際上一直普遍采用 Inconel 600 合金作為核電站壓水堆蒸汽發生器傳熱管的材料,(但1970年一蒸汽發生器管損壞成了壓水堆的致命缺陷。經Tatone的系統研究發現,應力腐蝕開裂是壓水堆蒸汽發生器管損壞最重要的原因,從此開始尋找具有更好應力腐蝕開裂抗力的材料。人們大量對比分析研究發現,Inconel 690 合金即為可以取代Inconel 600合金(表1-2)作為核電站壓水堆蒸汽發生器傳熱管的理想材料。Inconel 690合金是一種含30%鉻的奧氏體型鎳基耐蝕合金,它不僅在含氯化物溶液和氫氧化鈉溶液中具有比Inconel600、Incoloy800、304不銹鋼優異的抗應力腐蝕開裂能力,還具有高的強度、良好的冶金穩定性和優良的加工特性。特別是在各種類型的高溫水中,Inconel 690合金顯示出了低的腐蝕速率和優異的應力腐蝕開裂抗力,對于核蒸汽發電站來說,這是一些理想的特性。據G.S.Was報道,在美國被廣泛用作核反應堆蒸汽發生器傳熱管的 Inconel 600 合金,對晶間浸蝕和晶間應力腐蝕開裂有高的敏感性,在其一次循環側和二次循環側都遭受到了嚴重的晶間開裂的危害,而Inconel 690 合金卻恰恰具有在各種水環境中不受晶間應力腐蝕開裂影響的特點。Inconel 690 合金與Inconel 600合金在成分上的差異僅僅在于Cr含量不同。前者含30.0%Cr,后者含15.5%Cr。因此,相對于Inconel 600合金而言,性能優異而成分并不復雜,是Inconel 690合金的又一特點。


表2.jpg


 690合金多在退火態使用,在室溫和高于室溫的溫度范圍內,690合金保持較高的強度并具有很好的塑性。表1-3為室溫下對退火試樣進行拉伸試驗的結果,表明拉伸性能與材料狀態和尺寸有密切關系,圖1-6顯示了從室溫到982℃時材料的拉伸性能,該曲線代表了產品冷加工和熱加工的平均取值。圖1-7為 690合金常溫下在不同形變速率下的應力應變曲線,在室溫下應變速率比較?。?0-3~10-1)時,合金對應變速率的敏感性很低,但隨著應變速率的增大,敏感度增大的幅度提升很快。而對于加工硬化率來說,在所有實驗加工速率下,加工硬化率都隨著應變的增加而降低。


圖7.jpg


  690合金的主要性能要求是抗晶間應力腐蝕的能力。而晶界的鉻貧化、雜質向晶界的偏析、晶間碳化物及其對應力集中的力學效應,都是引起材料腐蝕的原因。因此需對精確控制合金成分、選擇最佳的化學成分范圍、有微量元素處理技術


以及低成本、高純度、低雜質含量,同時又能滿足鋼綜合性能的冶煉工藝進行研究。核電蒸汽發生器傳熱管表面質量要求高,尺寸控制嚴格,需進行特殊的熱處理,采用一般軋制、熱處理設備,通常的工藝很難達到要求。需要對制管的工藝,進行優化研究,包括擠壓、冷拔、冷軋、彎管的制造工藝及中間產品的退火工藝。


690合金U型管在制造過程中要經過兩道真空熱處理工藝,一道是在直管無損檢測后,另一道是在彎管后。其目的是消除制造應力,改善鉻的貧化,優化析出碳化物的形態,消除管彎曲后產生的應力。通過研究TT熱處理工藝對管材性能的影響,確定TT熱處理工藝制度。