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        奧氏體不銹鋼 |Austenite steel

        奧氏體不銹鋼具有面心立方晶體結構,無磁性,不能通過熱處理強化,只能采用冷加工強化手段提高強度。由于其耐蝕,良好的常溫和低溫韌性、易成型性和良好的可焊性而廣泛應用于各工業領域和日常消費領域。奧氏體不銹鋼產量約占不銹鋼產量的70%,其產品涵蓋板、管、絲、帶、棒材、鍛件等幾乎所有的冶金產品類型。

        產品分類 / 用途

        控氮 00Cr17Ni12Mo2 (316NG)


        ( 控氮00C17N12Mo2)316NG不銹鋼,是為解決316不銹鋼在沸水核動力堆出現IGSCC而發展起來的鋼種。此鋼具有良好的抗敏化能力,進而提高了它在反應堆高溫水環境中的耐IGSCC(晶間應力腐蝕破裂)能力。


          在沸水堆運行過程中,曾發生常規的奧氏體不銹鋼(304、316)管道材料IGSCC,為此,美國的GE公司開發了304NG和316NG(NG代表核級),此類鋼既具有304不銹鋼和316不銹鋼的強度水平又具有304L不銹鋼、316L不銹鋼的耐晶間腐蝕能力,整個研究工作于1982年完成,先后用于沸水堆和壓水堆,日本已將316NG不銹鋼用于壓水堆主管道。法國針對壓水堆的主管道的工況條件,于20世紀70年代對能夠用于主管道的三類奧氏不銹鋼進行了深入研究,結果均不理想。第一類為穩定化型奧氏體不銹鋼,如I321不銹鋼和347不銹鋼,這類鋼能夠滿足壓水堆主管道的核規范的強度和耐蝕性要求,但其焊接性能不如304和316,況且因有鈦和鈮的加入,生產難度較大,加之TiN、NbN夾雜將對后期彎管加工制造產生不利影響;第二類為標準型的304和316型奧氏體不銹鋼,這類鋼在早期反應堆中已得到應用,強度水平可滿足規范要求,但鋼中的碳含量較高,耐晶間腐蝕能力不足,厚截面材料焊后易遭受晶間腐蝕,這是導致管道材料晶間型應力腐蝕破裂的主要誘發因素;第三類為超低碳型奧氏體不銹鋼304L、316L,兩者耐晶間腐蝕、焊接性能、加工性能均很優異,但最大的不足是強度水平低,不能滿足核規程要求。


         鑒于對上述三類鋼分析,法國的材料研究工作者致力于開發一種在合金成分上不脫離核動力用鋼的標準規定范圍,力學性能與標準型316不銹鋼相當,耐晶間腐蝕性能不低于超低碳的奧氏體不銹鋼。從單純技術角度出發,AISI316LN可滿足上述要求,但316LN屬于新鋼種,其中氮的含量超出AISI316L和AISI316規定范圍。這種變化將會使根據316奧氏體不銹鋼長期使用經驗,并花費了大量時間和投資獲得的核規范付之東流,這種現實無法被接受。于是法國于20世紀70年代中期研制出一種控氮奧氏體不銹鋼,稱ICL167CN,在RCC-M標準中為Z2CND18-12.這種材料的研究技術思路與316NG一致,但鋼中的碳、氮含量有些差別。


         我國于20世紀80年代中期開始研究控氮00Cr17Ni12Mo2鋼,用于壓水核動力堆主管道。其工業產品性能水平均達到或超過國外產品。


        一、化學成分


         ( 控氮00C17N12Mo2)316NG不銹鋼的化學成份見表1-166。


        表 166.jpg



        二、室溫和350℃的力學性能


         ( 控氮00C17N12Mo2)316NG不銹鋼在不同國家標準中規定的室溫和300℃、350℃的力學性能指標有所差別(見表 1-167).工業產品的實際測定結果見表 1-168、表 1-169和 表1-170.


        表 167.jpg


           鋼的固溶處理溫度與室溫和350℃的力學性能之間的關系見圖 1-200 和 圖1-201 。


        圖 201.jpg



        三、疲勞和斷裂韌性


         ( 控氮00C17N12Mo2)316NG不銹鋼的室溫疲勞性能見圖 1-202 和 圖 1-203 。其疲勞性能優于316L不銹鋼 。


         




          斷裂韌性采用J積分積確定,試樣尺寸為14mm x 28mm x 130mm,中間線切割并開疲勞裂紋,其值為:J1c=885.4kN/m  K1c=421.3MPam1/2 。



        四、持久性能


         ( 控氮00C17N12Mo2)316NG不銹鋼的 550℃ 和 600℃ 和 600℃ 的持久強度優于ASME規范中的316L不銹鋼,見圖1-204。


        圖 204.jpg


        五、耐蝕性


         a. 均勻腐蝕


           鋼的耐均勻腐蝕性能優于非控氮的00Cr17Ni14Mo2,在硝酸中的耐蝕性見圖1-205。其腐蝕率明顯優于321下個。在1NH2SO4中的極化行為見圖1-206。

          

          圖 205.jpg

         

          該鋼較( 00Cr17Ni12Mo2 )316L不銹鋼易于鈍化,在反應堆高溫高壓水環境中的腐蝕量與金屬釋放量與試驗時間的關系曲線見圖1-207。


          圖 208.jpg


         b. 敏化和晶間腐蝕 


        (控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼具有極好的抵抗敏化能力和耐晶間腐蝕性能,即便是長時間敏化處理(700℃ x 100h)其再活化率Ra值也達不到10%,而( 00Cr17Ni12Mo2 )316L不銹鋼僅經700℃ x 2h 敏化,再活率就能達到10%,其TTS見圖1-208。


         c. 點腐蝕


         (控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼,由于氮的加入,其耐點腐蝕性能明顯優于 321不銹鋼,見表 1-171。


         圖 209.jpg


         d. 應力腐蝕


         (控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼在42% 沸騰 MgCl2 和 高溫高壓水中的應力腐蝕行為分別見表 1-172 和 1-173 。


         表 173.jpg



        六、工藝性能


         (控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼的工藝性能類似于 316不銹鋼 和 316L不銹鋼,生產板、管、絲帶等冶金產品無特殊困難。推薦的熱加工溫度范圍為1000~1250℃.鋼的熱處理固溶溫度范圍較寬,在1020~1130℃之間均可,可根據材料截面尺寸和品種進行選擇。


         (控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼焊接性能良好,一些焊接參數可參照 316L不銹鋼,手工鎢極氬弧焊焊絲推薦采用H00Cr17Ni12Mo2,手工電弧焊焊條為CHS022NG。



        七、物理性能


         比重:8.04。線膨脹系數、彈性模量、切變模量、泊桑比、導熱系數、比熱的數據見圖1-210至圖1-213。


         




        八、應用


         (控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼主要應用于壓水堆主管道,1、2、3級設備用鍛件、沖壓件,熱交  換器冷精整無縫鋼管、設備用鋼管;設備和輔助設備用焊接件;堆用構件用螺栓等。在沸水堆中主要用于耐IGSCC的管路等。


          由于(控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼的力學性能和耐蝕性能的良好配合,亦可廣泛應用于化學加工工業,用以制造換熱器、容器、管道等。


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