Inconel 690簡介：

Inconel 690是一種主要用于壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管材料的合金，是蒸汽發(fā)生器的核心技術(shù)。

中文名Inconel?690名義成分62Ni-28Cr-10Fe主要特征具有優(yōu)良的抗腐性能和熱穩(wěn)定性用 途壓水反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器

鎳基690合金：

[1-2]

化學(xué)成分：

鎳基690合金化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)：

物理性能

退火處理態(tài)690合金的物理性能和力學(xué)性能：

特殊性能

690合金具有優(yōu)良的抗晶間腐蝕和抗晶間應(yīng)力腐蝕開裂的能力，主要用于壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管材料。壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管用材料經(jīng)過了一個發(fā)展歷程，包括304奧氏體不銹鋼、600合金、800合金和690合金。對600合金服役中的腐蝕失效研究表明，晶間腐蝕和晶間應(yīng)力腐蝕開裂是主要問題。690合金作為壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管材料，從上世紀(jì)90年代投入使用以來還沒有發(fā)現(xiàn)破損的報道。

主要應(yīng)用

我國已經(jīng)運行的壓水堆核電站機組中，只有秦山一期使用了800合金，秦山二期、大亞灣和嶺澳核電站都使用690合金作為蒸汽發(fā)生器傳熱管材料。大部分在建和規(guī)劃中的壓水堆核電站也都采用690合金作為蒸汽發(fā)生器傳熱管材料。但是，國內(nèi)已經(jīng)運行的壓水堆核電站中用的690合金管基本上都是從國外購買。國外生產(chǎn)690合金管的公司主要有法國Valinox、瑞典Sandvik和日本住友。國內(nèi)有意生產(chǎn)和已經(jīng)生產(chǎn)690合金管的公司有久立特材和寶銀特種鋼管有限公司。

9月25日上午，在廣州市南沙區(qū)黃閣鎮(zhèn)東方電氣（廣州）重型機器有限公司總裝車間，隨著東方重機技術(shù)人員將寶鋼造國產(chǎn)690合金U形管徐徐穿入防城港核電1號機組1號蒸汽發(fā)生器“心臟”，完成了核電690合金U形管國產(chǎn)化以來在中國核電機組上的首次成功安裝應(yīng)用。標(biāo)志著中國核電蒸汽發(fā)生器核心首次出現(xiàn)"中國造"。

近30年來，為提高核電站蒸汽發(fā)生器換熱管的可靠性，避免因早期應(yīng)力腐蝕泄漏，逐步用Inconel690合金管替代Inconel600合金管。

Inconel690合金管的熱處理一般為固溶處理+特殊熱處理(TT處理)[1-4]，在生產(chǎn)和使用過程中，該材料沿晶界分布或析出碳化物。

有資料[1，5]表明，在碳化物沿晶界析出過程中，特別是Cr23C6在析出過程中會造成晶界附近貧鉻，當(dāng)鉻含量低于一定值后造成晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕。

本文主要研究Inconel690合金經(jīng)不同溫度和時間固溶和TT處理后晶界析出物大小、形貌和分布特征。

1?實驗材料和方法

樣品材料采用真空感應(yīng)+電渣重熔工藝生產(chǎn)冶煉，經(jīng)擠壓、冷拔、冷軋至準(zhǔn)19.05mm×1.09mm，其主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：0.22Mn，0.02C，0.06Si，9.48Fe，60.10Ni，29.51Cr，0.30Ti，0.27Al，0.002S，0.005P等。

對冷軋后的Inconel690合金管進(jìn)行不同溫度的固溶處理及TT處理，固溶處理溫度為950、1000、1050、1100和1150℃，保溫5min，水冷。TT處理工藝分別為600℃×12h、700℃×12h、700℃×24h、700℃×48h、700℃×96h、800℃×12h、800℃×24h、800℃×48h，冷卻方式為水冷。

Inconel690合金管的金相組織檢測采用MEF4金相顯微鏡及LEICA-Q500MC型圖像分析儀，材料相結(jié)構(gòu)用H800型透射電鏡分析，電壓為150KV。

2實驗結(jié)果與分析

2.1固溶處理對晶粒大小的影響

圖1為Inconel690合金管經(jīng)不同溫度固溶處理后的微觀組織?？梢钥闯觯Я榈容S晶，當(dāng)溫度低于1100℃時，晶粒尺寸變化不大，隨固溶溫度的升高，晶內(nèi)碳化物數(shù)量越來越少，晶粒尺寸略有長大，

一般為5～8級。當(dāng)固溶溫度升高到1100℃后，晶粒開始長大，1150℃固溶處理的晶粒度達(dá)3～5級。Inconel690合金的組織為奧氏體+少量的碳化物，晶粒內(nèi)存在大量孿晶，碳化物主要分布在晶內(nèi)。

另外，在晶粒內(nèi)還有微量的淡黃色顆粒，顆粒尺寸100～150nm，多呈規(guī)則的塊狀或六邊形，經(jīng)透射電鏡確認(rèn)為Ti(C，N)，如圖2所示。有資料研究表明，TiN在材料中起到“釘扎”效應(yīng)，提高材料的強度和耐腐蝕性。

固溶溫度越高，合金的擴散能力越強，碳化物越容易溶入基體，故在1050℃以下固溶時，晶內(nèi)碳化物相對較多。

2.2TT處理對組織的影響

圖3為Inconel690合金在不同工藝TT處理后的顯微組織?？煽闯?，在圖3(a)、(b)、(c)中晶界碳化物數(shù)量極少，同時碳化物的尺寸很小。經(jīng)700℃×48h處理后，晶界析出碳化物數(shù)量開始增多，呈小顆粒狀，

斷斷續(xù)續(xù)分布在晶界上。隨TT處理溫度的升高和保溫時間的延長，碳化物的數(shù)量也增加，尺寸變粗大，分布也由斷續(xù)狀到半連續(xù)狀。

圖4和圖5為晶界處顆粒的TEM形貌和電子衍射斑點。結(jié)果表明：晶界處的顆粒主要為Ti(C，N)和M23C6，其中Ti(C，N)占大部分，在晶界處呈顆粒狀存在。Cr23C6在晶界呈長條狀，其中Cr含量約92%，可以近似認(rèn)為是Cr23C6。

資料[1]表明，Cr23C6碳化物主要在晶界、位錯和缺陷處形核，形核和長大的過程中，由于碳的擴散能力比鉻強，所以碳化物主要因吸收其附近的鉻而形成，這就造成了碳化物與基體界面附近處鉻濃度下降，出現(xiàn)貧鉻區(qū)或貧鉻帶，貧鉻區(qū)的尺寸與材料的含碳量、使用溫度和時間等因素相關(guān)。

當(dāng)貧鉻區(qū)的含鉻量低于臨界值時，材料出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕或晶間腐蝕傾向。TT處理的主要目的是通過高溫擴散，提高鉻的擴散能力，使貧鉻區(qū)得到回復(fù)，增加電極電位和抗腐蝕能力。但本研究表明，晶界的主要析出物為Ti(C，N)，由于Ti與C的結(jié)合力高于Cr與C的結(jié)合力，因此在晶界處大部分C與Ti結(jié)合，減少了Cr23C6形成的機會，因此晶界處Ti(C，N)的存在可以減少晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕。

3結(jié)論

(1)Inconel690合金管固溶處理后的組織為奧氏體+少量的碳化物+微量的Ti(C，N)。當(dāng)固溶溫度低于1100℃時，晶粒尺寸變化不大，當(dāng)固溶溫度超過1150℃時，晶粒尺寸迅速增加。因此固溶處理溫度建議在1100℃以下。

(2)晶界的顆粒主要為沿晶界析出的Ti(C，N)和M23C6，其數(shù)量和尺寸隨TT處理溫度的升高和保溫時間的延長而增加，主要呈斷續(xù)和半連續(xù)狀分布。

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