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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(xiàn)IGSCC而發(fā)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(huán)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(fā)生常規(guī)的奧氏體不銹鋼（304、316)管道材料IGSCC,為此，美國的GE公司開發(fā)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(wěn)定化型奧氏體不銹鋼，如321不銹鋼和347不銹鋼，這類鋼能夠滿足壓水堆主管道的核規(guī)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(chǎn)難度較大，加之TiN、NbN夾雜將對后期彎管加工制造產(chǎn)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(guī)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(fā)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(yōu)異，但最大的不足是強度水平低，不能滿足核規(guī)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(fā)一種在合金成分上不脫離核動力用鋼的標準規(guī)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(fā)，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(guī)定范圍。這種變化將會使根據(jù)316奧氏體不銹鋼長期使用經(jīng)驗，并花費了大量時間和投資獲得的核規(guī)范付之東流，這種現(xiàn)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(yè)產(chǎn)品性能水平均達到或超過國外產(chǎn)品。

一、化學成分

 （ 控氮00C17Ni12Mo2）316NG不銹鋼的化學成份見表1-166。

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(guī)定的室溫和300℃、350℃的力學性能指標有所差別（見表 1-167）.工業(yè)產(chǎn)品的實際測定結果見表 1-168、表 1-169和 表1-170.

   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 。

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(yōu)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(yōu)于ASME規(guī)范中的316L不銹鋼，見圖1-204。

五、耐蝕性

 a. 均勻腐蝕

   鋼的耐均勻腐蝕性能優(yōu)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(yōu)于321下個。在1NH₂SO₄中的極化行為見圖1-206。

 該鋼較（ 00Cr17Ni12Mo2 ）316L不銹鋼易于鈍化，在反應堆高溫高壓水環(huán)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。

  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(jīng)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(yōu)于 321不銹鋼，見表 1-171。

  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 。

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(chǎn)板、管、絲帶等冶金產(chǎn)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(jù)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(shù)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(shù)、彈性模量、切變模量、泊桑比、導熱系數(shù)、比熱的數(shù)據(jù)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(yè)，用以制造換熱器、容器、管道等。