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      不銹鋼材料

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      核電用奧氏體不銹鋼的演化過程

      來源:至德鋼業(yè) 日期:2020-03-21 20:05:38 人氣:1048

        不銹鋼是一類合金鋼,能耐鹽、酸、堿和大氣等介質(zhì)腐蝕,不銹鋼性能差別較大??砂唇M織分類,例如奧氏體型等,組織狀態(tài)由主元素及其含量確定。奧氏體不銹鋼,意味著Cr>18%,Ni含量>8%,具有較好的性能,在核電行業(yè)應(yīng)用廣泛。奧氏體不銹鋼具有良好的綜合性能,是反應(yīng)堆系統(tǒng)的重要用材。例如,壓水堆的壓力容器里襯堆焊層;快堆、重水堆的容器;快堆的元件包殼等。它們所用的鋼種與常規(guī)不銹鋼型號基本相同,例如304,316,321,347,310S等。


        反應(yīng)堆技術(shù)不斷更新,對奧氏體不銹鋼的研發(fā)也不斷提出新的要求,以保障材料在服役環(huán)境中維持必要的完整性及尺寸穩(wěn)定性。在奧氏體不銹鋼發(fā)展過程中,其典型代表為18%Cr+8%Ni鋼,該類鋼鈍化性能較好,其奧氏體相(γ)是介穩(wěn)相。為提高其抗均勻腐蝕、應(yīng)力腐蝕性能等,其改進型鋼通常有以下幾個改進方向和措施:①減少晶間腐蝕傾向:以18-8鋼為基礎(chǔ),降C,或添加元素,如Ti、Nb、Mo等,防止晶界析出碳化物,特別是Cr23C6。例如304L,321(加Ti)、347(加Nb)、316(加Mo);②提高抗應(yīng)力腐蝕能力:通過加N的方法。例如304NG(NG:核等級),316NG。③提高抗高溫氧化能力:同時提高Cr和Ni含量,變?yōu)楦呒墛W氏體不銹鋼,或超級奧氏體不銹鋼。例如,310S不銹鋼。


        310S不銹鋼是鉻鎳不銹鋼,具有奧氏體組織。美國牌號是310S,國內(nèi)牌號是0Cr25Ni20。310不銹鋼主要合金成分為20%Ni-25%Cr-55%Fe,比18-8型鋼(如304、309、316)具有更高的Cr和Ni,310不銹鋼的C水平一般為0.25%,核電常用的310不銹鋼需控制碳含量約為0.08%,也稱為310S不銹鋼。加Nb的310S不銹鋼,也稱為HR3C。310系列不銹鋼具有優(yōu)于所有18-8不銹鋼的綜合性能,耐蝕性優(yōu)異,高溫氧化后在表面易形成保護性氧化膜,且具有較好的高溫強度。

       

        310S系列鋼主要應(yīng)用于改進型氣冷堆(AGR)元件包殼,因為400℃以上的高溫已經(jīng)超過鋯合金的使用極限;而快堆曾采用過的316不銹鋼在這樣高的溫度下也已不具備所需的高溫性能和抗蝕性能。在SCWR燃料包殼材料和堆芯結(jié)構(gòu)材料研發(fā)中,310S系列不銹鋼更是被選作最有希望的合金之一,具有與高溫合金如鎳基合金競爭的優(yōu)勢。因此,日本,中國和加拿大等國家都在對310S不銹鋼在SCWR的應(yīng)用可行性進行研究。因為,310S不銹鋼與鎳基合金相比,其鎳含量低,具有更好的中子經(jīng)濟性;可使腐蝕產(chǎn)物遷移及引起的活化劑量比鎳合金的低;比鎳基合金的氦脆少;而且,因其常用于堆芯或輻照較多部位,輻照數(shù)據(jù)相對更多,已有研究和運行經(jīng)驗表明,310S系列不銹鋼的輻照敏感性低,一般經(jīng)過1021n·cm-2(約1.5dpa)輻照后才有明顯的輻照效應(yīng)。


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