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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(jié)構(gòu),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(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域和日常消費領(lǐng)域。奧氏體不銹鋼產(chǎn)量約占不銹鋼產(chǎn)量的70%,其產(chǎn)品涵蓋板、管、絲、帶、棒材、鍛件等幾乎所有的冶金產(chǎn)品類型。

產(chǎn)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(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(yīng)堆高溫水環(huán)境中的耐IGSCC(晶間應(yīng)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(jié)果均不理想。第一類為穩(wěn)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(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(yīng)堆中已得到應(yīng)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(dǎo)致管道材料晶間型應(yīng)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(xué)性能與標準型316不銹鋼相當(dāng),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(shù)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(shù)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(xué)成分


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


 表 166.jpg


二、室溫和350℃的力學(xué)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(xué)性能指標有所差別(見表 1-167).工業(yè)產(chǎn)品的實際測定結(jié)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(xué)性能之間的關(guān)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(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。


  圖 204.jpg



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。

 

  圖 205.jpg

 

    該鋼較( 00Cr17Ni12Mo2 )316L不銹鋼易于鈍化,在反應(yīng)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(guān)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(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。


  圖 209.jpg


 d. 應(yīng)力腐蝕


 (控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼在42% 沸騰 MgCl2 和 高溫高壓水中的應(yīng)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(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(dǎo)熱系數(shù)、比熱的數(shù)據(jù)見圖1-210至圖1-213。


  




八、應(yīng)用


 (控氮00Cr17Ni12Mo2)316NG不銹鋼主要應(yīng)用于壓水堆主管道,1、2、3級設(shè)備用鍛件、沖壓件,熱交  換器冷精整無縫鋼管、設(shè)備用鋼管;設(shè)備和輔助設(shè)備用焊接件;堆用構(gòu)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(xué)性能和耐蝕性能的良好配合,亦可廣泛應(yīng)用于化學(xué)加工工業(yè),用以制造換熱器、容器、管道等。



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