雙相不銹鋼在核電站設(shè)備制造中的應(yīng)用

核電站機械設(shè)備與部件的選材在要求材料結(jié)構(gòu)性能的同時，必須考慮材料與服役介質(zhì)的相容性，即材料應(yīng)保證具有一定的耐腐蝕性能。而核電站腐蝕除了通常所指的均勻腐蝕外，還應(yīng)充分考慮點蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等。因此核電站與冷卻劑相接觸的材料主要選用不銹鋼，包括雙相不銹鋼鑄件和鍛件。

　　雙相不銹鋼是指在常溫下具有獨立穩(wěn)定存在奧氏體相和鐵素體相的不銹鋼。鐵素體相可提供較高的屈服強度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕的性能，奧氏體相則提供良好韌性和良好的抗均勻腐蝕的性能。雙相不銹鋼同時兼具鐵素體鋼和奧氏體鋼的優(yōu)點，在核電站設(shè)備與部件選材中被廣泛使用。

　　雙相不銹鋼鑄件、鍛件的化學(xué)成分與性能

　　雙相不銹鋼鑄件

　　雙相不銹鋼鑄件是指采用鑄造的方法得到室溫穩(wěn)定的奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。通過控制奧氏體相形成元素(Ni、C、Mn)和鐵素體相形成元素(Cr、Mo、Si)之間的平衡關(guān)系來調(diào)整鐵素體相含量和金相組織，雙相不銹鋼鑄件中鐵素體相的體積分數(shù)一般都在20%以下。

　　雙相不銹鋼金相組織主要為奧氏體基體上分布著不連續(xù)的條帶狀和島狀鐵素體，其室溫抗拉強度大于480MPa，屈服強度大于210MPa，伸長率大于35%。

　　雙相不銹鋼鍛件

　　在室溫狀態(tài)下，雙相不銹鋼鍛件中奧氏體相作為基體，鐵素體相含量最高可達50%。

　　目前常用的Cr-Ni型雙相不銹鋼可分為低合金型、中合金型、高合金型。其中低合金型鋼中不含Mo，高合金型中Cr含量一般超過25%。典型節(jié)約型雙相不銹鋼S3201通過添加氮和錳代替貴重金屬鎳，使奧氏體相較穩(wěn)定，因此其組織穩(wěn)定性好，對金屬間相的析出不敏感。

　　雙相不銹鋼鑄件在核電中的應(yīng)用

　　雙相不銹鋼鑄件主要用在反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件、反應(yīng)堆冷卻劑主管道、反應(yīng)堆冷卻劑泵泵殼和閥門的閥體、閥蓋、閥盤等。其制造規(guī)范主要依據(jù)ASME A351、RCC-M M3406和M3401。

　　核電用雙相不銹鋼鑄件的生產(chǎn)工藝流程為：電弧爐冶煉-澆鑄-機加工-熱處理-檢驗試驗-包裝，其中鑄造方法包括離心澆鑄和靜態(tài)澆鑄，熱處理主要采用固溶熱處理加水淬。

　　上述核電設(shè)備部件用雙相不銹鋼鑄件在制造過程中，鐵素體相含量的控制是一個較關(guān)鍵的項目。通常要求含有5%~25%體積百分比的鐵素體相以保證材料的強度和耐晶間腐蝕，如核電站主管道材料Z3 CN20-09M離心鑄造奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼鑄件根據(jù)RCC-M MC1290的Schaeffler曲線圖對熔煉分析結(jié)果進行評定的鐵素體含量應(yīng)為12%~25%，理想含量為15%~18%。主泵泵殼材料采用不含鉬的鎳鉻奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼鑄件，應(yīng)滿足RCC-M M3401的要求，其鐵素體理想含量為15%~20%;或者滿足ASME A351要求的CF3A或CF8A奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼鑄件，其鐵素體含量應(yīng)為7FN~20FN(根據(jù)Hull當(dāng)量因子計算鐵素體含量)。