控氮0Cr19Ni10(304NG)

出处：按学科分类—工业技术 中国科学技术出版社《不锈钢实用手册》第483页（3692字）

(1)钢号简介

控氮0Cr19Ni10奥氏体不锈钢是近20年来发展起来的新钢种。其发展的驱动力是解决0Cr18Ni9钢在BWR(沸水核反应堆)运行中出现IGSCC(晶间应力腐蚀)破裂事故，提高反应堆安全运行的可靠性，此外也为压水核反应堆的堆内构件等提供更好的材料。在研究开发过程中，以既保持0Cr18Ni9的强度水平又具有00Cr19Ni10的耐晶间腐蚀性能，同时又不违背长期工作所建立起来的核规程作为研究开发的技术思想。在充分考虑上述三个条件的基础上，通过加上适量的氮，可以提高钢的强度，改善钢的耐晶间腐蚀性能，并可提高钢具有与超低碳奥氏体钢相同抗敏化能力的含碳量。于是产生了控氮0Cr19Ni10新钢种，在美国、日本称核级304，即304NG(Nuclear Grade)核级，在法国称Z2CN19－10。

在我国，结合实际工程需要，在国外研究基础上，在20世纪80～90年代开发了这一钢种，简称控氮304，即控氮0Cr19Ni10。

控氮0Cr19Ni10钢具有与00Cr19Ni10相同的工艺性能，可以提供板、管、锻件、棒材等冶金产品。它已成功应用于实际核反应堆建造工程。

(2)化学成分

钢的化学成分见表1－77。

表1－77 控氮0Cr19Ni10和00Cr19Ni10钢的化学成分

注：①某些堆芯部件要求Co≤0．10。

(3)力学性能

a．室温力学性能 在不同技术条件或标准中，对控氮00Cr19Ni10和0Cr19Ni10的力学性能的规定值略有差别，法国RCC－M的数据见表1－78。工业产品的实测值见表1－79。

表1－78 法国RCC－M所规定的Z2CN19－10力学性能指标

注：δ₅分数线上为纵向，分数线下为横向。

表1－79 控氮0Cr19Ni10力学性能实测值

b．室温疲劳性能 控氮0Cr19Ni10钢工业规模产品的室温疲劳特性见图1－103至图1－110及表1－80。裂纹扩展速率试验条件为：最大载荷Pmax=12－15kN，应力波动系数R=Pmin／Pmax=0．1，应力交变频率f=8Hz，加载波形为正弦波，介质为大气，温度为室温。

图1－103 板材疲劳裂纹扩展速率曲线

图1－104 锻件疲劳裂纹扩展速率曲线

图1－105 板材失效循环数N_f与应变量△ε_t的关系

图1－106 板材循环硬化曲线：应力幅△_σ与△_εp锻件疲劳裂纹扩展速率曲线

图1－107 锻件失效循环数N_f与应变量△ε_t的关系

图1－108 锻件循环硬化曲线：应力幅△σ与塑性应变幅△ε_p的关系

图1－109 厚板和锻件裂纹扩展速率比较

图1－110 低周疲劳寿命N_f与应变幅△ε_t的关系

表1－80 板材和锻件的低周疲劳循环特性(应变疲劳参量)

低周疲劳试验条件为：应力应变的不对称系数为－1，应变频率范围为10～40周／min，环境为室温大气环境。

c．高温力学性能 控氮0Cr19Ni10高温拉伸试验数据见表1－81。持久强度见图1－111。

表1－81 高温拉伸试验结果(Gleeble试验)

图1－111 控氮304NG的持久强度

(4)耐蚀性

a．均匀腐蚀 控氮0Cr19Ni10钢在酸、碱、盐等介质中耐均匀腐蚀性能与00Cr19Ni10相当，具体数据可参考0Cr18Ni9和00Cr19Ni10的耐均匀腐蚀性能数据。

在压水堆水介质中的腐蚀状况给出于图1－112至图1－115。为了比较列入了0Cr18Ni10Ti(321)的数据。在水介质中的均匀腐蚀试验参照GB10124－88标准执行。介质条件为pH=6～8，C1＜0．1mg／L，溶解氧＜0．1mg／L，比电阻＞5×10⁵Ω·cm的高纯水，试验温度为300℃±1℃。

图1－112 304NG和0Cr18Ni10Ti板材的均匀腐蚀速率

图1－113 304NG和0Cr18Ni10Ti板材的腐蚀产物释放速率

图1－114 304NG和0Cr18Ni10Ti锻件的均匀腐蚀速率

图1－115 304NG和0Cr18Ni10Ti锻件的腐蚀产物释放速率

b．点腐蚀 控氮0Cr19Ni10板材和锻件在50℃，6%FeCl₃+0．0NHCl溶液(GB4334．7－84)中的点腐蚀试验结果见表1－82。

表1－82 控氮0Cr19Ni10(304NG)在50℃，6%FeCl₃+0．05NHCl的耐点蚀性能

c．耐晶间腐蚀性能 控氮0Cr19Ni10钢在标准规定的敏化条件下具有良好的耐晶间腐蚀性能。在650℃×2h空冷和700℃×30′以1℃／min冷到500℃再空冷(B处理)，两种敏化条件下的Ra值分别为2．50%和9．69%。对于18－8型奥氏体不锈钢的再活化率＜15%可认为无晶间腐蚀倾向。

d．耐应力腐蚀破裂性能 水质条件为含20ppmCl－的去离子水(pH=7，比电阻ρ=5×10Ω·cm)和300℃，饱和蒸汽压8．8MPa，溶解氧为8ppm(饱和氧)的高纯水，拉伸速度为0．005mm／min(应变速度ε=4．2×10^－6S^－1)，钢的应力腐蚀敏感指数列于表1－82。

表1－82 304NG和0Cr18Ni10Ti钢的应力腐蚀敏感指数

(5)工艺性能

控氮0Cr19Ni10钢具有良好的冶金工艺性能，其热、冷加工性能同于00Cr19Ni10，可提供锻件、棒材、板材、管材等冶金产品。钢的热变形温度区间以1050～1250℃为宜。

控氮0Cr19Ni10钢的固溶退火制度为1000～1080℃保温一定时间后(视截面尺寸而定)水冷或空冷。固溶处理后的组织为奥氏体基体+少量铁素体或纯奥氏体。经固溶处理的钢具有良好的力学性能和耐蚀性。

控氮0Cr19Ni10钢具有与00CrNi10相同的焊接性能，可采用各种方法焊接，既不需焊前预热也不需焊后热处理，焊接材料可采用308L焊条和308L焊丝。焊接焊头和熔敷金属的性能近于母材。

(6)物理性能

钢的物理性能见表1－83。

表1－83 物理性能

(7)应用

控氮0Cr19Ni10(304NG)主要应用于沸水堆和压水堆的堆内构件，控制棒驱动机构导向组件，热交换器管，支撑件等。也可用于化工、石化等工业中。