控氮00Cr17Ni12Mo2(316NG)
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558页（4790字）
(1)钢号简介
控氮00Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢，是为解决0Cr17Ni12Mo2钢在沸水核动力堆出现IGSCC而发展起来的钢种。此钢具有良好的抗敏化能力，进而提高了它在反应堆高温水环境中的耐IGSCC(晶间应力腐蚀破裂)能力。
在沸水堆运行过程中，曾发生常规的奥氏体不锈钢(304、316)管道材料IGSCC，为此，美国的GE公司开发了304NG和316NG(NG代表核级)，此类钢既具有304和316的强度水平又具有304L、316L的耐晶间腐蚀能力，整个研究工作于1982年完成，先后用于沸水堆和压水堆，日本已将316NG用于压水堆主管道。法国针对压水堆的主管道的工况条件，于20世纪70年代对能够用于主管道的三类奥氏不锈钢进行了深入研究，结果均不理想。第一类为稳定化型奥氏体不锈钢，如AISI321和AIS347，这类钢能够满足压水堆主管道的核规范的强度和耐蚀性要求，但其焊接性能不如304和316，况且因有Ti和Nb的加入，生产难度较大，加之TiN、NbN夹杂将对后期弯管加工制造产生不利影响；第二类为标准型的304和316型奥氏体不锈钢，这类钢在早期反应堆中已得到应用，强度水平可满足规范要求，但钢中的碳含量较高，耐晶间腐蚀能力不足，厚截面材料焊后易遭受晶间腐蚀，这是导致管道材料晶间型应力腐蚀破裂的主要诱发因素；第三类为超低碳型奥氏体不锈钢304L、316L，两者耐晶间腐蚀、焊接性能、加工性能均很优异，但最大的不足是强度水平低，不能满足核规程要求。
鉴于对上述三类钢分析，法国的材料研究工作者致力于开发一种在合金成分上不脱离核动力用钢的标准规定范围，力学性能与标准型316不锈钢相当，耐晶间腐蚀性能不低于超低碳的奥氏体不锈钢。从单纯技术角度出发，AISI316LN可满足上述要求，但316LN属于新钢种，其中氮的含量超出AISI316L和AISI316规定范围。这种变化将会使根据316奥氏体不锈钢长期使用经验，并花费了大量时间和投资获得的核规范付之东流，这种现实无法被接受。于是法国于20世纪70年代中期研制出一种控氮奥氏体不锈钢，称ICL167CN，在RCC－M标准中为Z2CND18－12。这种材料的研究技术思路与316NG一致，但钢中的碳、氮含量有些差别。
我国于20世纪80年代中期开始研究控氮00Cr17Ni12Mo2钢，用于压水核动力堆主管道。其工业产品性能水平均达到或超过国外产品。
(2)化学成分
控氮00Cr17Ni12Mo2钢的化学成份见表1－166。
表1－166 控氮00Cr17Ni12Mo2钢化学成分
(3)室温和350℃的力学性能
控氮00Cr17Ni12Mo2奥氏体在不同国家的标准中规定的室温和300℃、350℃的力学性能指标有所差别(见表1－167)。工业产品的实际测定结果见表1－168、表1－169和表1－170。
表1－167 不同标准所规定的控氮00Cr17Ni12Mo2的力学性能指标
注：①300℃的力学性能指标。
表1－168 控氮00Cr17Ni12Mo2钢管(Φ310×24mm)的室温力学性能
表1－169 控氮00Cr17Ni12Mo2钢管的高温力学性能(试样取自Φ310×24mm钢管)
表1－170 控氮00Cr17Ni12Mo2弯管接头的力学性能
钢的固溶处理温度与室温和350℃的力学性能之间的关系见图1－200和图1－201。
图1－200 不同固溶温度对室温力学性能的影响
图1－201 不同固溶温度对350℃力学性能的影响
(4)疲劳和断裂韧性
控氮00Cr17Ni12Mo2钢的室温疲劳性能见图1－202和图1－203。其疲劳性能优于00Cr17Ni12Mo2。
图1－202 控氮00Cr17Ni12Mo2钢的低周疲劳曲线性
(固溶状态，试样M12mm×100mm，GB6399－86)
图1－203 控氮00Cr17Ni12Mo2钢的疲劳裂纹扩展速率
(固溶态，试样为100×96×20mm)
LogC=－12．08，n=4．16，da／dN=C(△K)n=8．317×10－13(△K)4．16
断裂韧性采用J积分积确定，试样尺寸为14mm×28mm×130mm，中间线切割并开疲劳裂纹，其值为：J1C=885．4kN／m K1C=421．3MPam1／2(由
计算得出)
(5)持久性能
控氮00Cr17Ni12Mo2的550℃和600℃和600℃的持久强度优于ASME规范中的00Cr17Ni12Mo2，见图1－204。
图1－204 控氮00Cr17Ni12Mo2钢的持久强度
(与Code Case 1592ASME比较)
(6)耐蚀性
a．均匀腐蚀 钢的耐均匀腐蚀性能优于非控氮的00Cr17Ni14Mo2，在硝酸中的耐蚀性见图1－205。其腐蚀率明显优于0Cr18Ni10Ti。在1NH2SO4中的极化行为见图1－206。该钢较00Cr17Ni12Mo2易于钝化，在反应堆高温高压水环境中的腐蚀量与金属释放量与试验时间的关系曲线见图1－207。
图1－205 控氮00Cr17Ni12Mo2钢在硝酸中的腐蚀
图1－206 控氮00Cr17Ni12Mo2钢在30℃，1NH2SO4中的极化曲线
图1－207 在高温高压水中00Cr17Ni12Mo2的腐蚀
(静态高温中性高纯去离子水，pH=7±0．2，电导率＜1μs／cm2，O2≤0．1mg／L，试验温度为265℃±1℃，试验7个周期共1507h，每周期更新介质，试验后用APAC法脱膜)
b．敏化和晶间腐蚀 控氮00Cr17Ni12Mo2钢具有极好的抵抗敏化能力和耐晶间腐蚀性能，即便是长时间敏化处理(700℃×100h)其再活化率Ra值也达不到10%，而00Cr17Ni12Mo2(316L)仅经700℃×2h敏化，再活率就能达到10%，其TTS见图1－208。
图1－208 控氮00Cr17Ni12Mo2和316L不锈钢的TTS曲线
c．点腐蚀 控氮00Cr17Ni12Mo2，由于氮的加入，其耐点蚀性能明显优于0Cr18Ni10Ti，见表1－171。
表1－171 控氮00Cr17Ni12Mo2和0Cr18Ni10Ti耐点蚀性能
在30℃，3．5%NaCl溶液中的点蚀电位见图1－209。钢的耐点蚀性能明显优于0Cr18Ni10Ti。
图1－209 控氮00Cr17Ni12Mo2的点蚀电位
(3．5%NaC1，GB4334－84)
d．应力腐蚀
控氮00Cr17Ni12Mo2钢在42%沸腾MgCl2和高温高压水中的应力腐蚀行为分别见表1－172、表1－173。
表1－172 控氮00Cr17Ni12Mo2钢在42%沸腾MgCl2中的应力腐蚀
表1－173 00Cr17Ni12Mo2钢弯头的CERT试验结果
(7)工艺性能
控氮00Cr17Ni12Mo2钢的工艺性能类似于00Cr17Ni14Mo2和00Cr17Ni14Mo2钢，生产板、管、丝带等冶金产品无特殊困难。推荐的热加工温度范围为1000～1250℃。
钢的热处理固溶温度范围较宽，在1020～1130℃之间均可，可根据材料截面尺寸和品种进行选择。
控氮00Cr17Ni12Mo2钢焊接性能良好，一些焊接参数可参照00Cr17Ni14Mo2。手工钨极氩弧焊焊丝推荐采用H00Cr17Ni12Mo2，手工电弧焊焊条为CHS022NG。
(8)物理性能
比重：8．04。
线膨胀系数、弹性模量、切变模量、泊桑比、导热系数、比热的数据见图1－210至图1－213。
图1－210 控氮00Cr17Ni12Mo2平均线膨胀系数
图1－211 控氮00Cr17Ni12Mo2的弹性模量、切变模量及泊桑比
图1－212 控氮00Cr17Ni12Mo2的导热系数
图1－213 控氮00Cr17Ni12Mo2的导热系数
(9)应用
控氮00Cr17Ni12Mo2钢主要应用于压水堆主管道，1、2、3级设备用锻件、冲压件，热交换器冷精整无缝钢管、设备用钢管；设备和辅助设备用焊接件；堆用构件用螺栓等。在沸水堆中主要用于耐IGSCC的管路等。
由于控氮00Cr17Ni12Mo2的力学性能和耐蚀性能的良好配合，亦可广泛应用于化学加工工业，用以制造换热器、容器、管道等。