雙相不銹鋼在核電站設備制造中的應用

核電站機械設備與部件的選材在要求材料結構性能的同時，必須考慮材料與服役介質的相容性，即材料應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，還應充分考慮點蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕等。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點，在核電站設備與部件選材中被廣泛使用。

　　雙相不銹鋼鑄件、鍛件的化學成分與性能

　　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)之間的平衡關系來調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，使奧氏體相較穩定，因此其組織穩定性好，對金屬間相的析出不敏感。

　　雙相不銹鋼鑄件在核電中的應用

　　雙相不銹鋼鑄件主要用在反應堆堆內構件、反應堆冷卻劑主管道、反應堆冷卻劑泵泵殼和閥門的閥體、閥蓋、閥盤等。其制造規范主要依據ASME A351、RCC-M M3406和M3401。

　　核電用雙相不銹鋼鑄件的生產工藝流程為：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澆鑄，熱處理主要采用固溶熱處理加水淬。

　　上述核電設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RCC-M MC1290的Schaeffler曲線圖對熔煉分析結果進行評定的鐵素體含量應為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，其鐵素體含量應為7FN~20FN(根據Hull當量因子計算鐵素體含量)。