双相不锈钢在核电站设备制造中的应用

核电站机械设备与部件的选材在要求材料结构性能的同时，必须考虑材料与服役介质的相容性，即材料应保证具有一定的耐腐蚀性能。而核电站腐蚀除了通常所指的均匀腐蚀外，还应充分考虑点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。因此核电站与冷却剂相接触的材料主要选用不锈钢，包括双相不锈钢铸件和锻件。

　　双相不锈钢是指在常温下具有独立稳定存在奥氏体相和铁素体相的不锈钢。铁素体相可提供较高的屈服强度和耐氯化物应力腐蚀的性能，奥氏体相则提供良好韧性和良好的抗均匀腐蚀的性能。双相不锈钢同时兼具铁素体钢和奥氏体钢的优点，在核电站设备与部件选材中被广泛使用。

　　双相不锈钢铸件、锻件的化学成分与性能

　　双相不锈钢铸件

　　双相不锈钢铸件是指采用铸造的方法得到室温稳定的奥氏体-铁素体双相不锈钢。通过控制奥氏体相形成元素(Ni、C、Mn)和铁素体相形成元素(Cr、Mo、Si)之间的平衡关系来调整铁素体相含量和金相组织，双相不锈钢铸件中铁素体相的体积分数一般都在20%以下。

　　双相不锈钢金相组织主要为奥氏体基体上分布着不连续的条带状和岛状铁素体，其室温抗拉强度大于480MPa，屈服强度大于210MPa，伸长率大于35%。

　　双相不锈钢锻件

　　在室温状态下，双相不锈钢锻件中奥氏体相作为基体，铁素体相含量最高可达50%。

　　目前常用的Cr-Ni型双相不锈钢可分为低合金型、中合金型、高合金型。其中低合金型钢中不含Mo，高合金型中Cr含量一般超过25%。典型节约型双相不锈钢S3201通过添加氮和锰代替贵重金属镍，使奥氏体相较稳定，因此其组织稳定性好，对金属间相的析出不敏感。

　　双相不锈钢铸件在核电中的应用

　　双相不锈钢铸件主要用在反应堆堆内构件、反应堆冷却剂主管道、反应堆冷却剂泵泵壳和阀门的阀体、阀盖、阀盘等。其制造规范主要依据ASME A351、RCC-M M3406和M3401。

　　核电用双相不锈钢铸件的生产工艺流程为：电弧炉冶炼-浇铸-机加工-热处理-检验试验-包装，其中铸造方法包括离心浇铸和静态浇铸，热处理主要采用固溶热处理加水淬。

　　上述核电设备部件用双相不锈钢铸件在制造过程中，铁素体相含量的控制是一个较关键的项目。通常要求含有5%~25%体积百分比的铁素体相以保证材料的强度和耐晶间腐蚀，如核电站主管道材料Z3 CN20-09M离心铸造奥氏体-铁素体双相不锈钢铸件根据RCC-M MC1290的Schaeffler曲线图对熔炼分析结果进行评定的铁素体含量应为12%~25%，理想含量为15%~18%。主泵泵壳材料采用不含钼的镍铬奥氏体-铁素体双相不锈钢铸件，应满足RCC-M M3401的要求，其铁素体理想含量为15%~20%;或者满足ASME A351要求的CF3A或CF8A奥氏体-铁素体双相不锈钢铸件，其铁素体含量应为7FN~20FN(根据Hull当量因子计算铁素体含量)。