是核电站的主动 脉 及 一 回 路 压 力 边 界. 根 据 RCCＧ
M M３４０６(２０００ 版 ＋２００２ 补 遗)[１],主 管 道 选 用 不
含 钼 的 铬 镍 奥 氏 体Ｇ铁 素 体 不 锈 钢 (法 国 牌 号
Z３CN２０Ｇ０９M)离 心 铸 造 管,即 不 含 钼 的 铬 镍 奥 氏
体Ｇ铁素体不锈钢在离心力作用下浇注而成.因此,
它具有 奥 氏 体Ｇ铁 素 体 不 锈 钢 组 织 致 密、屈 服 强 度
高、抗晶间腐蚀、抗 应 力 腐 蚀 开 裂,以 及 良 好 的 可 焊
性等优 点.目 前,岭 澳、宁 德、红 沿 河、阳 江、防 城 港
项目等２０余座核电站冷却剂系统均采用此类管道.
主管道离心管组织为奥氏体基体上分布一定数
量的铁素体,铁素体含量对主管道的力学性能、焊接
性能及抗蚀性能等 指 标 具 有 重 要 的 影 响,其 含 量 是
主管道制造过程中的 重 点 控 制 项.依 据 RCCＧM 中
第 M３４０６章规 定 铁 素 体 含 量 为 １２％ ~２０％ (质 量
分数,下同),理 想 值 为 １５％ ~１８％,其 检 测 方 法 及准则如下:①在不考虑氮含量的情况下,按 MC１０００
舍夫勒图评定的铁素体含 量 应 为 １２％ ~２０％,目 标
值为１５％~１８％;②按照 MC１３４０要求在 离 心 管 两
端截取力学性能试 样 进 行 铁 素 体 含 量 的 测 定,并 作
为数据提供１ 铁素体含量的检测方法
１．１ 根据 RCCＧM MC１０００舍夫勒图检测铁素体含量
早期,奥氏体Ｇ铁素体不锈钢的相平衡是根据舍
夫勒图(图１)及 由 它 导 出 的 DeLong 图 (图 ２)而 定
的[２],而舍夫勒图最初是根据焊缝组织而定,随后推
广到铸件.DeLong图相 组 织 图 还 增 加 了 铁 素 体 序
数 FN,但 只 能 做 到 １８FN,满 足 不 了 使 用 要 求.
１９８６年美国焊接研究 委 员 会(WRC)会 同 高 温 合 金
委员会不锈钢分会提出修订此图.通过大量铁素体
的测试数据,提出了 WRCＧ９２组织图(图３),图中 A
为奥氏体,AF 为 奥 氏 体 铁 素 体,FA 为 铁 素 体 奥
氏体,F 为铁素 体. 这 一 新 组 织 图 从 化 学 成 分 上 可
以精确地预估奥氏 体 铁 素 体 不 锈 钢 中 铁 素 体 的 含
量,但当钢中硅元素含量超过１％、钼 元 素 含 量 超 过
３％时,精确度会下降[２].除上述组织图外,还有其他各种线解图来确定奥
氏体 铁素体钢中铁素体的含量,在此不再叙述.
目前,不锈钢铸 件 中 铁 素 体 的 含 量 理 论 上 无 法
精确地预测,生产实 践 和 科 学 试 验 中 已 积 累 了 大 量
的资料,可供成分设计及熔炼化学成分分析参考,这
些资料是基于合金元素对形成奥氏体及铁素体影响
的强弱程度,最后 整 理 成 图 表 及 公 式. 金 属 学 概 念
是铬当量及镍当量,将 封 闭 奥 氏 体(γ)的 合 金 元 素,
依据它们的封闭能 力 大 小 合 并 为 一 个 参 量,即 铬 当
量;同样,将扩大奥氏 体(γ)的 合 金 元 素 合 并 为 一 个
参量,即 镍 当 量. 镍 当 量 元 素 主 要 有 氮、碳、镍、锰
等,铬当量元素主要有铬、钼、硅、铌、铝、钛等[３].
舍夫勒图中的 铬 当 量
cCr,eq 和 镍 当 量
cNi,eq 的 计
算公式分别为:
cCr,eq ＝
cCr ＋
cMo ＋１．５％
cSi ＋０．５％
cNb (１)
cNi,eq ＝
cNi ＋３０％
cC ＋０．５％
cMn (２)
式中:
cCr,
cMo,
cSi,
cNb,
cNi,
cC,
cMn分别为钢中铬、钼、
硅、铌、镍、碳、锰元素的质量分数.
随着科研工作 的 深 入 研 究,科 技 工 作 者 进 一 步
确定了表征其他元 素 对 金 属 组 织 的 影 响 系 数,从 而
使 舍 夫 勒 图 和 公 式 更 加 精 确. 其 中,按 照 DeLong
的数据,氮元素形成奥氏体能力与碳元素相似,因此
DeLong图中的铬当量
cCr,eq和镍当量
cNi,eq的计算公
式分别为:
cCr,eq ＝
cCr ＋
cMo ＋１．５％
cSi ＋０．５％
cNb (３)
cNi,eq ＝
cNi ＋３０％
cC ＋３０％
cN ＋０．５％
cMn (４)
式中:
cN 为钢中氮元素质量分数.
WRCＧ９２组 织 图 中 铬 当 量
cCr,eq 和 镍 当 量
cNi,eq
计算公式分别为:
cCr,eq ＝
cCr ＋
cMo ＋０．７％
cNb (５)
cNi,eq ＝
cNi ＋３５％
cC ＋２０％
cN ＋０．２５％
cCu (６)
式中:
cCu为钢中铜元素质量分数
２ 分析与讨论２．１ 检测方法的适用范围及差异性
RCCＧM MC１０００ 舍 夫 勒 图 和 DeLong 图 评 定
铁 素 体 含 量 方 法 ,适 用 于 设 计 不 锈 钢 种 时 对 铁 素
体 含 量 的 预 测 、冶 炼 时 的 炉 前 分 析 、以 及 预 测 铸 件
成 品 中 的 铁 素 体 含 量 . 因 此 ,该 方 法 得 到 的 结 果
会 与 不 锈 钢 成 品 件 的 实 际 铁 素 体 含 量 有 差 异 ,甚
至 差 异 较 大 . 原 因 在 于 试 验 没 能 将 全 部 影 响 形 成
奥 氏 体 及 铁 素 体 的 元 素 考 虑 在 内 ,即 舍 夫 勒 图 没
有 考 虑 对 扩 大 奥 氏 体 区 域 及 稳 定 奥 氏 体 影 响 较 大
的 氮 元 素 含 量 ,而 DeLong图 没 有 考 虑 铝 、钛 等 对
铁 素 体 含 量 影 响 较 大 的 元 素 ;另 外 ,也 没 有 考 虑 元
素 间 相 互 作 用 的 影 响 .
宁德项目主管道铸件评定中曾发生室温拉伸强
度和３５０ °C时拉伸 强 度 不 满 足 标 准 要 求 的 情 况[４],
就是因为没有 充 分 考 虑 氮 元 素 对 铁 素 体 的 影 响[１],
虽然铸件评定件 按 RCCＧM MC１０００ 舍 夫 勒 图 分 析
铁素体含量已达到 标 准 (１２~２０％)上 限,评 定 件 室
温抗拉强度及３５０ °C时的抗拉强度同样不满足标准
要求.后经过对氮 元 素 含 量 进 行 控 制,抗 拉 强 度 可
以满足标准要求.
因此,主管道铁 素 体 含 量 不 仅 要 采 用 舍 夫 勒 图
对熔炼分 析 时 进 行 铁 素 体 含 量 预 测,满 足 RCCＧM
M３４０６中铁素体含量１２~２０％的要求.同时,还应
当考虑舍夫勒图以 外 对 铁 素 体 含 量 影 响 较 大 的 氮、
铝、钼等元素含量进行控制,确保铸件真实铁素体含
量及理化性能满足要求.
２．２ 主管道铁素体含量变化的趋势分析
压水堆核电站冷却剂系统主管道为离心铸造的
奥氏体Ｇ铁素体不锈 钢. 离 心 铸 造 是 一 种 将 金 属 液
体浇进高速旋转的 铸 型,金 属 液 在 离 心 力 作 用 下 充
填铸型并凝固成形的铸造方法,具有填充能力强、组
织 致 密 细 化,力 学 性 能 优 异 等 特 点. 目 前 在
CPR１０００主管 道 铸 件 冶 炼 浇 注 时,同 一 炉 奥 氏 体Ｇ
铁素体不锈钢液同时浇注一件离心管和一件静态铸
件,经测定离心管室 温 抗 拉 强 度 比 静 态 铸 件 的 室 温
抗拉强度高２５~４５ Mpa,屈服强度也有不同程度的
提高