镍基高温合金（简称镍基合金）是具有良好抗氧化、抗腐蚀能力的高温合金。1941年英国首先生产出镍基合金Nimonic75（Ni-20Cr-0.4Ti）；为了提高蠕变极限又添加铝，研制出Nimonic80（Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al）。20世纪50年代初，随真空熔炼技术的发展，为炼制高铝和钛含量的镍基合金创造了条件，初期的镍基合金大都是变形合金。20世纪50年代后期，由于汽轮机叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。从20世纪40年代初到20世纪70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从700℃提高到1100℃。
镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因如下：
1）镍基合金中可以熔解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性。
2）可以形成共格有序的A3B型金属间化合物γ[Ni3（Al，Ti）]相作为强化相（图5-116），使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度。
图5-116 镍基合金焊缝中的γ（分布在晶内）与δ相（分布在晶界）
3）含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。
根据它们的强化作用方式可分为：
①固熔强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；
②沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；
③晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。(www.xing528.com)
图5-117给出了在压水反应堆核电站一次回路设备结构中，以镍基高温合金直接作为核电结构材料的应用场合。其中，最为重要的应用是作为蒸汽发生器热交换管（图5-118）的材料；蒸汽发生器热交换管是压水堆一回路压力边界的重要组成部分，是防止放射性裂变产物外泄的主要屏障，因此，热交换管对核安全的重要性仅次于反应堆压力容器、安全壳和一回路主管。热交换管破裂后，一回路放射性冷却剂将进入二回路，发生冷却剂丧失事故。
图5-117 镍基合金材料在压水反应堆核电站一次回路设备结构中的应用场合
1—控制棒控制机构支撑套管 2—控制机构支撑套管与堆帽接管间的焊缝 3—监控设备用管 4—停堆冷却剂出口管嘴 5—各喷淋管嘴 6—各注—排管嘴 7—反应堆冷却系统的接管 8—安全灌注接管 9—装料口接管 10—在线检测仪器接管 11—稳压器仪表接管 12—反应堆排气口接管 13—稳压器加热器套管 14—导流槽 15—安全与卸载阀接管 16—稳压器上的主接管 17—稳压器与反应堆间的管接头 18—蒸汽发生器传热管束 19—蒸汽发生器压力壳内壁堆焊层 20—蒸汽发生器管接头堆焊焊缝 21—蒸汽发生器隔板与焊缝 22—蒸汽发生器一次进、出水接管、密封环与所有焊缝 23—蒸汽发生器排水口接管与焊缝 24—一次冷却剂泵进出口接管
图5-118 蒸汽发生器传热管束
蒸汽发生器热交换管的材料选用、检查极为重要；早期热交换管材料选用奥氏体不锈钢，例如304不锈钢。由于抗应力腐蚀能力较差，欧美国家开发出镍基合金钢作为热交换管的材料；1950～1980年代，核电结构中使用的镍基材料是Alloy600，与之配合的焊条为182（AWSA5.11ENiCrFe-3）、焊丝为82（AWSA5.14ERNiCrFe-3）；后因发现Alloy600材料的抗裂性能差，因此，国外又开发出Alloy800和Alloy690材料取代Alloy600，其相应的焊材为Alloy52/152，即INCONEL焊丝52（AWSA5.14ERNiCrFe-7）和焊条152（AWSA5.11ENiCrFe-7）；目前西欧、日本和美国的核电厂都使用镍基合金作热交换管材料；但部分老核电厂仍然使用Alloy600，而一部分新核电厂（2002后）已使用Alloy800和Alloy690；表5-4给出了核电常用镍基合金牌号与化学成分。
表5-4 核电常用镍基合金牌号与化学成分（质量分数） （单位：%）
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
