為了早日實現核電蒸汽發生器傳熱管的國產化，攀長鋼于1999年率先在國內開展 Inconel 690 合金傳熱管的試制研究工作，并成功開發出尺寸規格為Φ 19.05mm x 1.09mm x 6500mm 的 690合金傳熱管?，F在寶鋼、攀長鋼和太鋼都在大量試制生產690合金傳熱管，但是基于生產保密的因素，國外文獻中涉及實際工業生產有關工藝參數的報道極少，而690合金傳熱管生產流程長，重要的工序控制點多，生產工序要求嚴格并要符合特殊規定，因此690合金管材國產化還存在很多技術難點、關鍵問題有待解決突破。
一、成材率
雖然文獻報道了攀長鋼小批量（僅10根）試制690合金荒管的擠壓成材率為82%,但也出現了嚴重的悶車未能擠壓成型事故。同時擠出荒管晶粒度不均勻，基體晶粒為7~8級，大晶粒為2~3級，擠出荒管的晶粒度不均勻將嚴重影響成品管的質量，若再考慮荒管的表面質量，擠壓成材率會大大降低。根據國內熱擠壓機調試生產期間反饋的信息，擠出荒管經常出現分層開裂、內表面橘皮缺陷等問題，實際擠壓成材率較低。此外，即便是對同一鋼種采用同一擠壓工藝參數下，擠壓成材率和擠出荒管的表面質量也會出現很大波動，這種情況很可能與管坯間質量差別大有關系。為了增強國產蒸汽發生器用690合金傳熱管的市場競爭力，必須努力提高熱擠壓成材率。
二、荒管內表面橘皮狀缺陷
在國內6000噸擠壓機調試生產期間，擠出荒管的內表面質量問題嚴重，經常出現表面裂紋、開裂和橘皮狀皺折等缺陷。其中橘皮狀缺陷不僅會影響荒管的表觀質量，還會降低管材的強度。熱擠壓荒管表面質量還對冷軋成品管表面質量有重要影響，擠壓荒管內外表面如果存在較深的直道、橘皮狀皺折、凹坑和裂紋等缺陷，經大變形量冷軋后不能完全消除，嚴重影響成品管表面質量，降低合格率。圖1-9 所示是熱擠壓荒管未經任何處理的內表面質量，可以看出有明顯的橘皮狀皺折沿圓周延伸，橘皮狀缺陷呈“之”字形臺階相連。對荒管用丙酮超聲清洗、內磨和酸洗處理使內表面缺陷完全暴露，可以看出缺陷的長短和深淺不一。同時經過光鏡觀察發現部分橘皮缺陷的末端有類似脆性夾雜物顆粒存在，經分析確定是殘留的玻璃潤滑劑。造成上述情況出現的因素除了材料自身的高溫塑性外，主要與熱擠壓工藝參數有關。
三、冷軋管和成品管內表面絲狀皺折
管材冷加工工藝決定了成品管的尺寸精度和表面質量，690合金傳熱管成品直管的規格為φ19.05mmx1.09mmx(20000~25000)mm,管材的尺寸允許偏差和表面質量控制得較嚴，每根管子都要經過嚴格的超聲波探傷、渦流探傷和背景噪聲檢測，這些都對冷軋變形工模具、冷加工工藝參數（包括變形量、變形道次、送進量和軋制速度等）及潤滑工藝提出了十分嚴格的要求。在冷軋及中間退火處理過程中，如果工藝參數控制不當也會出現一些問題，比如一次冷軋管和成品管內表面出現絲狀皺折等，如圖1-10所示。
圖1-11所示為一次冷軋管和成品管內表面上存在的絲狀皺折，其深度在15μm之間。掃描電鏡觀察未發現夾雜或者氧化物存在，同時通過能譜譜線圖析皺折周圍的化學成分，均是690合金主成分元素，沒有其他異常元素存在，以推斷主要是由管材冷軋過程金屬流動的不協調造成的皺折。一般來說，管材冷軋過程中金屬的流動主要有沿管材周向的剪切流動及沿管材軸向的延伸流動。在軋制過程中，如果軋制孔型的匹配不好或坯料的尺寸波動太大可能引起金屬周向的剪切流動速度大于軸向的延伸流動速度，就容易造成曲率半徑較小的內表面產生類似“折疊”的效果，該皺折隨著管材軸向延伸，最終導致冷軋管和成品管內表面出現絲狀的皺折。有兩種方法可以解決絲狀皺折問題，一是調整軋制孔型匹配，增大軋制孔型的曲率半徑，實際就是調節金屬周向的剪切流動速度與軸向的延伸流動速度的匹配性，這樣內壁便不會因為周向和軸向金屬流動速率的不匹配，而導致出現類似折疊的現象，從而解決了絲狀皺折的問題；二是調整坯料內孔尺寸，使內外表面曲率半徑差量減小，同樣可以起到減少絲狀皺折的作用，但這種方法在工程實際中難度較大。
四、成品管內壁細晶層及晶粒尺寸不均勻性
蒸汽發生器用690合金傳熱管的服役環境惡劣，服役年限要求長，抗應力腐蝕開裂能力是690合金最重要的性能。除了合金晶粒度、晶間鉻的貧化、雜質向晶界的偏析、晶間碳化物及其對應力集中的力學效應影響690合金的耐腐蝕性能之外，晶粒尺寸的均勻性對690合金的耐蝕性能也有極其重要的影響。如果690合金傳熱管內部晶粒大小不均，勢必造成合金不同位置的耐腐蝕性能不同，結果耐蝕性弱的部位不斷被優先腐蝕，這樣整個管子的使用壽命大大縮短，所以研究解決690合金管的組織均勻性問題具有非常重要的意義。
1. 成品管內表面細晶層
圖1-12為國內試制和法國 Valinox生產的690合金成品管內表面晶粒組織，可以看出國內試制的690合金管內表面存在幾個微米厚的細晶粒層，而法國Valinox生產的690合金管不存在這種現象。研究表明，內表面細晶層的存在使合金管的抗晶間腐蝕、點蝕和應力腐蝕的性能受到一定程度的影響。
2. 成品管晶粒尺寸不均勻性
圖1-13為國內試制前期和法國Valinox生產的690合金成品管晶粒尺寸均勻性對比，國內試制的690合金管晶粒均勻性明顯要比法國的差。熱處理后的混晶往往是由于原始晶粒尺寸不均勻，從而在冷加工時變形不均勻性，造成金屬材料內不同位置的形變儲存能不一，這樣在后續熱處理過程中再結晶形核不均勻，晶粒長大的驅動力也不均勻，必然導致再結晶過程出現混晶組織。為了保證690合金成品管材的質量滿足設計標準要求，合理的冷變形和熱處理工藝在消除晶粒尺寸不均勻因素對690合金耐蝕性能的不利影響方面至關重要。
在核電蒸汽發生器傳熱管國產化存在的問題中，熱擠壓成材率及荒管內表面橘皮狀缺陷、冷軋管和成品管內表面絲狀皺折主要影響管材的表面質量，可以通過適當調整工藝條件和設備參數得以解決，但是成品尺寸管晶粒組織及其不均勻性與熱擠壓荒管晶粒組織、冷軋和再結晶退火處理有關，它涉及了690合金在熱變形、冷變形和熱處理過程中的組織演變，故必須對690合金的熱擠壓和冷軋退火處理過程進行詳細研究，建立熱擠壓、冷軋和退火處理工藝參數與晶粒組織之間的關聯性，才能對成品管的組織進行精確控制。
五、油井管G3合金荒管開裂
圖1-14為 Hastelloy G3 合金熱擠壓荒管，在管材的圓周方向上，靠近管坯內徑處產生了宏觀裂紋。為了分析荒管坯開裂原因，從管坯上截下一段，制備金相試樣，并對管坯軸向（縱截面）和徑向（橫截面）的內部晶粒組織進行觀察。管坯徑向方向上，晶粒尺寸有所不同，內徑處和外徑處晶粒尺寸相差不大，大約為55~70μm,而在1/2R處晶粒尺寸稍微大些。在軸向方向上，管坯外徑處的晶粒尺寸偏小。在三個不同的觀察位置處，晶粒為扁平狀，且呈現流線狀，方向和擠壓方向一致。
綜合分析認為，造成開裂的原因有：（1). 模具潤滑劑選擇不妥，造成坯料和模具之間摩擦系數過大；坯料預熱溫度偏高；熱擠壓速度過高，三者引起熱擠壓變形區及擠出管材內部溫度升高，并且高于其熱加工溫度范圍（1050~1230℃).溫度升高，這不僅造成合金熱塑性降低，還促進了晶粒長大，合金的熱加工性能下降。（2). 上述三個工藝參數不合理，造成擠出管材內部應力狀態從壓應力突變為拉應力，或者直接產生了拉應力。
六、坯料溫升引起的熱塑性降低
Hastelloy G3 合金是一種高溫熱塑性差、易變形溫度范圍窄的合金，其熱加工溫度范圍大約為1050~1230℃.因此，當G3合金管材熱擠壓工藝中，坯料溫度升高過大時，合金的熱塑性降低，這可能是擠壓荒管產生開裂的一個原因。
蘇玉華采用熱拉伸試驗研究了 Hastelloy G3 合金高溫熱塑性隨溫度變化的特性，如圖1-15所示。從圖中可以看出，當拉伸速率為200mm/s時，斷面收縮率隨溫度先增加后逐漸下降，溫度升高到1230℃左右時，斷面收縮率降為60%左右，溫度繼續升高到1240℃時，試樣發生斷裂。溫度為1150℃左右時，合金的熱塑性達到峰值。實際熱加工工藝中，通常要求合金斷面收縮率為50%以上。據此，可以認為，G3合金的熱加工溫度范圍大約為1050~1230℃。
可見，Hastelloy G3合金管材熱擠壓工藝中，必須對模具進行合理潤滑，降低坯料和模具之間的摩擦熱，從而可以防止坯料內部溫升過高。同時，必須在充分認識G3合金組織特點、熱變形行為及組織演變過程的基礎上，對G3合金熱擠壓工藝參數進行正確選擇，確保合金在熱擠壓變形中即使發生溫度升高現象，坯料仍有較高的熱塑性，從而可以得到符合技術要求的管材。
總之，對于鎳基耐蝕合金的擠壓，國內外研究的都比較少，首先是因為鎳基合金的可變形溫度很窄，要求擠壓在高溫高速下進行。高速擠壓會導致產品性能的不均勻性增加，產生大量的缺陷；同時由于合金的硬度比較大，在加工過程中的抗力很大，對模具的要求很高，同時帶來大的能耗，所以對鎳基合金的擠壓研究比較困難。
由于管材擠壓成型過程比較復雜，單純地重復試驗需要大量的費用，而且很不方便，所以在研究管材成型時往往采用計算機數值模擬。通過有限元模擬，可以深入了解金屬塑性加工中的材料成型機制、預測工藝缺陷等。
