高溫(wen)合金是指以(yi)鐵、鎳、鈷為基,能在600℃以(yi)上的(de)(de)(de)(de)高溫(wen)下(xia)抗(kang)氧化、耐腐蝕,并(bing)能在一(yi)定應(ying)力作用(yong)下(xia)長期工(gong)作的(de)(de)(de)(de)一(yi)類金屬材(cai)料,具有優異的(de)(de)(de)(de)高溫(wen)強度,良(liang)好的(de)(de)(de)(de)抗(kang)氧化和抗(kang)熱腐蝕性能,良(liang)好的(de)(de)(de)(de)疲勞性能、斷(duan)裂韌性等綜(zong)合性能,又(you)被稱(cheng)為“超合金,”主要應(ying)用(yong)于航空(kong)、航天(tian)、艦船、車(che)輛、工(gong)業燃機和能源領(ling)域。
GH 3600 / Inconel 600 / N06600 / NS312 / 2.4816 / NCF600 / 0Cr15Ni75Fe
Inconel 600 合金 于20世紀30年代問世,是鎳鉻合金中用量最大的一種,從20世紀50年代末到60年代初開始,此合金作為第二代耐應力腐蝕材料,代替18-8型Cr-Ni奧氏體不銹鋼大量用于核反應堆的蒸發器。它兼有耐腐蝕、耐熱和抗氧化且易加工、焊接等性能特點。因為成分簡單又易于生產,所以它的價格在所以鎳鉻合金中是較低的。
0Cr15Ni75Fe 合金 固溶態具有純奧氏體組織,有時在奧氏體基體上存在著少量TiC和TiN(當合金中含鈦時)。合金在540~980℃間還會有Cr7C3和Cr23C6等碳化物沿著晶界或在基體上析出。研究表明,溫度高于760℃會有Cr7C3碳化物沉淀,溫度低于760℃則會析出Cr23C6碳化物。
一(yi)、化學成分
Inconel 600 合金的化學成(cheng)分 % | ||||||||||
牌號(hao) | C | Mn | Si | Cr | Ni | S | P | Ti | Cu | Fe |
0Cr15Ni75Fe Inconel 600 | ≤0.15 | ≤1.0 | ≤0.5 | 14~17 | ≥72 | ≤0.015 | ≤0.015 | 加入 | ≤0.05 | 6~10 |
二(er)、力(li)學性能
Inconel 600合(he)(he)(he)金(jin)的室溫和低溫力學(xue)(xue)性(xing)能(包括沖(chong)擊(ji)、疲勞、硬(ying)度等)與一般Cr-Ni奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)相(xiang)近,具有良(liang)好的強度和塑(su)、韌(ren)性(xing)的配合(he)(he)(he)。此(ci)合(he)(he)(he)金(jin)的高溫力學(xue)(xue)性(xing)能(包括瞬時、蠕變和持久)則顯(xian)優于鎳含量(liang)低的一般奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang),可(ke)以允許在(zai)(zai)承(cheng)受(shou)載荷的條(tiao)件(jian)下,在(zai)(zai)600~650℃長(chang)期使用(yong)。試驗還(huan)表(biao)明在(zai)(zai)600℃長(chang)期使用(yong)后(hou),此(ci)合(he)(he)(he)金(jin)無脆化傾向。
1. Inconel 600合金的(de)室溫力(li)學性(xing)能
Inconel 600 合金的室內溫度力學性能 | ||||
材料品(pin)種及狀態 | σb/MPa | σ0.2/MPa | δ/% | 硬度(HRB) |
棒材(cai): 冷拔退火 | 550~690 | 175~345 | 55~35 | 65~85B |
冷拔態(tai) | 720~1035 | 550~860 | 30~10 | 90B~30C |
熱(re)加(jia)工退(tui)火(huo)態 | 550~690 | 205~345 | 55~35 | 68~85B |
熱(re)加工態(tai) | 585~825 | 240~620 | 50~30 | 75~95B |
板材:熱軋退火態(tai) | 550~725 | 205~345 | 55~35 | 65~85B |
熱軋態(tai) | 585~760 | 240~450 | 50~30 | 80~95B |
薄板:冷軋退火態(tai) | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤88 |
冷軋硬化態 | 825~1035 | 620~860 | 15~2 | ≥24 |
帶材(cai):冷軋(ya)退(tui)火態 | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤84 |
冷軋(ya)回火態 | 1000~1170 | 825~1100 | 10~2 | ≥34 |
管材(cai):熱軋態 | 515~690 | 175~345 | 55~35 | |
熱軋退火態 | 515~690 | 175~345 | 55~35 | |
冷(leng)拔退火(huo)態 | 550~690 | 175~345 | 55~35 | ≤88 |
絲材:冷拔退火(huo)態 | 550~825 | 240~515 | 45~20 | |
冷(leng)拔回(hui)火態 | 725~930 | 480~725 | 35~15 | |
彈(dan)簧回火態 | 1170~1515 | 1035~1445 | 5~2 |
2. Inconel 600 合(he)金的沖擊(ji)性能(V型(xing)夏比試樣)
Inconel 600 合金的沖擊性能(V型夏比試樣) | ||||
試驗溫度/℃ | 沖擊功/J | |||
橫向 | 縱(zong)向 | 固溶態 | 冷拔(ba)態 | |
21 | 86.1 | 83.7 | ||
-79 | 88.8 | 90.8 | ||
-196 | 82.4 | 83.1 | ||
21 | 244 | 155 | ||
430 | 254 | 144 | ||
540 | 217 | 116 | ||
650 | 217 | 141 | ||
760 | 209 | 221 |
3. Inconel 600 合金的低溫沖擊性能
Inconel 600 合金的低溫沖擊性能 | ||
試驗方向 | 試驗溫度/℃ | 沖擊功/J |
橫向 | 21 | 86 |
-79 | 89 | |
-196 | 82 | |
縱向 | 21 | 84 |
-79 | 91 | |
-196 | 83 |
4. Inconel 600 合金(jin)棒材(cai)的室溫沖擊性能
Inconel 600 合金棒材的室溫沖擊性能 | ||
試驗狀態 | 沖擊功/J | |
埃左氏缺口 | 夏比U型缺口 | |
冷拔 | 165 | 310 |
冷拔+退火 | 95~135 | 205 |
熱軋 | 165 | 310 |
熱軋+退火 | 135~165 | 221 |
5. Inconel 600 合(he)金的高溫沖擊性能(夏比(bi)V型試樣)
Inconel 600 合金的高溫沖擊性能(夏比V型試樣) | ||
溫度/℃ | 沖擊功/J | |
退火態 | 冷拔態 | |
21 | 243 | 154 |
427 | 253 | 114 |
538 | 217 | 117 |
649 | 217 | 141 |
760 | 208 | 221 |
三(san)、耐蝕性能
1. 全(quan)面腐蝕
Inconel 600合金在大氣、水和蒸汽介質中耐腐蝕性極佳。在一些弱酸、稀的氧化性和還原酸中,耐蝕性也很好。在各種弱有機酸中,腐蝕速率也很低。例如,在室溫醋酸中,腐蝕速率0.0025~0.1mm/a之間。此合金特別耐堿的腐蝕,如在NaOH中,NaOH濃度達80%時亦很耐腐蝕;當NaOH中有硫化物時,其耐蝕性優于純鎳;在150℃,50%硫化鈉中試驗,年腐蝕速率僅為0.1mm。0Cr15Ni75Fe合金還耐各種中性、苛性鹽的腐蝕。在一些強酸中,0Cr15Ni75Fe合金的耐蝕性不良,如在H3PO4和H2SO4中,僅能用于室溫條件下;在鹽酸、氫氟酸中僅能用于室溫且濃度非常稀的情況下;室溫下的干氯氣和干氯氣化氫氣并不腐蝕0Cr15Ni75Fe合金。但在高溫下僅能用≤550℃氟化氫氣體中。
a. Inconel 600 合金在硫酸(suan)中的(de)腐蝕速率
Inconel 600 合金在硫酸中的腐蝕速率 | |||||
濃度% | 腐蝕速率/mm?a–1 | 濃度 % | 腐蝕速率/mm?a–1 | ||
室溫 | 沸騰溫度 | 室溫 | 沸騰溫度 | ||
10 | 0.081 | 3.429 | 60 | 0.048 | __ |
20 | 0.051 | 4.724 | 70 | 0.058 | __ |
30 | 0.064 | 5.486 | 80 | 0.566 | __ |
40 | 0.046 | 17.79 | 98 | 0.188 | __ |
50 | 0.041 | __ |
b. Inconel 600 合金在鹽酸中的腐蝕速率
Inconel 600 合金在鹽酸中的腐蝕速率 | |||||
酸濃度% | 溫度/℃ | 試驗時間 | 充氣情況 | 流速/m?mim–1 | 腐蝕速率/mm?a–1 |
5 | 30 | 20 | 充氫氣 | 5.1 | 0.33 |
5 | 30 | 20 | 充空氣 | 5.1 | 2.46 |
5.9 | 30 | 120 | 充空氣 | 0 | 1.14 |
5.9 | 80 | 120 | 充空氣 | 0 | 18.03 |
5 | 85 | 20 | 充氫氣 | 5.1 | 40.38 |
5 | 85 | 20 | 充空氣 | 5.1 | 49.53 |
2. 晶間腐蝕
試(shi)驗表(biao)明(ming),在(zai)較低溫(wen)(wen)度下,碳在(zai)Inconel 600合(he)金(jin)中(zhong)固(gu)(gu)溶度是很低的(de)(de)(de)(de),當溫(wen)(wen)度低到(dao)650℃時(shi)(shi)(shi),碳的(de)(de)(de)(de)固(gu)(gu)溶度低于(yu)0.01%。因此(ci),Inconel 600合(he)金(jin)若經(jing)550~850℃中(zhong)溫(wen)(wen)敏(min)(min)(min)化處(chu)(chu)(chu)理(li)(li),由于(yu)Cr23C6和(he)Cr7C3等碳化物(wu)沿晶(jing)(jing)界沉淀,會(hui)產生貧鉻(ge)區(qu),從而使Inconel 600合(he)金(jin)在(zai)一些介質中(zhong)具有(you)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)蝕傾向。一般說來Inconel 600合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)蝕傾向要高于(yu)18-8、18-12-Mo等Cr-Ni不銹鋼。 20世紀80年代初的(de)(de)(de)(de)研究表(biao)明(ming),Inconel600合(he)金(jin)經(jing)1100℃水(shui)(shui)冷(leng)固(gu)(gu)溶處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou),在(zai)經(jing)700℃敏(min)(min)(min)化(時(shi)(shi)(shi)效)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)增長,晶(jing)(jing)界鉻(ge)濃(nong)(nong)度有(you)明(ming)顯的(de)(de)(de)(de)不同:敏(min)(min)(min)化 5小時(shi)(shi)(shi),晶(jing)(jing)界鉻(ge)濃(nong)(nong)度會(hui)從原有(you)15%降到(dao)6%,敏(min)(min)(min)化10h后(hou)降低到(dao)了4%,但隨著(zhu)敏(min)(min)(min)化時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)增長,當達到(dao)100h時(shi)(shi)(shi),晶(jing)(jing)界濃(nong)(nong)度則可高達12%以上。據(ju)此(ci)提出了鎳鉻(ge)合(he)金(jin)固(gu)(gu)溶處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)再經(jing)700℃的(de)(de)(de)(de)適宜時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)保溫(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)(shi)效處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)以防止晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)蝕和(he)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)應力腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)熱處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)工藝。此(ci)工藝早已(yi)在(zai)Inconel 600 壓水(shui)(shui)堆蒸發(fa)器傳熱管(guan)生產中(zhong)采用(yong)已(yi)推廣用(yong)于(yu)同一用(yong)途的(de)(de)(de)(de) Inconel 690 傳熱管(guan)的(de)(de)(de)(de)生產,此(ci)工藝稱(cheng)為脫敏(min)(min)(min)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(desensitization ,TTV).
3. 應(ying)力腐蝕
國內外的(de)大量實(shi)驗(yan)室實(shi)驗(yan)曾已(yi)證實(shi),無論是在(zai)(zai)(zai)高(gao)濃度氯化物中(zhong),還是在(zai)(zai)(zai)含(han)有(you)OH﹣的(de)苛性(xing)(xing)溶液中(zhong),無論是在(zai)(zai)(zai)含(han)微(wei)量氯化物和氧的(de)熱水以及高(gao)溫水中(zhong),鎳對提高(gao)Ni-Cr-Fe合金的(de)耐(nai)(nai)應力腐(fu)蝕性(xing)(xing)能都是有(you)效(xiao)的(de)。因此(ci)普遍認為含(han)有(you)很(hen)高(gao)鎳含(han)量的(de)Inconel600合金具有(you)優良的(de)耐(nai)(nai)應力腐(fu)蝕性(xing)(xing)能。但在(zai)(zai)(zai)實(shi)際(ji)使用中(zhong),特別是在(zai)(zai)(zai)壓水堆蒸發(fa)器(qi)傳熱管工作條件(jian)下又發(fa)現Inconel600合金對應力腐(fu)蝕不僅不免疫,而且(qie)還具有(you)相當高(gao)的(de)敏(min)感性(xing)(xing),甚至在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫高(gao)壓純水中(zhong)也不例(li)外。研究指出Inconel600合金的(de)這些晶間應力腐(fu)蝕的(de)敏(min)感性(xing)(xing)可以通(tong)過進(jin)行(xing)
時效(xiao)(脫敏)處理來加以抑制(zhi)。
4. 點蝕(shi)
由于Inconel600合(he)(he)金(jin)鉻含量低且不含鉬,因此,此合(he)(he)金(jin)不能(neng)用于耐(nai)點(dian)蝕(shi)和(he)易引(yin)起(qi)點(dian)蝕(shi)的環境中(zhong)。例如Inconel600合(he)(he)金(jin)在流動的海(hai)水和(he)海(hai)水噴淋(lin)條(tiao)件下耐(nai)蝕(shi)性良好(hao),但(dan)在靜止海(hai)水中(zhong),此合(he)(he)金(jin)便(bian)會由于點(dian)蝕(shi)的產(chan)生(sheng)而遭到破壞。
四、焊(han)接性能
Inconel 600合(he)金(jin)(jin)焊(han)(han)接(jie)性能良好。它可(ke)以(yi)采用(yong)(yong)(yong)常(chang)用(yong)(yong)(yong)的焊(han)(han)接(jie)方法進行同材和(he)異(yi)材焊(han)(han)接(jie)。對于氣體保護金(jin)(jin)屬(shu)弧焊(han)(han)接(jie),可(ke)采用(yong)(yong)(yong)Inconel 182和(he)132焊(han)(han)條。對于MIG和(he)TIG焊(han)(han)接(jie),則可(ke)用(yong)(yong)(yong)Inconel 62焊(han)(han)絲。
五、冷熱加工(gong)及成型性能(neng)
Inconel 600合(he)(he)金(jin)正(zheng)常的(de)熱(re)(re)加(jia)工(gong)溫度(du)(du)(du)為871~1232℃,大變形量(liang)時,適宜(yi)溫度(du)(du)(du)在(zai)1038~1232℃之間(jian),小(xiao)變形量(liang)適宜(yi)溫度(du)(du)(du)≥871℃。由(you)于(yu)此(ci)合(he)(he)金(jin)在(zai)650~871℃間(jian)有一熱(re)(re)脆區(qu),故熱(re)(re)加(jia)工(gong)要避(bi)開此(ci)區(qu)間(jian)。此(ci)合(he)(he)金(jin)冷(leng)(leng)加(jia)工(gong)性(xing)(xing)能(neng)與Cr-Ni奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼相(xiang)近。但冷(leng)(leng)加(jia)工(gong)硬化速度(du)(du)(du)要比不(bu)(bu)銹(xiu)鋼低。由(you)于(yu)Inconel 600合(he)(he)金(jin)冷(leng)(leng)、熱(re)(re)加(jia)工(gong)性(xing)(xing)能(neng)均佳(jia),因此(ci),合(he)(he)金(jin)的(de)冷(leng)(leng)熱(re)(re)成型性(xing)(xing)也很好,不(bu)(bu)會有任何困(kun)難。
六、熱處理
為(wei)了(le)(le)使(shi)合(he)金(jin)(jin)中(zhong)碳化(hua)物溶解以(yi)得(de)到(dao)最(zui)佳的(de)(de)固溶效果,Inconel 600合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)固溶(退(tui)火(huo))溫(wen)(wen)(wen)度(du)一般(ban)為(wei)1093~1149℃。此時,合(he)金(jin)(jin)耐(nai)(nai)全面腐(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)和抗高溫(wen)(wen)(wen)蠕(ru)變(bian)、耐(nai)(nai)持(chi)久性(xing)(xing)能(neng)最(zui)好。但是,為(wei)了(le)(le)得(de)到(dao)高強度(du)、耐(nai)(nai)疲(pi)勞(lao)、耐(nai)(nai)腐(fu)蝕的(de)(de)綜合(he)性(xing)(xing)能(neng),對于室(shi)溫(wen)(wen)(wen)和較低(di)溫(wen)(wen)(wen)度(du)使(shi)用(yong)的(de)(de)Inconel 600合(he)金(jin)(jin)還是以(yi)選中(zhong)具有微細晶(jing)粒的(de)(de)熱處(chu)理工(gong)藝(yi)為(wei)好,一般(ban)選用(yong)較低(di)的(de)(de)熱處(chu)理溫(wen)(wen)(wen)度(du)。為(wei)了(le)(le)提高此合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)(nai)高溫(wen)(wen)(wen)耐(nai)(nai)高壓水(shui)的(de)(de)氯化(hua)物以(yi)及苛性(xing)(xing)應(ying)力腐(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng),目(mu)前建(jian)議在(zai)固溶處(chu)理后(hou)再進(jin)行700~750℃、15h左(zuo)右的(de)(de)時效處(chu)理(即(ji)脫敏處(chu)理)。為(wei)了(le)(le)消(xiao)除殘(can)余應(ying)力,則以(yi)在(zai)870℃左(zuo)右加熱為(wei)宜。
七、應(ying)用
此(ci)合(he)金(jin)(jin)具(ju)有強韌(ren)、耐蝕的(de)(de)綜合(he)性(xing)能,廣泛用(yong)于化學、石化等工業(ye)中(zhong)。例如用(yong)于制(zhi)造加熱(re)器(qi)(qi)、換熱(re)器(qi)(qi)、蒸(zheng)發器(qi)(qi)、蒸(zheng)餾釜、蒸(zheng)餾塔、脂肪酸(suan)處理(li)用(yong)冷凝器(qi)(qi)、處理(li)松(song)香亭酸(suan)用(yong)設備(bei)等。由于合(he)金(jin)(jin)在高溫(wen)(wen)下還具(ju)有高強度和良好的(de)(de)抗氧化性(xing),因而還可(ke)用(yong)于熱(re)處理(li)工業(ye),制(zhi)造各種結(jie)構件。在核動(dong)力工業(ye)中(zhong),Inconel 600合(he)金(jin)(jin)具(ju)有良好的(de)(de)耐高溫(wen)(wen)耐高壓水(shui)的(de)(de)腐蝕性(xing)能,因此(ci)它也是用(yong)于壓水(shui)堆核電廠的(de)(de)重要結(jie)構材(cai)料,當用(yong)于蒸(zheng)發器(qi)(qi)傳熱(re)管時,管材(cai)生(sheng)產(chan)不僅需(xu)固(gu)溶處理(li)且(qie)需(xu)進行中(zhong)溫(wen)(wen)脫敏處理(li)且(qie)U型管小R段尚未消(xiao)除殘(can)余應(ying)力。此(ci)合(he)金(jin)(jin)還可(ke)用(yong)于壓水(shui)堆核反應(ying)堆容器(qi)(qi)上的(de)(de)封頭和底封頭的(de)(de)穿(chuan)透件。