
耐(nai)蝕(shi)合(he)金(jin)主要是指鐵鎳基(ji)耐(nai)蝕(shi)合(he)金(jin) Ni≥30% ,Ni+Fe≥60% ,和鎳基(ji)耐(nai)蝕(shi)合(he)金(jin) Ni≥50% 。
0Cr22Ni60Mo9Nb4 (Inconel 625) 和 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti (Inconel 625 plus) 合金既具有良好的耐蝕性、抗氧化性和高強度,又具有良好的成型性和韌性。625與625plus的區別在于后者在化學成分上稍稍降低了鉻、鉬、鈮量,且入了鈦并降碳到超低碳水平。625合金系固溶后借冷加工來提高其強度,而625 plus則靠固溶處理后再經一次或二次時效處理來提高其強度。兩種合金均適于既要求高耐蝕性又要求高強度相匹配的使用條件下。
一、化(hua)學(xue)成(cheng)分和組織(zhi)特點
0Cr22Ni60Mo9Nb4 (Inconel 625) 和 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti (Inconel 625plus)兩種合金的化學成分見表,此二合金固溶態均具有純奧氏體組織。由于0Cr22Ni60Mo9Nb4合金中碳量較高,并含有鈮,故合金中會有MC、M6C和M23C6 型碳化物存在且數量又較00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti為多。在中溫時效態兩種合金均有金屬間相析出,它們的數量、成分和結構受化學成分和受熱條件的影響。0Cr22Ni60Mo9Nb4 時效態會有γ”相和8相沉淀,而00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金固溶處理再經時效會有 γ"-[Ni3 (Nb、Ti、Al)]型金屬間相沉淀,從而可使此合金獲得最高強度。
| 合金名稱 | 碳 | 硅 | 錳 | 磷 | 硫 | 鎳 | 鉻 | 鉬 | 鐵 | 鋁 | 鈦 | 鈮 |
| 0Cr22Ni60Mo9Nb4 (Inconel 625) | ≤0.10 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤0.015 | ≤0.015 | ≥58 | 20.0~23.0 | 8.0~10.0 | ≤5.0 | ≤0.4 | ≤0.4 | 3.15~4.15 |
| 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti (Inconel 625plus) | ≤0.03 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤0.015 | ≤0.015 | 59~63 | 19.0~22.0 | 7.0~9.5 | 其余 | ≤0.035 | 1.0~1.6 | 2.75~4.0 |
二、 耐腐蝕性能
0Cr22Ni60Mo9Nb4 和(he)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金在大(da)氣、天然水、海(hai)水、中(zhong)性(xing)鹽和(he)堿等弱介(jie)質(zhi)中(zhong),基本(ben)上(shang)是(shi)無明(ming)顯腐蝕(shi)的(de)。在更苛刻的(de)介(jie)質(zhi)中(zhong),由于(yu)鉻的(de)存(cun)在能(neng)耐氧化性(xing)酸(suan),并(bing)抗高(gao)(gao)溫(wen)氧化;由于(yu)是(shi)鎳基且鉬含量高(gao)(gao),因此又耐還原性(xing)酸(suan)介(jie)質(zhi)。對(dui)于(yu)局部腐蝕(shi),高(gao)(gao)鉻、鉬量使此合金耐點蝕(shi)和(he)縫隙腐蝕(shi),高(gao)(gao)鎳、鉻量使此合金耐應力腐蝕(shi);高(gao)(gao)鈮(鈦)量使此合金不易產生晶間(jian)腐蝕(shi)。
1. 耐全面腐蝕性
①. 在硝酸中 在65%HNO3中和沸騰溫度下(xia),此(ci)合金固溶態(tai)腐蝕率≤0.75mm/a.
②. 在硫酸中 表中指出,0Cr22Ni60Mo9Nb4合金在H2SO4中的耐蝕性。在酸洗用酸溶液中(28%H2SO4,5.9%HF,50~79℃)進行試驗,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的腐蝕速率為1.225mm/a。0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金在沸騰的H2SO4中是不耐蝕的。
| 0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金在80℃H2SO4中的耐蝕性 | ||||||
| 濃度/% | 15℃① | 15℃② | 50℃ | 60℃ | 70℃ | 80℃ |
| 腐蝕速率 / mm·a-1 | 0.185 | 0.185 | 0.42 | 0.7 | 1.6 | 2.25 |
| ①. 溶液中通人空氣; | ②. 溶液中通入氮氣。 | |||||
③. 在磷酸中0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金在濃度≤50%的H3PO4中具有非常優良的耐蝕性。當濃度高于50%后,隨H3PO4濃度的增加0Cr22Ni60Mo9Nb4的腐蝕速率急劇升高。因此,此合金僅適用于濃度≤50%的H3PO4。

④. 在氫(qing)氟(fu)酸中用(yong)螢石與(yu)硫酸反(fan)應制(zhi)取氫(qing)氟(fu)酸的蒸(zheng)發器(qi),它的襯里一般用(yong)0Cr22Ni60Mo9Nb4合金(jin)制(zhi)造。與(yu)此同時(shi),蒸(zheng)發器(qi)之間的管線、配(pei)件等也是采用(yong)此合金(jin)。在HF氣提塔頂部掛片結果表明,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金(jin)的全(quan)面腐蝕速率僅為(wei)0.075m/a。
⑤. 在含磷酸(suan)的一些介質中試驗指出(chu),在55%H3PO4+0.8%HF 溶(rong)液(ye)中,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合(he)金的腐(fu)蝕速率為0.412mm/a。

⑥. 在(zai)堿(jian)中(zhong)在(zai)實驗(yan)(yan)室(shi)內50%NaOH中(zhong)0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的年腐(fu)蝕速率(lv)為0.0125mm/a。經500小時試驗(yan)(yan),未見(jian)有應力腐(fu)蝕產生。
⑦. 在鹽酸(suan)中(zhong)由(you)于此合金(jin)鉬含(han)量高,在室溫(wen)(wen)鹽酸(suan)中(zhong)有一定的耐蝕性(xing)。但溫(wen)(wen)度升高,耐蝕性(xing)下降。
2. 耐局部腐蝕性(xing)
①. 耐晶間腐(fu)蝕(shi)性
由于其鈮含量高,0Cr22Ni60o9Nb4 合金具有非(fei)常好(hao)的(de)耐敏(min)(min)化態(tai)晶間(jian)腐蝕的(de)性能。正是由于0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的(de)此種性能,因而敏(min)(min)化處理或焊后,此合金不需再進(jin)行固(gu)溶處理。
根據00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti 和 0Cr22Ni60Mo9Nb4 在硫酸鐵+50%H2SO4沸騰溶液中的晶間腐蝕試驗結果。從這些結果可看出,雖然由于00Cr22Ni60Mo9Nb3Ti雙時效態晶界有大量析出相,在此介質中的耐晶間腐蝕性要低于冷軋態的0Cr20Ni60Mo9Nb4,但卻優于0Cr20Ni55Mo3Nb5Ti (Inconel 718)。
根據在ASTM G28A溶(rong)液中,經120銷售(shou)試驗得(de)(de)出的T-T-S(時間-溫度-敏(min)(min)(min)(化(hua))曲線。顯然(ran),軟化(hua)退火(huo)處理再經敏(min)(min)(min)化(hua)較固溶(rong)處理再敏(min)(min)(min)化(hua)的00Cr22Ni60M09Nb4(5923 hMo)合金(jin)晶間腐蝕敏(min)(min)(min)感性要低(di)得(de)(de)多,這與軟化(hua)退火(huo)態(tai)經敏(min)(min)(min)化(hua)后合金(jin)中大量(liang)NbC先于鉻碳(tan)化(hua)物優先析出,防止晶界貧鉻區的形(xing)成有關。

②. 耐點(dian)蝕性
表系0Cr22Ni60Mo9Nb4和(he)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)等在(zai)兩 種酸介質(zhi)中的(de)耐點(dian)(dian)蝕(shi)性,可以看出0Cr22Ni60Mo9Nb4和(he)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti在(zai)試驗條件(jian)下(xia)均(jun)有優良的(de)耐點(dian)(dian)蝕(shi)性,而0Cr20Ni55Mo3Nb5Ti(Inconel 718)合金(jin)則(ze)耐點(dian)(dian)蝕(shi)性不良。

③. 縫隙腐蝕(shi)
表系0Cr22Ni60Mo9Nb4和00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti等合(he)金的縫(feng)隙腐蝕(shi)試驗(yan)結果。顯然,在所試驗(yan)的條件下,625 和625 plus 兩(liang)種合(he)金的耐縫(feng)隙腐蝕(shi)性能中(zhong)625 plus稍優(you),但二(er)者均顯著優(you)于718合(he)金。

④. 應力腐蝕
模(mo)(mo)擬實際使用環境(jing)對0Cr22Ni60Mo9Nb4等合金進行了(le)幾種(zhong)應(ying)力(li)腐蝕試(shi)驗(yan)(yan),結果(guo)見表。表系模(mo)(mo)擬深氣(qi)井條件,在高(gao)壓釜中進行試(shi)驗(yan)(yan)所取(qu)得(de)的結果(guo),在此條件下,表明(ming)無論是C型樣還是U型樣,00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金的耐應(ying)力(li)腐蝕性能都(dou)是最(zui)佳。
表系(xi)在5%NaCl+0.5%醋酸+H2S (按NACE TM-077)15%MgCb溶液沸騰溫度下進行試驗所(suo)取得的結(jie)果(guo)(guo)。表的結(jie)果(guo)(guo)表明(ming),試驗的合金耐應力腐(fu)蝕性能(neng)均(jun)良(liang)好(hao)(hao),沒有斷裂產生。而(er)表的結(jie)果(guo)(guo)表明(ming),5%MgCl2沸騰條(tiao)件下 0Cr22Ni60Mo9Nb4 和 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti耐應力腐(fu)出性能(neng)良(liang)好(hao)(hao),且均(jun)優于718合金。


⑤. 腐(fu)蝕疲勞
圖系(xi)0Cr22Ni60Mo9Nb4 合(he)金在(zai)室溫海水中的(de)腐蝕(shi)疲勞(lao)試驗結果(guo),顯然,0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)金的(de)腐蝕(shi)疲勞(lao)強度要高于所(suo)試驗的(de) Hastel-loy C和(he) Incoloy 800 以及通用(yong)不銹(xiu)鋼304和(he)316。
三、力學性能(neng)等其他(ta)性能(neng)
1. 力學性能
一般使(shi)(shi)用(yong)溫(wen)度(du)≤ 650℃ ,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金(jin)適用(yong)于(yu)(yu)冷、熱加工并退火后(hou)使(shi)(shi)用(yong);使(shi)(shi)用(yong)溫(wen)度(du)高(gao)于(yu)(yu)650℃時,則(ze)退火或(huo)固(gu)溶態均可(ke)應用(yong)。對于(yu)(yu)有高(gao)溫(wen)蠕(ru)變或(huo)持久要(yao)求時,建(jian)議(yi)在固(gu)溶態使(shi)(shi)用(yong);而(er)細晶粒(li)合金(jin)則(ze)在≤ 816℃ 使(shi)(shi)用(yong)以及在對疲(pi)勞強度(du)、硬(ying)度(du)和瞬時強度(du)又要(yao)去的條件下(xia)使(shi)(shi)用(yong)。

表(biao)系00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)的(de)(de)(de)力學性(xing)能(neng)(neng)。從表(biao)結(jie)果(guo)可知,此(ci)合金(jin)經(jing)732℃單時(shi)效(xiao)后屈服(fu)強(qiang)度(du)(du)較低(690~793MPa),而(er)經(jing)雙(shuang)時(shi)效(xiao)后,可獲(huo)得(de)高(gao)(gao)(gao)達827~956MPa的(de)(de)(de)屈服(fu)強(qiang)度(du)(du)且仍具有較高(gao)(gao)(gao)塑性(xing),雙(shuang)時(shi)效(xiao)時(shi),若將第一次(ci)時(shi)效(xiao)溫度(du)(du)從718℃提(ti)高(gao)(gao)(gao)到746℃,則合金(jin)的(de)(de)(de)硬度(du)(du)也會有所提(ti)高(gao)(gao)(gao)。表(biao)3-5-109的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming),00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)經(jing)固溶處(chu)(chu)理(li)(li)再經(jing)746℃x8h爐冷(leng)(leng)+621℃ × 8小時(shi)空冷(leng)(leng)雙(shuang)時(shi)效(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)并在316℃保持1000小時(shi)后測定其性(xing)能(neng)(neng),對此(ci)合金(jin)的(de)(de)(de)抗(kang)張性(xing)能(neng)(neng)并無(wu)明(ming)顯影響;表(biao)的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)系經(jing)時(shi)效(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)和經(jing)冷(leng)(leng)加工變形量(liang)25%的(de)(de)(de)0Cr22Ni60Mo9Nb4合金(jin)在232℃時(shi)的(de)(de)(de)抗(kang)拉性(xing)能(neng)(neng),可以看出,與室溫性(xing)能(neng)(neng)相比(bi),經(jing)冷(leng)(leng)加工變形提(ti)高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)0Cr22Ni60Mo9Nb4合金(jin)其強(qiang)度(du)(du)降(jiang)低明(ming)顯,而(er)經(jing)時(shi)效(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)提(ti)高(gao)(gao)(gao)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)則降(jiang)低較少,表(biao)系0Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)溫力學性(xing)能(neng)(neng)。

2. 物理性能
表列出了 0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金(jin)的物理性能(neng)

3. 焊接(jie)性能
0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金焊接性能(neng)良好。可(ke)采用通用的焊接方法,例如 GTAW (TIG)、GMAW ( MIG/MAG )和SAW以及(ji)SMAW(MMA)等,而不會遇到特殊困難。

4. 冷熱加工(gong)及成(cheng)型性能
由(you)于0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)(he)(he)金較(jiao)(jiao)高的(de)(de)高溫變形(xing)(xing)(xing)抗力,因此需要(yao)較(jiao)(jiao)高的(de)(de)加(jia)熱溫度(du),一般(ban)約為(wei)1170℃。大量(liang)變形(xing)(xing)(xing)以在(zai)1170~1010℃為(wei)宜;微量(liang)變形(xing)(xing)(xing)可在(zai)930℃以上(shang)進(jin)行(xing)。此合(he)(he)(he)金的(de)(de)冷(leng)加(jia)工和(he)(he)冷(leng)成型(xing)性亦佳;與(yu)(yu)(yu)其他高鎳、鉻(ge)、鉬合(he)(he)(he)金性能相近。圖(tu)系(xi)合(he)(he)(he)金冷(leng)變形(xing)(xing)(xing)量(liang)與(yu)(yu)(yu)硬度(du)的(de)(de)關系(xi)并與(yu)(yu)(yu)其他材料進(jin)行(xing)比較(jiao)(jiao)的(de)(de)結果。由(you)圖(tu)可知,由(you)于0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)(he)(he)金冷(leng)作硬化傾向(xiang)較(jiao)(jiao)大,故(gu)進(jin)行(xing)冷(leng)加(jia)工和(he)(he)冷(leng)成型(xing)時(shi)要(yao)及(ji)時(shi)進(jin)行(xing)中間軟化退火(huo)處理。
5. 熱處理
0Cr22Ni60Mo9Nb4合金用(yong)于(yu)高(gao)溫(wen)高(gao)強度(du)(du)用(yong)途(tu),系在(zai)約1120℃進(jin)行(xing)固(gu)溶處理(li)(合金中含碳(tan)量~0.05%).用(yong)于(yu)耐(nai)濕態腐蝕用(yong)途(tu)(低碳(tan)量~0.03%)多采(cai)用(yong)軟化退火處理(li),溫(wen)度(du)(du)為(wei)950~1050℃(以~980℃為(wei)宜);為(wei)了防止焊后的晶間腐蝕傾向(xiang),也可在(zai)900~1100℃進(jin)行(xing)穩定(ding)化處理(li),由于(yu)NbC的優(you)先形(xing)成可避免鉻碳(tan)化物形(xing)成所(suo)導致的晶界(jie)鉻貧(pin)化。
00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)的大截面棒(bang)材可在1025~1052℃加熱,保溫2~4小時(shi)后快(kuai)冷(leng),此時(shi)可獲(huo)得(de)充分再結晶(jing),同(tong)時(shi)仍(reng)有穩(wen)定的高(gao)(gao)鈦(tai)、鈮的碳化物沉淀存在。為了(le)使此合金(jin)獲(huo)得(de)最高(gao)(gao)強度,固溶(rong)處理后可再進行雙時(shi)效(xiao),第(di)一次在718~746℃時(shi)效(xiao)8小時(shi),隨后以(yi)50℃/小時(shi)的速(su)度冷(leng)卻到(dao)621℃,再進行保溫8小時(shi)的第(di)二次時(shi)效(xiao),隨后空冷(leng)。控制適宜的時(shi)效(xiao)時(shi)間(jian),會由(you)于高(gao)(gao)鉻、鉬碳化物的減少(shao)獲(huo)得(de)良好的耐點蝕、耐縫隙腐(fu)(fu)蝕和耐應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕性能。
四、應用
由于0Cr22Ni60Mo9Nb4 和 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti 兩種合金既具有高耐蝕性又具良好的熱強性,因此既可做耐蝕合金又可做熱強合金使用。通常在耐蝕用途中,0Cr22Ni60Mo9Nb4主要用以耐HNO3、HNO3+H2SO4、HNO3+HF的混酸以及含H2SO4和F-、Cl-的濕法磷酸以及耐海水腐蝕等;而00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti 合金除在酸介質中和海水中耐蝕性與 0Cr22Ni60Mo9Nb4 相近外,即使在時效態也有優良的耐氯化物和硫化物應力腐蝕的性能以及耐點蝕、耐縫隙腐蝕等性能。兩種合金均可用做耐蝕、高強度材料,制造塔、槽、容器、管線以及反應器、換熱器閥件等。
