耐蝕合(he)金主要是指鐵鎳基耐蝕合(he)金 Ni≥30% ,Ni+Fe≥60% ,和鎳基耐蝕合(he)金 Ni≥50% 。
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、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)、力學性能(neng)
Inconel 600合金的(de)室溫和(he)低(di)溫力(li)學(xue)(xue)性(xing)能(包括沖擊、疲(pi)勞、硬度等(deng))與一般(ban)Cr-Ni奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)相近,具有良好的(de)強度和(he)塑、韌性(xing)的(de)配(pei)合。此合金的(de)高溫力(li)學(xue)(xue)性(xing)能(包括瞬時、蠕變和(he)持久)則(ze)顯優于(yu)鎳含(han)量低(di)的(de)一般(ban)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang),可以允許在(zai)承受載荷的(de)條件下,在(zai)600~650℃長(chang)期(qi)使(shi)用(yong)。試(shi)驗還表明(ming)在(zai)600℃長(chang)期(qi)使(shi)用(yong)后,此合金無脆化(hua)傾向。
1. Inconel 600合金的室(shi)溫(wen)力學(xue)性能
Inconel 600 合金的室內溫度力學性能 | ||||
材料(liao)品種及(ji)狀態 | σb/MPa | σ0.2/MPa | δ/% | 硬度(HRB) |
棒(bang)材: 冷拔退火 | 550~690 | 175~345 | 55~35 | 65~85B |
冷(leng)拔(ba)態 | 720~1035 | 550~860 | 30~10 | 90B~30C |
熱加工退火態 | 550~690 | 205~345 | 55~35 | 68~85B |
熱加工態 | 585~825 | 240~620 | 50~30 | 75~95B |
板材:熱軋退火態 | 550~725 | 205~345 | 55~35 | 65~85B |
熱(re)軋態 | 585~760 | 240~450 | 50~30 | 80~95B |
薄(bo)板:冷軋退火態 | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤88 |
冷軋硬化態 | 825~1035 | 620~860 | 15~2 | ≥24 |
帶(dai)材:冷軋退火態(tai) | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤84 |
冷軋回火態 | 1000~1170 | 825~1100 | 10~2 | ≥34 |
管材(cai):熱軋態(tai) | 515~690 | 175~345 | 55~35 | |
熱軋退火態 | 515~690 | 175~345 | 55~35 | |
冷拔退火態 | 550~690 | 175~345 | 55~35 | ≤88 |
絲材:冷拔(ba)退(tui)火(huo)態(tai) | 550~825 | 240~515 | 45~20 | |
冷拔回火態 | 725~930 | 480~725 | 35~15 | |
彈簧回火態(tai) | 1170~1515 | 1035~1445 | 5~2 |
2. Inconel 600 合金(jin)的沖擊性能(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 | 縱向 | 固(gu)溶態(tai) | 冷拔態 | |
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(neng)
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 合金(jin)的(de)高溫沖擊性能(夏(xia)比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、耐蝕性(xing)能
1. 全面腐蝕
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 合金在硫酸中(zhong)的腐蝕速率
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(he)金在鹽酸中(zhong)的腐(fu)蝕速(su)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(shi)
試驗表明,在(zai)較低溫(wen)度(du)(du)(du)(du)下,碳在(zai)Inconel 600合(he)金(jin)(jin)中固(gu)(gu)溶度(du)(du)(du)(du)是很低的(de)(de),當(dang)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)低到(dao)(dao)650℃時,碳的(de)(de)固(gu)(gu)溶度(du)(du)(du)(du)低于(yu)0.01%。因此(ci)(ci),Inconel 600合(he)金(jin)(jin)若經(jing)550~850℃中溫(wen)敏(min)(min)化(hua)處(chu)理(li)(li)(li),由于(yu)Cr23C6和Cr7C3等碳化(hua)物(wu)沿晶(jing)界沉淀,會產(chan)生貧(pin)鉻(ge)區,從而使(shi)Inconel 600合(he)金(jin)(jin)在(zai)一(yi)(yi)些介質(zhi)中具有晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)傾(qing)(qing)向。一(yi)(yi)般說來Inconel 600合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)傾(qing)(qing)向要高于(yu)18-8、18-12-Mo等Cr-Ni不(bu)銹(xiu)鋼。 20世紀80年代(dai)初(chu)的(de)(de)研(yan)究表明,Inconel600合(he)金(jin)(jin)經(jing)1100℃水冷固(gu)(gu)溶處(chu)理(li)(li)(li)后(hou),在(zai)經(jing)700℃敏(min)(min)化(hua)(時效(xiao))時間(jian)(jian)的(de)(de)增長(chang),晶(jing)界鉻(ge)濃度(du)(du)(du)(du)有明顯的(de)(de)不(bu)同:敏(min)(min)化(hua) 5小時,晶(jing)界鉻(ge)濃度(du)(du)(du)(du)會從原有15%降(jiang)到(dao)(dao)6%,敏(min)(min)化(hua)10h后(hou)降(jiang)低到(dao)(dao)了4%,但隨(sui)著(zhu)敏(min)(min)化(hua)時間(jian)(jian)的(de)(de)增長(chang),當(dang)達到(dao)(dao)100h時,晶(jing)界濃度(du)(du)(du)(du)則可高達12%以(yi)上。據此(ci)(ci)提出(chu)了鎳鉻(ge)合(he)金(jin)(jin)固(gu)(gu)溶處(chu)理(li)(li)(li)后(hou)再經(jing)700℃的(de)(de)適宜時間(jian)(jian)保(bao)溫(wen)的(de)(de)時效(xiao)處(chu)理(li)(li)(li)以(yi)防止晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)和晶(jing)間(jian)(jian)應力腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)熱處(chu)理(li)(li)(li)工藝(yi)。此(ci)(ci)工藝(yi)早(zao)已在(zai)Inconel 600 壓水堆蒸(zheng)發器傳熱管生產(chan)中采用已推(tui)廣用于(yu)同一(yi)(yi)用途的(de)(de) Inconel 690 傳熱管的(de)(de)生產(chan),此(ci)(ci)工藝(yi)稱為脫敏(min)(min)處(chu)理(li)(li)(li)(desensitization ,TTV).
3. 應力腐蝕
國內(nei)外(wai)的(de)大量(liang)實(shi)(shi)驗室實(shi)(shi)驗曾(ceng)已證(zheng)實(shi)(shi),無論(lun)是(shi)在(zai)(zai)(zai)高(gao)(gao)(gao)濃度氯化(hua)物中(zhong),還是(shi)在(zai)(zai)(zai)含(han)有(you)OH﹣的(de)苛性(xing)(xing)溶液中(zhong),無論(lun)是(shi)在(zai)(zai)(zai)含(han)微量(liang)氯化(hua)物和氧(yang)的(de)熱水(shui)以及高(gao)(gao)(gao)溫水(shui)中(zhong),鎳對提高(gao)(gao)(gao)Ni-Cr-Fe合金(jin)的(de)耐應(ying)力腐(fu)蝕性(xing)(xing)能都是(shi)有(you)效的(de)。因(yin)此普遍認為含(han)有(you)很高(gao)(gao)(gao)鎳含(han)量(liang)的(de)Inconel600合金(jin)具有(you)優良(liang)的(de)耐應(ying)力腐(fu)蝕性(xing)(xing)能。但(dan)在(zai)(zai)(zai)實(shi)(shi)際使用中(zhong),特別是(shi)在(zai)(zai)(zai)壓水(shui)堆蒸(zheng)發器傳(chuan)熱管工(gong)作(zuo)條件下又發現Inconel600合金(jin)對應(ying)力腐(fu)蝕不(bu)僅不(bu)免疫,而且(qie)還具有(you)相當高(gao)(gao)(gao)的(de)敏(min)(min)感性(xing)(xing),甚至在(zai)(zai)(zai)高(gao)(gao)(gao)溫高(gao)(gao)(gao)壓純(chun)水(shui)中(zhong)也不(bu)例(li)外(wai)。研究(jiu)指出Inconel600合金(jin)的(de)這(zhe)些晶間(jian)應(ying)力腐(fu)蝕的(de)敏(min)(min)感性(xing)(xing)可(ke)以通(tong)過進行時效(脫敏)處理來加以抑(yi)制。
4. 點蝕
由(you)于(yu)(yu)Inconel600合(he)金鉻含(han)量低且不含(han)鉬,因此,此合(he)金不能(neng)用(yong)于(yu)(yu)耐點(dian)(dian)蝕(shi)和易引(yin)起點(dian)(dian)蝕(shi)的環(huan)境中(zhong)。例如(ru)Inconel600合(he)金在(zai)流動的海水和海水噴淋條件下耐蝕(shi)性良好,但在(zai)靜止海水中(zhong),此合(he)金便(bian)會由(you)于(yu)(yu)點(dian)(dian)蝕(shi)的產生而(er)遭到破壞。
四、焊接(jie)性能
Inconel 600合金焊接(jie)(jie)性能(neng)良好(hao)。它可(ke)(ke)以采用(yong)常用(yong)的焊接(jie)(jie)方(fang)法進行同材和(he)異材焊接(jie)(jie)。對于(yu)氣體保護金屬(shu)弧焊接(jie)(jie),可(ke)(ke)采用(yong)Inconel 182和(he)132焊條。對于(yu)MIG和(he)TIG焊接(jie)(jie),則可(ke)(ke)用(yong)Inconel 62焊絲。
五、冷熱加工及成型性能
Inconel 600合金正(zheng)常(chang)的(de)(de)熱加(jia)(jia)工(gong)(gong)溫度(du)為871~1232℃,大變(bian)形量時,適宜溫度(du)在1038~1232℃之間(jian),小變(bian)形量適宜溫度(du)≥871℃。由于此(ci)合金在650~871℃間(jian)有一熱脆(cui)區,故(gu)熱加(jia)(jia)工(gong)(gong)要避開此(ci)區間(jian)。此(ci)合金冷加(jia)(jia)工(gong)(gong)性能與Cr-Ni奧氏(shi)體不銹鋼相(xiang)近。但冷加(jia)(jia)工(gong)(gong)硬化速度(du)要比不銹鋼低(di)。由于Inconel 600合金冷、熱加(jia)(jia)工(gong)(gong)性能均佳,因此(ci),合金的(de)(de)冷熱成型性也很好,不會有任(ren)何困難。
六、熱(re)處理
為(wei)了(le)(le)使(shi)合(he)(he)(he)金(jin)中碳化(hua)物溶(rong)解以得到最佳(jia)的(de)固溶(rong)效(xiao)果,Inconel 600合(he)(he)(he)金(jin)的(de)固溶(rong)(退火)溫(wen)度(du)一般為(wei)1093~1149℃。此時,合(he)(he)(he)金(jin)耐(nai)全面(mian)腐蝕性(xing)能和抗高(gao)溫(wen)蠕變、耐(nai)持久性(xing)能最好(hao)。但是(shi),為(wei)了(le)(le)得到高(gao)強度(du)、耐(nai)疲勞、耐(nai)腐蝕的(de)綜(zong)合(he)(he)(he)性(xing)能,對于室溫(wen)和較低溫(wen)度(du)使(shi)用的(de)Inconel 600合(he)(he)(he)金(jin)還是(shi)以選中具有微細(xi)晶粒(li)的(de)熱(re)處(chu)(chu)理工藝為(wei)好(hao),一般選用較低的(de)熱(re)處(chu)(chu)理溫(wen)度(du)。為(wei)了(le)(le)提高(gao)此合(he)(he)(he)金(jin)的(de)耐(nai)高(gao)溫(wen)耐(nai)高(gao)壓水的(de)氯化(hua)物以及苛性(xing)應力(li)(li)腐蝕性(xing)能,目(mu)前建議在(zai)固溶(rong)處(chu)(chu)理后再進行700~750℃、15h左(zuo)(zuo)右的(de)時效(xiao)處(chu)(chu)理(即脫敏處(chu)(chu)理)。為(wei)了(le)(le)消除殘余(yu)應力(li)(li),則以在(zai)870℃左(zuo)(zuo)右加熱(re)為(wei)宜。
七、應用
此合金(jin)具有強(qiang)韌(ren)、耐(nai)蝕的(de)綜合性(xing)能,廣泛用于(yu)(yu)(yu)化學、石化等工業中。例如用于(yu)(yu)(yu)制造加熱器(qi)(qi)(qi)、換熱器(qi)(qi)(qi)、蒸發器(qi)(qi)(qi)、蒸餾釜、蒸餾塔(ta)、脂肪(fang)酸處(chu)理用冷凝器(qi)(qi)(qi)、處(chu)理松(song)香亭酸用設備等。由于(yu)(yu)(yu)合金(jin)在高溫(wen)下還(huan)具有高強(qiang)度和(he)良(liang)好的(de)抗(kang)氧化性(xing),因而還(huan)可(ke)用于(yu)(yu)(yu)熱處(chu)理工業,制造各種結構(gou)件。在核動力(li)工業中,Inconel 600合金(jin)具有良(liang)好的(de)耐(nai)高溫(wen)耐(nai)高壓水(shui)的(de)腐(fu)蝕性(xing)能,因此它也是(shi)用于(yu)(yu)(yu)壓水(shui)堆(dui)核電廠的(de)重要結構(gou)材料(liao),當用于(yu)(yu)(yu)蒸發器(qi)(qi)(qi)傳熱管時(shi),管材生產(chan)不僅需固溶處(chu)理且(qie)需進行中溫(wen)脫敏處(chu)理且(qie)U型管小R段(duan)尚(shang)未消除殘(can)余應力(li)。此合金(jin)還(huan)可(ke)用于(yu)(yu)(yu)壓水(shui)堆(dui)核反應堆(dui)容器(qi)(qi)(qi)上(shang)的(de)封頭和(he)底封頭的(de)穿透件。