耐(nai)蝕合金主要是指鐵鎳(nie)基(ji)耐(nai)蝕合金 Ni≥30% ,Ni+Fe≥60% ,和鎳(nie)基(ji)耐(nai)蝕合金 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(yi)、化學成分和組(zu)織特點
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(shi)性能
0Cr22Ni60Mo9Nb4 和(he)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)(he)金在(zai)(zai)大氣、天(tian)然水、海水、中(zhong)性(xing)(xing)(xing)鹽和(he)堿(jian)等弱(ruo)介質中(zhong),基(ji)本上是無明(ming)顯腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)。在(zai)(zai)更苛刻(ke)的(de)(de)介質中(zhong),由(you)于(yu)鉻(ge)的(de)(de)存在(zai)(zai)能耐氧(yang)化性(xing)(xing)(xing)酸(suan),并抗高(gao)溫氧(yang)化;由(you)于(yu)是鎳基(ji)且鉬(mu)含量高(gao),因此又耐還原性(xing)(xing)(xing)酸(suan)介質。對于(yu)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),高(gao)鉻(ge)、鉬(mu)量使(shi)(shi)此合(he)(he)金耐點(dian)蝕(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),高(gao)鎳、鉻(ge)量使(shi)(shi)此合(he)(he)金耐應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi);高(gao)鈮(ni)(鈦)量使(shi)(shi)此合(he)(he)金不易產(chan)生晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。
1. 耐全面腐蝕性
①. 在(zai)硝酸中 在(zai)65%HNO3中和沸(fei)騰溫度下,此(ci)合金固溶態腐蝕(shi)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(zai)氫氟酸(suan)中用螢石與(yu)硫酸(suan)反(fan)應制(zhi)取氫氟酸(suan)的(de)蒸(zheng)發器(qi),它(ta)的(de)襯里一般用0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)金(jin)制(zhi)造(zao)。與(yu)此(ci)同時(shi),蒸(zheng)發器(qi)之間(jian)的(de)管線、配件等(deng)也是(shi)采用此(ci)合(he)金(jin)。在(zai)HF氣提塔(ta)頂部掛片結果表明,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合(he)金(jin)的(de)全面腐蝕速率僅(jin)為0.075m/a。
⑤. 在(zai)含磷酸的(de)一些介質(zhi)中試驗指出,在(zai)55%H3PO4+0.8%HF 溶液中,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金(jin)的(de)腐(fu)蝕速率(lv)為(wei)0.412mm/a。
⑥. 在(zai)堿中在(zai)實驗室內50%NaOH中0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的(de)年腐(fu)(fu)蝕(shi)速率(lv)為0.0125mm/a。經500小時試驗,未(wei)見有應力腐(fu)(fu)蝕(shi)產生。
⑦. 在鹽酸中由于(yu)此合金(jin)鉬含量高,在室溫鹽酸中有一定的耐蝕(shi)性。但溫度升高,耐蝕(shi)性下降。
2. 耐局部腐(fu)蝕性
①. 耐晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)性
由于其鈮含(han)量高,0Cr22Ni60o9Nb4 合金(jin)具有非常好的耐敏化態晶間腐(fu)蝕(shi)的性能(neng)。正是由于0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金(jin)的此種性能(neng),因(yin)而敏化處理(li)或焊后,此合金(jin)不需再進行固溶處理(li)。
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(ju)在ASTM G28A溶(rong)液(ye)中,經120銷售試驗得(de)出的T-T-S(時(shi)間(jian)-溫度-敏(min)(化)曲線。顯然,軟化退(tui)火處理再經敏(min)化較(jiao)固溶(rong)處理再敏(min)化的00Cr22Ni60M09Nb4(5923 hMo)合(he)金晶(jing)間(jian)腐蝕敏(min)感(gan)性要低得(de)多(duo),這與軟化退(tui)火態經敏(min)化后合(he)金中大量(liang)NbC先于鉻碳(tan)化物優先析出,防止晶(jing)界貧鉻區(qu)的形成有關。
②. 耐點蝕性
表系0Cr22Ni60Mo9Nb4和(he)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金等在兩 種酸(suan)介(jie)質中的耐(nai)點蝕性,可以看出0Cr22Ni60Mo9Nb4和(he)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti在試驗條件下均有優(you)良(liang)的耐(nai)點蝕性,而(er)0Cr20Ni55Mo3Nb5Ti(Inconel 718)合金則(ze)耐(nai)點蝕性不良(liang)。
③. 縫隙腐蝕(shi)
表(biao)系(xi)0Cr22Ni60Mo9Nb4和00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti等合(he)金的縫(feng)隙腐蝕(shi)試驗結(jie)果。顯然,在(zai)所試驗的條(tiao)件下,625 和625 plus 兩種合(he)金的耐(nai)縫(feng)隙腐蝕(shi)性能中(zhong)625 plus稍(shao)優,但二(er)者均顯著(zhu)優于718合(he)金。
④. 應力腐蝕
模(mo)擬(ni)實際(ji)使用環境對(dui)0Cr22Ni60Mo9Nb4等合金進(jin)行(xing)(xing)了幾種應(ying)力腐蝕試驗,結(jie)果見(jian)表(biao)。表(biao)系(xi)模(mo)擬(ni)深(shen)氣井(jing)條件,在高壓釜中(zhong)進(jin)行(xing)(xing)試驗所取(qu)得的結(jie)果,在此條件下,表(biao)明無論是C型(xing)(xing)樣還是U型(xing)(xing)樣,00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金的耐應(ying)力腐蝕性能都是最佳(jia)。
表(biao)系在(zai)5%NaCl+0.5%醋(cu)酸+H2S (按NACE TM-077)15%MgCb溶液(ye)沸(fei)騰(teng)溫度(du)下(xia)(xia)進(jin)行試驗(yan)所取(qu)得的(de)結(jie)果(guo)。表(biao)的(de)結(jie)果(guo)表(biao)明,試驗(yan)的(de)合(he)金耐應(ying)力(li)腐蝕性(xing)能(neng)均良好(hao),沒有斷裂產生(sheng)。而表(biao)的(de)結(jie)果(guo)表(biao)明,5%MgCl2沸(fei)騰(teng)條件(jian)下(xia)(xia) 0Cr22Ni60Mo9Nb4 和 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti耐應(ying)力(li)腐出性(xing)能(neng)良好(hao),且(qie)均優于718合(he)金。
⑤. 腐(fu)蝕疲勞
圖系0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金(jin)在室溫海(hai)水中(zhong)的腐蝕(shi)疲(pi)勞試驗(yan)結果,顯然,0Cr22Ni60Mo9Nb4合金(jin)的腐蝕(shi)疲(pi)勞強度要(yao)高于所試驗(yan)的 Hastel-loy C和(he)(he) Incoloy 800 以(yi)及通用(yong)不(bu)銹(xiu)鋼304和(he)(he)316。
三、力學性(xing)(xing)能等其他性(xing)(xing)能
1. 力學性(xing)能
一般使(shi)用(yong)溫度(du)≤ 650℃ ,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金適用(yong)于(yu)冷、熱加(jia)工并退火后使(shi)用(yong);使(shi)用(yong)溫度(du)高于(yu)650℃時(shi),則退火或固(gu)溶態(tai)均可應用(yong)。對于(yu)有高溫蠕變或持久要(yao)求時(shi),建(jian)議在固(gu)溶態(tai)使(shi)用(yong);而細晶粒(li)合金則在≤ 816℃ 使(shi)用(yong)以及在對疲勞強(qiang)度(du)、硬(ying)度(du)和瞬時(shi)強(qiang)度(du)又(you)要(yao)去的(de)條件下使(shi)用(yong)。
表(biao)系(xi)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。從表(biao)結果可(ke)知,此合(he)金(jin)經(jing)732℃單(dan)時效后(hou)屈(qu)(qu)服(fu)強度(du)較(jiao)低(di)(690~793MPa),而(er)經(jing)雙時效后(hou),可(ke)獲得高(gao)達(da)827~956MPa的(de)(de)(de)(de)屈(qu)(qu)服(fu)強度(du)且仍具有較(jiao)高(gao)塑性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing),雙時效時,若將第一(yi)次時效溫(wen)(wen)度(du)從718℃提(ti)(ti)高(gao)到(dao)746℃,則合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度(du)也會有所(suo)提(ti)(ti)高(gao)。表(biao)3-5-109的(de)(de)(de)(de)結果表(biao)明(ming),00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金(jin)經(jing)固(gu)溶處(chu)理(li)再經(jing)746℃x8h爐冷(leng)+621℃ × 8小時空冷(leng)雙時效處(chu)理(li)并在(zai)316℃保持(chi)1000小時后(hou)測(ce)定(ding)其性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng),對此合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)張性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)并無(wu)明(ming)顯(xian)影響;表(biao)的(de)(de)(de)(de)結果系(xi)經(jing)時效處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金(jin)和經(jing)冷(leng)加工變形(xing)量25%的(de)(de)(de)(de)0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)金(jin)在(zai)232℃時的(de)(de)(de)(de)抗(kang)拉性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng),可(ke)以看(kan)出,與室溫(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)相比,經(jing)冷(leng)加工變形(xing)提(ti)(ti)高(gao)強度(du)的(de)(de)(de)(de)0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)金(jin)其強度(du)降低(di)明(ming)顯(xian),而(er)經(jing)時效處(chu)理(li)提(ti)(ti)高(gao)強度(du)的(de)(de)(de)(de)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)強度(du)則降低(di)較(jiao)少(shao),表(biao)系(xi)0Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。
2. 物理性(xing)能
表列出了(le) 0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的物理性能
3. 焊接性能(neng)
0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金焊接(jie)性(xing)能良(liang)好。可(ke)采用(yong)通用(yong)的焊接(jie)方法,例(li)如(ru) GTAW (TIG)、GMAW ( MIG/MAG )和(he)SAW以及SMAW(MMA)等,而不會遇到特殊(shu)困難。
4. 冷熱加工及成型性(xing)能
由(you)于0Cr22Ni60Mo9Nb4合金(jin)(jin)較(jiao)高(gao)的高(gao)溫變(bian)(bian)形抗力,因此(ci)需要較(jiao)高(gao)的加熱(re)溫度,一般約為1170℃。大量(liang)(liang)變(bian)(bian)形以(yi)在(zai)(zai)1170~1010℃為宜(yi);微量(liang)(liang)變(bian)(bian)形可(ke)在(zai)(zai)930℃以(yi)上進行。此(ci)合金(jin)(jin)的冷(leng)加工(gong)和(he)冷(leng)成型性亦佳;與其(qi)(qi)他(ta)高(gao)鎳、鉻(ge)、鉬合金(jin)(jin)性能(neng)相近(jin)。圖系合金(jin)(jin)冷(leng)變(bian)(bian)形量(liang)(liang)與硬(ying)度的關系并與其(qi)(qi)他(ta)材料進行比(bi)較(jiao)的結(jie)果。由(you)圖可(ke)知,由(you)于0Cr22Ni60Mo9Nb4合金(jin)(jin)冷(leng)作硬(ying)化傾向(xiang)較(jiao)大,故進行冷(leng)加工(gong)和(he)冷(leng)成型時要及時進行中間軟化退(tui)火處理(li)。
5. 熱(re)處理
0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)金用(yong)(yong)于高(gao)溫高(gao)強(qiang)度(du)用(yong)(yong)途(tu)(tu),系在約1120℃進行(xing)固(gu)溶處理(li)(合(he)金中含碳量(liang)~0.05%).用(yong)(yong)于耐濕(shi)態腐蝕(shi)(shi)用(yong)(yong)途(tu)(tu)(低碳量(liang)~0.03%)多(duo)采用(yong)(yong)軟化退火處理(li),溫度(du)為950~1050℃(以~980℃為宜);為了(le)防止焊(han)后的晶間(jian)腐蝕(shi)(shi)傾向(xiang),也可在900~1100℃進行(xing)穩(wen)定化處理(li),由于NbC的優先(xian)形成可避免鉻(ge)碳化物形成所導致(zhi)的晶界鉻(ge)貧化。
00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金的(de)大截面棒(bang)材(cai)可(ke)在1025~1052℃加熱,保(bao)(bao)溫2~4小(xiao)時(shi)后(hou)快冷(leng),此時(shi)可(ke)獲得(de)充分再結晶,同時(shi)仍有穩定的(de)高鈦、鈮的(de)碳(tan)化(hua)物沉淀存在。為(wei)了使此合(he)金獲得(de)最(zui)高強度(du),固溶處理后(hou)可(ke)再進行雙時(shi)效,第(di)一(yi)次在718~746℃時(shi)效8小(xiao)時(shi),隨后(hou)以50℃/小(xiao)時(shi)的(de)速度(du)冷(leng)卻到621℃,再進行保(bao)(bao)溫8小(xiao)時(shi)的(de)第(di)二次時(shi)效,隨后(hou)空冷(leng)。控制適宜的(de)時(shi)效時(shi)間(jian),會由于(yu)高鉻、鉬(mu)碳(tan)化(hua)物的(de)減少獲得(de)良好的(de)耐(nai)點(dian)蝕、耐(nai)縫隙(xi)腐蝕和耐(nai)應力腐蝕性能。
四、應用(yong)
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。