耐蝕(shi)合(he)金(jin)主要(yao)是指(zhi)鐵鎳基(ji)耐蝕(shi)合(he)金(jin) Ni≥30% ,Ni+Fe≥60% ,和鎳基(ji)耐蝕(shi)合(he)金(jin) 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(yi)、化學成分
Inconel 600 合(he)金的化學成分(fen) % | ||||||||||
牌號 | 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、力學(xue)性能
Inconel 600合(he)金的室溫和(he)(he)低(di)溫力學(xue)(xue)性(xing)能(neng)(neng)(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(jin),具有良好的強(qiang)度和(he)(he)塑(su)、韌性(xing)的配合(he)。此合(he)金的高溫力學(xue)(xue)性(xing)能(neng)(neng)(包括瞬時、蠕變和(he)(he)持(chi)久)則顯優于鎳含量低(di)的一般(ban)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang),可以允許在承(cheng)受載荷的條件下,在600~650℃長期使用。試(shi)驗還表明(ming)在600℃長期使用后,此合(he)金無脆化傾向。
1. Inconel 600合金的室溫力學性能
Inconel 600 合金的室內溫度力學性能 | ||||
材料品種及狀態 | σb/MPa | σ0.2/MPa | δ/% | 硬度(HRB) |
棒材: 冷拔退火 | 550~690 | 175~345 | 55~35 | 65~85B |
冷拔態 | 720~1035 | 550~860 | 30~10 | 90B~30C |
熱加工退火態 | 550~690 | 205~345 | 55~35 | 68~85B |
熱(re)加工態 | 585~825 | 240~620 | 50~30 | 75~95B |
板材:熱軋(ya)退火(huo)態 | 550~725 | 205~345 | 55~35 | 65~85B |
熱(re)軋態 | 585~760 | 240~450 | 50~30 | 80~95B |
薄(bo)板(ban):冷軋(ya)退火態 | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤88 |
冷軋硬化態(tai) | 825~1035 | 620~860 | 15~2 | ≥24 |
帶(dai)材:冷軋退(tui)火態 | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤84 |
冷軋回火態(tai) | 1000~1170 | 825~1100 | 10~2 | ≥34 |
管材(cai):熱軋(ya)態 | 515~690 | 175~345 | 55~35 | |
熱軋退火態(tai) | 515~690 | 175~345 | 55~35 | |
冷拔退火態 | 550~690 | 175~345 | 55~35 | ≤88 |
絲材:冷拔退火態 | 550~825 | 240~515 | 45~20 | |
冷拔回火(huo)態 | 725~930 | 480~725 | 35~15 | |
彈簧(huang)回火態 | 1170~1515 | 1035~1445 | 5~2 |
2. Inconel 600 合金的沖擊性能(V型夏比試樣)
Inconel 600 合金的沖擊性能(V型夏比試樣) | ||||
試驗(yan)溫度/℃ | 沖擊(ji)功/J | |||
橫向 | 縱(zong)向(xiang) | 固溶態 | 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(chong)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 合金棒材的室溫沖擊性能
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(gao)溫(wen)沖擊性能(夏比V型試(shi)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、耐蝕性能
1. 全面(mian)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(liu)酸中的腐(fu)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(suan)中(zhong)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
試驗表明(ming)(ming),在(zai)較低(di)(di)(di)(di)溫(wen)度下,碳在(zai)Inconel 600合金(jin)中(zhong)固溶(rong)度是很低(di)(di)(di)(di)的(de)(de),當溫(wen)度低(di)(di)(di)(di)到(dao)650℃時(shi),碳的(de)(de)固溶(rong)度低(di)(di)(di)(di)于0.01%。因此(ci),Inconel 600合金(jin)若經550~850℃中(zhong)溫(wen)敏化(hua)(hua)處理(li)(li)(li),由于Cr23C6和Cr7C3等碳化(hua)(hua)物沿晶(jing)(jing)界(jie)沉淀,會產生(sheng)貧鉻(ge)區,從而使(shi)Inconel 600合金(jin)在(zai)一(yi)些介質中(zhong)具有(you)(you)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕傾向。一(yi)般說來Inconel 600合金(jin)的(de)(de)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕傾向要高(gao)(gao)于18-8、18-12-Mo等Cr-Ni不(bu)銹鋼。 20世紀80年(nian)代初的(de)(de)研究表明(ming)(ming),Inconel600合金(jin)經1100℃水(shui)冷固溶(rong)處理(li)(li)(li)后,在(zai)經700℃敏化(hua)(hua)(時(shi)效(xiao))時(shi)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)增長(chang),晶(jing)(jing)界(jie)鉻(ge)濃度有(you)(you)明(ming)(ming)顯(xian)的(de)(de)不(bu)同(tong):敏化(hua)(hua) 5小時(shi),晶(jing)(jing)界(jie)鉻(ge)濃度會從原有(you)(you)15%降(jiang)到(dao)6%,敏化(hua)(hua)10h后降(jiang)低(di)(di)(di)(di)到(dao)了(le)4%,但隨著敏化(hua)(hua)時(shi)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)增長(chang),當達到(dao)100h時(shi),晶(jing)(jing)界(jie)濃度則可高(gao)(gao)達12%以(yi)上(shang)。據此(ci)提(ti)出(chu)了(le)鎳鉻(ge)合金(jin)固溶(rong)處理(li)(li)(li)后再(zai)經700℃的(de)(de)適宜時(shi)間(jian)(jian)(jian)保溫(wen)的(de)(de)時(shi)效(xiao)處理(li)(li)(li)以(yi)防(fang)止晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕和晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)應力腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)熱處理(li)(li)(li)工(gong)藝。此(ci)工(gong)藝早已在(zai)Inconel 600 壓水(shui)堆蒸(zheng)發器傳(chuan)(chuan)熱管(guan)生(sheng)產中(zhong)采(cai)用已推廣用于同(tong)一(yi)用途的(de)(de) Inconel 690 傳(chuan)(chuan)熱管(guan)的(de)(de)生(sheng)產,此(ci)工(gong)藝稱為(wei)脫敏處理(li)(li)(li)(desensitization ,TTV).
3. 應力腐蝕
國內外的(de)(de)(de)大量(liang)實驗室(shi)實驗曾已證實,無論(lun)是在(zai)(zai)高(gao)(gao)濃度氯化物中(zhong),還是在(zai)(zai)含有(you)OH﹣的(de)(de)(de)苛性溶(rong)液中(zhong),無論(lun)是在(zai)(zai)含微量(liang)氯化物和氧的(de)(de)(de)熱(re)(re)水(shui)以(yi)及高(gao)(gao)溫水(shui)中(zhong),鎳對(dui)提高(gao)(gao)Ni-Cr-Fe合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)耐應力(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)都(dou)是有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)。因此普(pu)遍認為含有(you)很高(gao)(gao)鎳含量(liang)的(de)(de)(de)Inconel600合(he)金(jin)(jin)具有(you)優良的(de)(de)(de)耐應力(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)。但在(zai)(zai)實際使用中(zhong),特別是在(zai)(zai)壓水(shui)堆蒸發(fa)器傳熱(re)(re)管工作條件(jian)下又發(fa)現Inconel600合(he)金(jin)(jin)對(dui)應力(li)腐(fu)蝕(shi)不僅不免疫,而且(qie)還具有(you)相當高(gao)(gao)的(de)(de)(de)敏(min)感性,甚至(zhi)在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)壓純(chun)水(shui)中(zhong)也不例外。研究(jiu)指(zhi)出Inconel600合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)這些晶間應力(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)敏(min)感性可以(yi)通(tong)過進行時(shi)效(脫敏(min))處理來加以抑(yi)制。
4. 點蝕
由(you)于Inconel600合金(jin)鉻含量低且不含鉬,因此,此合金(jin)不能用(yong)于耐點蝕(shi)和(he)易引起點蝕(shi)的(de)環(huan)境中。例如Inconel600合金(jin)在流動的(de)海水和(he)海水噴淋條件下耐蝕(shi)性良好,但在靜止海水中,此合金(jin)便會由(you)于點蝕(shi)的(de)產生而(er)遭到破壞。
四、焊(han)接性(xing)能
Inconel 600合金焊接性(xing)能良好。它可(ke)(ke)以采用(yong)(yong)常用(yong)(yong)的焊接方法進行同材和異材焊接。對于氣(qi)體保護金屬弧焊接,可(ke)(ke)采用(yong)(yong)Inconel 182和132焊條。對于MIG和TIG焊接,則可(ke)(ke)用(yong)(yong)Inconel 62焊絲。
五、冷熱(re)加工及成(cheng)型性能
Inconel 600合(he)(he)金正常(chang)的熱加工溫度為(wei)871~1232℃,大變形(xing)量(liang)時,適宜(yi)溫度在1038~1232℃之(zhi)間,小變形(xing)量(liang)適宜(yi)溫度≥871℃。由于(yu)此(ci)(ci)合(he)(he)金在650~871℃間有一熱脆區,故熱加工要(yao)避開此(ci)(ci)區間。此(ci)(ci)合(he)(he)金冷加工性(xing)能與Cr-Ni奧氏體不銹鋼相近。但冷加工硬化速(su)度要(yao)比不銹鋼低。由于(yu)Inconel 600合(he)(he)金冷、熱加工性(xing)能均佳(jia),因此(ci)(ci),合(he)(he)金的冷熱成型性(xing)也(ye)很(hen)好,不會有任何(he)困難(nan)。
六(liu)、熱處(chu)理
為(wei)(wei)了使合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中碳化(hua)物(wu)溶解以(yi)得到最(zui)佳的(de)(de)(de)固溶效果,Inconel 600合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)固溶(退火)溫(wen)度一(yi)般為(wei)(wei)1093~1149℃。此時,合(he)(he)(he)金(jin)(jin)耐(nai)全面腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)和抗高(gao)(gao)溫(wen)蠕(ru)變、耐(nai)持久性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)最(zui)好。但是(shi),為(wei)(wei)了得到高(gao)(gao)強度、耐(nai)疲勞(lao)、耐(nai)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)綜合(he)(he)(he)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng),對于室溫(wen)和較低溫(wen)度使用的(de)(de)(de)Inconel 600合(he)(he)(he)金(jin)(jin)還是(shi)以(yi)選中具有微細(xi)晶粒的(de)(de)(de)熱處(chu)(chu)理(li)工藝為(wei)(wei)好,一(yi)般選用較低的(de)(de)(de)熱處(chu)(chu)理(li)溫(wen)度。為(wei)(wei)了提高(gao)(gao)此合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)耐(nai)高(gao)(gao)壓水(shui)的(de)(de)(de)氯化(hua)物(wu)以(yi)及苛性(xing)(xing)(xing)應力(li)腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng),目前(qian)建議(yi)在(zai)固溶處(chu)(chu)理(li)后再進行700~750℃、15h左(zuo)(zuo)右的(de)(de)(de)時效處(chu)(chu)理(li)(即脫敏處(chu)(chu)理(li))。為(wei)(wei)了消除(chu)殘(can)余應力(li),則以(yi)在(zai)870℃左(zuo)(zuo)右加熱為(wei)(wei)宜。
七、應(ying)用
此合(he)金(jin)具(ju)(ju)有(you)強韌、耐(nai)蝕(shi)的(de)綜合(he)性(xing)能,廣泛用(yong)于(yu)(yu)(yu)化學、石化等(deng)工(gong)(gong)業中(zhong)(zhong)。例如用(yong)于(yu)(yu)(yu)制造加熱器、換熱器、蒸(zheng)發器、蒸(zheng)餾(liu)釜、蒸(zheng)餾(liu)塔、脂肪酸處(chu)(chu)理(li)用(yong)冷凝器、處(chu)(chu)理(li)松香亭酸用(yong)設(she)備等(deng)。由(you)于(yu)(yu)(yu)合(he)金(jin)在高(gao)(gao)溫下還具(ju)(ju)有(you)高(gao)(gao)強度和良好(hao)的(de)抗氧(yang)化性(xing),因而還可用(yong)于(yu)(yu)(yu)熱處(chu)(chu)理(li)工(gong)(gong)業,制造各種(zhong)結(jie)構(gou)件(jian)。在核(he)動力(li)工(gong)(gong)業中(zhong)(zhong),Inconel 600合(he)金(jin)具(ju)(ju)有(you)良好(hao)的(de)耐(nai)高(gao)(gao)溫耐(nai)高(gao)(gao)壓水的(de)腐蝕(shi)性(xing)能,因此它也是用(yong)于(yu)(yu)(yu)壓水堆核(he)電廠的(de)重要(yao)結(jie)構(gou)材料,當用(yong)于(yu)(yu)(yu)蒸(zheng)發器傳熱管時(shi),管材生產不僅需固溶處(chu)(chu)理(li)且需進(jin)行中(zhong)(zhong)溫脫敏處(chu)(chu)理(li)且U型管小R段尚未消除(chu)殘余應(ying)力(li)。此合(he)金(jin)還可用(yong)于(yu)(yu)(yu)壓水堆核(he)反應(ying)堆容器上的(de)封頭(tou)和底封頭(tou)的(de)穿(chuan)透件(jian)。