
高(gao)溫(wen)合(he)金(jin)(jin)是指以(yi)鐵、鎳、鈷為(wei)基,能在(zai)600℃以(yi)上的(de)高(gao)溫(wen)下(xia)抗(kang)氧(yang)化、耐腐(fu)蝕(shi),并(bing)能在(zai)一(yi)(yi)定應力作用下(xia)長期工(gong)作的(de)一(yi)(yi)類(lei)金(jin)(jin)屬材料,具有優異(yi)的(de)高(gao)溫(wen)強度,良好的(de)抗(kang)氧(yang)化和(he)抗(kang)熱腐(fu)蝕(shi)性(xing)能,良好的(de)疲勞(lao)性(xing)能、斷裂韌性(xing)等(deng)綜合(he)性(xing)能,又被稱(cheng)為(wei)“超合(he)金(jin)(jin),”主要應用于航(hang)空、航(hang)天、艦(jian)船、車輛、工(gong)業燃機(ji)和(he)能源領域。
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、化(hua)學(xue)成分(fen)
| Inconel 600 合金(jin)的化學成分 % | ||||||||||
| 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(jia)入 | ≤0.05 | 6~10 |
二、力學性(xing)能
Inconel 600合金的(de)室溫和(he)低溫力學性能(包括沖(chong)擊、疲勞、硬度等)與一般Cr-Ni奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)相近,具有良(liang)好的(de)強度和(he)塑、韌性的(de)配合。此(ci)合金的(de)高溫力學性能(包括瞬時、蠕(ru)變(bian)和(he)持久)則顯優于(yu)鎳含量(liang)低的(de)一般奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang),可以(yi)允許(xu)在承受(shou)載荷的(de)條件(jian)下,在600~650℃長期(qi)使(shi)(shi)用。試驗還表明在600℃長期(qi)使(shi)(shi)用后,此(ci)合金無(wu)脆(cui)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(cai)料品種(zhong)及狀(zhuang)態(tai) | σb/MPa | σ0.2/MPa | δ/% | 硬度(HRB) |
| 棒材: 冷拔退(tui)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(gong)態 | 585~825 | 240~620 | 50~30 | 75~95B |
| 板材:熱軋(ya)退火態 | 550~725 | 205~345 | 55~35 | 65~85B |
| 熱軋(ya)態 | 585~760 | 240~450 | 50~30 | 80~95B |
| 薄板:冷軋退火態 | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤88 |
| 冷軋硬化態 | 825~1035 | 620~860 | 15~2 | ≥24 |
| 帶材:冷(leng)軋退火(huo)態 | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤84 |
| 冷軋回火態 | 1000~1170 | 825~1100 | 10~2 | ≥34 |
| 管材:熱軋態 | 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:冷拔退(tui)火態 | 550~825 | 240~515 | 45~20 | |
| 冷(leng)拔回(hui)火(huo)態 | 725~930 | 480~725 | 35~15 | |
| 彈(dan)簧回(hui)火態 | 1170~1515 | 1035~1445 | 5~2 | |
2. Inconel 600 合金的沖擊性(xing)能(V型夏(xia)比試(shi)樣)
| Inconel 600 合金的沖擊性能(V型夏比試樣) | ||||
| 試驗(yan)溫(wen)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(ji)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(cai)的(de)室(shi)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 合金的高溫沖擊性能(夏比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 合金在(zai)鹽酸(suan)中的腐蝕速率(lv)
| 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(biao)明(ming),在較(jiao)低(di)(di)溫度(du)(du)下(xia),碳在Inconel 600合金(jin)中固(gu)溶(rong)度(du)(du)是很低(di)(di)的(de)(de)(de),當溫度(du)(du)低(di)(di)到(dao)650℃時(shi)(shi)(shi),碳的(de)(de)(de)固(gu)溶(rong)度(du)(du)低(di)(di)于(yu)(yu)0.01%。因此(ci),Inconel 600合金(jin)若經550~850℃中溫敏(min)(min)(min)化處理(li)(li),由于(yu)(yu)Cr23C6和Cr7C3等碳化物沿晶(jing)界(jie)(jie)沉淀,會產(chan)生(sheng)(sheng)貧鉻區(qu),從(cong)而使Inconel 600合金(jin)在一些介(jie)質中具有(you)晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)傾向。一般說(shuo)來Inconel 600合金(jin)的(de)(de)(de)晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)傾向要(yao)高(gao)于(yu)(yu)18-8、18-12-Mo等Cr-Ni不銹(xiu)鋼。 20世紀80年代初的(de)(de)(de)研究(jiu)表(biao)明(ming),Inconel600合金(jin)經1100℃水(shui)冷固(gu)溶(rong)處理(li)(li)后(hou)(hou),在經700℃敏(min)(min)(min)化(時(shi)(shi)(shi)效(xiao))時(shi)(shi)(shi)間的(de)(de)(de)增長,晶(jing)界(jie)(jie)鉻濃度(du)(du)有(you)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)不同:敏(min)(min)(min)化 5小時(shi)(shi)(shi),晶(jing)界(jie)(jie)鉻濃度(du)(du)會從(cong)原有(you)15%降(jiang)到(dao)6%,敏(min)(min)(min)化10h后(hou)(hou)降(jiang)低(di)(di)到(dao)了4%,但(dan)隨(sui)著(zhu)敏(min)(min)(min)化時(shi)(shi)(shi)間的(de)(de)(de)增長,當達到(dao)100h時(shi)(shi)(shi),晶(jing)界(jie)(jie)濃度(du)(du)則(ze)可高(gao)達12%以上。據此(ci)提(ti)出(chu)了鎳(nie)鉻合金(jin)固(gu)溶(rong)處理(li)(li)后(hou)(hou)再(zai)經700℃的(de)(de)(de)適宜(yi)時(shi)(shi)(shi)間保溫的(de)(de)(de)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)處理(li)(li)以防止晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和晶(jing)間應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)熱處理(li)(li)工(gong)藝。此(ci)工(gong)藝早已在Inconel 600 壓水(shui)堆蒸發(fa)器傳熱管(guan)生(sheng)(sheng)產(chan)中采(cai)用(yong)已推廣(guang)用(yong)于(yu)(yu)同一用(yong)途的(de)(de)(de) Inconel 690 傳熱管(guan)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan),此(ci)工(gong)藝稱為(wei)脫敏(min)(min)(min)處理(li)(li)(desensitization ,TTV).
3. 應力(li)腐(fu)蝕
國內外的(de)大(da)量實(shi)驗(yan)室實(shi)驗(yan)曾已證實(shi),無論是(shi)在高(gao)濃度氯化物中,還是(shi)在含有(you)(you)(you)OH﹣的(de)苛性(xing)(xing)溶液中,無論是(shi)在含微量氯化物和氧(yang)的(de)熱水以及高(gao)溫(wen)水中,鎳對(dui)提(ti)高(gao)Ni-Cr-Fe合(he)金的(de)耐應(ying)(ying)力腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能都是(shi)有(you)(you)(you)效的(de)。因此普遍(bian)認為含有(you)(you)(you)很高(gao)鎳含量的(de)Inconel600合(he)金具有(you)(you)(you)優良的(de)耐應(ying)(ying)力腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能。但在實(shi)際使(shi)用中,特(te)別(bie)是(shi)在壓(ya)(ya)水堆(dui)蒸發(fa)器傳熱管工作條件下又發(fa)現Inconel600合(he)金對(dui)應(ying)(ying)力腐(fu)蝕(shi)不僅不免疫(yi),而且還具有(you)(you)(you)相當高(gao)的(de)敏感(gan)性(xing)(xing),甚(shen)至在高(gao)溫(wen)高(gao)壓(ya)(ya)純水中也不例外。研究指出Inconel600合(he)金的(de)這些晶間應(ying)(ying)力腐(fu)蝕(shi)的(de)敏感(gan)性(xing)(xing)可以通過進(jin)行
時效(脫敏)處(chu)理來加以(yi)抑制。
4. 點蝕(shi)
由(you)于Inconel600合(he)(he)金(jin)鉻含量低且不含鉬,因此,此合(he)(he)金(jin)不能用(yong)于耐(nai)點蝕(shi)和(he)易引起點蝕(shi)的(de)環境中。例如Inconel600合(he)(he)金(jin)在(zai)流動的(de)海水(shui)和(he)海水(shui)噴(pen)淋(lin)條件(jian)下耐(nai)蝕(shi)性(xing)良好(hao),但在(zai)靜(jing)止海水(shui)中,此合(he)(he)金(jin)便會由(you)于點蝕(shi)的(de)產生(sheng)而遭到破壞(huai)。
四、焊接性(xing)能
Inconel 600合金焊(han)接性能(neng)良好(hao)。它可(ke)以(yi)采用(yong)常(chang)用(yong)的焊(han)接方(fang)法進行同材(cai)(cai)和異材(cai)(cai)焊(han)接。對于氣(qi)體保(bao)護(hu)金屬弧焊(han)接,可(ke)采用(yong)Inconel 182和132焊(han)條。對于MIG和TIG焊(han)接,則可(ke)用(yong)Inconel 62焊(han)絲。
五、冷(leng)熱加工(gong)及成(cheng)型性能(neng)
Inconel 600合金正常(chang)的熱加(jia)工(gong)溫(wen)(wen)度(du)(du)為871~1232℃,大變(bian)(bian)形量時,適(shi)宜溫(wen)(wen)度(du)(du)在1038~1232℃之(zhi)間,小變(bian)(bian)形量適(shi)宜溫(wen)(wen)度(du)(du)≥871℃。由(you)于此(ci)(ci)合金在650~871℃間有一熱脆區,故熱加(jia)工(gong)要(yao)(yao)避開此(ci)(ci)區間。此(ci)(ci)合金冷加(jia)工(gong)性(xing)(xing)能與Cr-Ni奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)相近。但(dan)冷加(jia)工(gong)硬(ying)化速(su)度(du)(du)要(yao)(yao)比(bi)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)低。由(you)于Inconel 600合金冷、熱加(jia)工(gong)性(xing)(xing)能均(jun)佳,因(yin)此(ci)(ci),合金的冷熱成型性(xing)(xing)也很(hen)好,不會有任何困難。
六、熱處理
為(wei)了使合(he)金(jin)(jin)(jin)中碳化(hua)物溶解以(yi)得到最(zui)佳(jia)的(de)(de)固(gu)溶效果,Inconel 600合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)固(gu)溶(退火(huo))溫(wen)(wen)度一般為(wei)1093~1149℃。此時,合(he)金(jin)(jin)(jin)耐(nai)(nai)全面腐蝕性能和抗高溫(wen)(wen)蠕變、耐(nai)(nai)持久性能最(zui)好(hao)。但是,為(wei)了得到高強(qiang)度、耐(nai)(nai)疲勞、耐(nai)(nai)腐蝕的(de)(de)綜合(he)性能,對于室溫(wen)(wen)和較低(di)(di)溫(wen)(wen)度使用的(de)(de)Inconel 600合(he)金(jin)(jin)(jin)還是以(yi)選(xuan)中具有微細晶粒的(de)(de)熱處理(li)工(gong)藝為(wei)好(hao),一般選(xuan)用較低(di)(di)的(de)(de)熱處理(li)溫(wen)(wen)度。為(wei)了提高此合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)(nai)高溫(wen)(wen)耐(nai)(nai)高壓水的(de)(de)氯化(hua)物以(yi)及苛性應力腐蝕性能,目前建議在固(gu)溶處理(li)后再(zai)進行700~750℃、15h左(zuo)右的(de)(de)時效處理(li)(即脫(tuo)敏處理(li))。為(wei)了消除殘余應力,則以(yi)在870℃左(zuo)右加熱為(wei)宜(yi)。
七、應用(yong)
此合(he)(he)金具有強韌、耐蝕的(de)綜合(he)(he)性能,廣泛(fan)用(yong)(yong)于(yu)(yu)化(hua)(hua)學、石化(hua)(hua)等(deng)(deng)工(gong)業(ye)(ye)中。例如(ru)用(yong)(yong)于(yu)(yu)制造(zao)加熱器(qi)、換(huan)熱器(qi)、蒸(zheng)(zheng)發器(qi)、蒸(zheng)(zheng)餾釜、蒸(zheng)(zheng)餾塔、脂肪(fang)酸處理(li)用(yong)(yong)冷凝器(qi)、處理(li)松香亭酸用(yong)(yong)設備等(deng)(deng)。由于(yu)(yu)合(he)(he)金在高溫下還具有高強度和(he)良好的(de)抗(kang)氧化(hua)(hua)性,因而還可用(yong)(yong)于(yu)(yu)熱處理(li)工(gong)業(ye)(ye),制造(zao)各種(zhong)結構件。在核動力(li)工(gong)業(ye)(ye)中,Inconel 600合(he)(he)金具有良好的(de)耐高溫耐高壓(ya)水的(de)腐蝕性能,因此它也是用(yong)(yong)于(yu)(yu)壓(ya)水堆核電廠的(de)重要結構材料,當用(yong)(yong)于(yu)(yu)蒸(zheng)(zheng)發器(qi)傳(chuan)熱管(guan)(guan)時(shi),管(guan)(guan)材生產不僅需固溶處理(li)且(qie)(qie)需進行中溫脫敏處理(li)且(qie)(qie)U型管(guan)(guan)小R段尚未消除殘余(yu)應(ying)力(li)。此合(he)(he)金還可用(yong)(yong)于(yu)(yu)壓(ya)水堆核反(fan)應(ying)堆容(rong)器(qi)上(shang)的(de)封(feng)頭和(he)底封(feng)頭的(de)穿透(tou)件。
