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高溫合金|Superalloy

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。

產品分類 / 用途

GH 3600(Inconel 600)

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   CuFe
0Cr15Ni75Fe

Inconel 600
 ≤0.15 ≤1.0 ≤0.514~17  ≥72  ≤0.015 ≤0.015加(jia)入 ≤0.056~10




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/MPaσ0.2/MPaδ/%硬度(HRB)
棒材: 冷拔退(tui)火550~690175~34555~3565~85B
      冷拔態720~1035550~86030~1090B~30C
     熱加工退火態550~690205~34555~3568~85B
      熱(re)加工(gong)態585~825240~62050~3075~95B
板材:熱軋(ya)退火態550~725205~34555~3565~85B
      熱軋(ya)態585~760240~45050~3080~95B
薄板:冷軋退火態550~690205~31055~35≤88
      冷軋硬化態825~1035620~86015~2≥24
帶材:冷(leng)軋退火(huo)態550~690205~31055~35≤84
      冷軋回火態1000~1170825~110010~2≥34
管材:熱軋態515~690175~34555~35
      熱軋退火態515~690175~34555~35
      冷拔退火態550~690175~34555~35≤88
絲材:冷拔退(tui)火態550~825240~51545~20
      冷(leng)拔回(hui)火(huo)態725~930480~72535~15
      彈(dan)簧回(hui)火態1170~15151035~14455~2


  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
2186.183.7
-7988.890.8
-19682.483.1
21
244155
430254144
540217116
650217141
760209221



 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2186
-7989
-19682
縱向2184
-7991
-19683



 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165310
冷拔+退火95~135205
熱軋165310
熱軋+退火135~165221



 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
21243154
427253114
538217117
649217141
760208221



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
100.0813.429600.048__
200.0514.724700.058__
300.0645.486800.566__
400.04617.79980.188__
500.041__


     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
53020充氫氣5.10.33
53020充空氣5.12.46
5.930120充空氣01.14
5.980120充空氣018.03
58520充氫氣5.140.38
58520充空氣5.149.53


   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。