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高溫合金|Superalloy

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基,能在600℃以上的高溫下抗氧化、耐腐蝕,并能在一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料,具有優(yōu)異的高溫強度,良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能,良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能,又被稱為“超合金,”主要應(yīng)用于航空、航天、艦船、車輛、工業(yè)燃機和能源領(lǐng)域。

產(chǎn)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(jì)30年代問世,是鎳鉻合金中用量最大的一種,從20世紀(jì)50年代末到60年代初開始,此合金作為第二代耐應(yīng)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(yīng)堆的蒸發(fā)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(chǎn),所以它的價格在所以鎳鉻合金中是較低的。


0Cr15Ni75Fe 合金 固溶態(tài)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(dāng)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(xué)成分


                                                              Inconel 600 合金的化學(xué)成分 %
      牌號    C   Mn   Si    Cr   Ni     S    P    Ti   CuFe
0Cr15Ni75Fe

Inconel 600
 ≤0.15 ≤1.0 ≤0.514~17  ≥72  ≤0.015 ≤0.015加入 ≤0.056~10




二、力學(xué)性能


 Inconel 600合金的室溫和低溫力學(xué)性能(包括沖擊、疲勞、硬度等)與一般Cr-Ni奧氏體不銹鋼相近,具有良好的強度和塑、韌性的配合。此合金的高溫力學(xué)性能(包括瞬時、蠕變和持久)則顯優(yōu)于鎳含量低的一般奧氏體不銹鋼,可以允許在承受載荷的條件下,在600~650℃長期使用。試驗還表明在600℃長期使用后,此合金無脆化傾向。



   1. Inconel 600合金的室溫力學(xué)性能


                       Inconel 600 合金的室內(nèi)溫度力學(xué)性能
材料品種及狀態(tài)σb/MPaσ0.2/MPaδ/%硬度(HRB)
棒材: 冷拔退火550~690175~34555~3565~85B
      冷拔態(tài)720~1035550~86030~1090B~30C
     熱加工退火態(tài)550~690205~34555~3568~85B
      熱加工態(tài)585~825240~62050~3075~95B
板材:熱軋退火態(tài)550~725205~34555~3565~85B
      熱軋態(tài)585~760240~45050~3080~95B
薄板:冷軋退火態(tài)550~690205~31055~35≤88
      冷軋硬化態(tài)825~1035620~86015~2≥24
帶材:冷軋退火態(tài)550~690205~31055~35≤84
      冷軋回火態(tài)1000~1170825~110010~2≥34
管材:熱軋態(tài)515~690175~34555~35
      熱軋退火態(tài)515~690175~34555~35
      冷拔退火態(tài)550~690175~34555~35≤88
絲材:冷拔退火態(tài)550~825240~51545~20
      冷拔回火態(tài)725~930480~72535~15
      彈簧回火態(tài)1170~15151035~14455~2


  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)
試驗溫度/℃沖擊功/J
橫向縱向固溶態(tài)冷拔態(tài)
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 合金棒材的室溫沖擊性能



Inconel 600 合金棒材的室溫沖擊性能
試驗狀態(tài)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(tài)冷拔態(tài)
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(zhì)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(dāng)NaOH中有硫化物時,其耐蝕性優(yōu)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 合金在鹽酸中的腐蝕速率


           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
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


  試驗表明,在較低溫度下,碳在Inconel 600合金中固溶度是很低的,當(dāng)溫度低到650℃時,碳的固溶度低于0.01%。因此,Inconel 600合金若經(jīng)550~850℃中溫敏化處理,由于Cr23C6和Cr7C3等碳化物沿晶界沉淀,會產(chǎn)生貧鉻區(qū),從而使Inconel 600合金在一些介質(zhì)中具有晶間腐蝕傾向。一般說來Inconel 600合金的晶間腐蝕傾向要高于18-8、18-12-Mo等Cr-Ni不銹鋼。 20世紀(jì)80年代初的研究表明,Inconel600合金經(jīng)1100℃水冷固溶處理后,在經(jīng)700℃敏化(時效)時間的增長,晶界鉻濃度有明顯的不同:敏化 5小時,晶界鉻濃度會從原有15%降到6%,敏化10h后降低到了4%,但隨著敏化時間的增長,當(dāng)達到100h時,晶界濃度則可高達12%以上。據(jù)此提出了鎳鉻合金固溶處理后再經(jīng)700℃的適宜時間保溫的時效處理以防止晶間腐蝕和晶間應(yīng)力腐蝕的熱處理工藝。此工藝早已在Inconel 600 壓水堆蒸發(fā)器傳熱管生產(chǎn)中采用已推廣用于同一用途的 Inconel 690 傳熱管的生產(chǎn),此工藝稱為脫敏處理(desensitization ,TTV).


  3. 應(yīng)力腐蝕


  國內(nèi)外的大量實驗室實驗曾已證實,無論是在高濃度氯化物中,還是在含有OH﹣的苛性溶液中,無論是在含微量氯化物和氧的熱水以及高溫水中,鎳對提高Ni-Cr-Fe合金的耐應(yīng)力腐蝕性能都是有效的。因此普遍認(rèn)為含有很高鎳含量的Inconel600合金具有優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕性能。但在實際使用中,特別是在壓水堆蒸發(fā)器傳熱管工作條件下又發(fā)現(xiàn)Inconel600合金對應(yīng)力腐蝕不僅不免疫,而且還具有相當(dāng)高的敏感性,甚至在高溫高壓純水中也不例外。研究指出Inconel600合金的這些晶間應(yīng)力腐蝕的敏感性可以通過進行

時效(脫敏)處理來加以抑制。


  4. 點蝕


 由于Inconel600合金鉻含量低且不含鉬,因此,此合金不能用于耐點蝕和易引起點蝕的環(huán)境中。例如Inconel600合金在流動的海水和海水噴淋條件下耐蝕性良好,但在靜止海水中,此合金便會由于點蝕的產(chǎn)生而遭到破壞。


   


四、焊接性能


Inconel 600合金焊接性能良好。它可以采用常用的焊接方法進行同材和異材焊接。對于氣體保護金屬弧焊接,可采用Inconel 182和132焊條。對于MIG和TIG焊接,則可用Inconel 62焊絲。


五、冷熱加工及成型性能


 Inconel 600合金正常的熱加工溫度為871~1232℃,大變形量時,適宜溫度在1038~1232℃之間,小變形量適宜溫度≥871℃。由于此合金在650~871℃間有一熱脆區(qū),故熱加工要避開此區(qū)間。此合金冷加工性能與Cr-Ni奧氏體不銹鋼相近。但冷加工硬化速度要比不銹鋼低。由于Inconel 600合金冷、熱加工性能均佳,因此,合金的冷熱成型性也很好,不會有任何困難。


六、熱處理


為了使合金中碳化物溶解以得到最佳的固溶效果,Inconel 600合金的固溶(退火)溫度一般為1093~1149℃。此時,合金耐全面腐蝕性能和抗高溫蠕變、耐持久性能最好。但是,為了得到高強度、耐疲勞、耐腐蝕的綜合性能,對于室溫和較低溫度使用的Inconel 600合金還是以選中具有微細(xì)晶粒的熱處理工藝為好,一般選用較低的熱處理溫度。為了提高此合金的耐高溫耐高壓水的氯化物以及苛性應(yīng)力腐蝕性能,目前建議在固溶處理后再進行700~750℃、15h左右的時效處理(即脫敏處理)。為了消除殘余應(yīng)力,則以在870℃左右加熱為宜。


七、應(yīng)用


  此合金具有強韌、耐蝕的綜合性能,廣泛用于化學(xué)、石化等工業(yè)中。例如用于制造加熱器、換熱器、蒸發(fā)器、蒸餾釜、蒸餾塔、脂肪酸處理用冷凝器、處理松香亭酸用設(shè)備等。由于合金在高溫下還具有高強度和良好的抗氧化性,因而還可用于熱處理工業(yè),制造各種結(jié)構(gòu)件。在核動力工業(yè)中,Inconel 600合金具有良好的耐高溫耐高壓水的腐蝕性能,因此它也是用于壓水堆核電廠的重要結(jié)構(gòu)材料,當(dāng)用于蒸發(fā)器傳熱管時,管材生產(chǎn)不僅需固溶處理且需進行中溫脫敏處理且U型管小R段尚未消除殘余應(yīng)力。此合金還可用于壓水堆核反應(yīng)堆容器上的封頭和底封頭的穿透件。