耐蝕合金主要是指鐵鎳基耐蝕合金 Ni≥30% ,Ni+Fe≥60% ,和鎳基耐蝕合金 Ni≥50% 。
GH 3600 / Inconel 600 / N06600 / NS312 / 2.4816 / NCF600 / 0Cr15Ni75Fe
Inconel 600 合金 于20世紀(jì)30年代問(wèn)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(kāi)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(diǎn)。因?yàn)槌煞趾?jiǎn)單又易于生產(chǎn),所以它的價(jià)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(shí)在奧氏體基體上存在著少量TiC和TiN(當(dāng)合金中含鈦時(shí))。合金在540~980℃間還會(huì)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(huì)有Cr7C3碳化物沉淀,溫度低于760℃則會(huì)析出Cr23C6碳化物。
一、化學(xué)成分
Inconel 600 合金的化學(xué)成分 % | ||||||||||
牌號(hào) | 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(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(qiáng)度和塑、韌性的配合。此合金的高溫力學(xué)性能(包括瞬時(shí)、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(zhǎng)期使用。試驗(yàn)還表明在600℃長(zhǎng)期使用后,此合金無(wú)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/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(tài) | 720~1035 | 550~860 | 30~10 | 90B~30C |
熱加工退火態(tài) | 550~690 | 205~345 | 55~35 | 68~85B |
熱加工態(tài) | 585~825 | 240~620 | 50~30 | 75~95B |
板材:熱軋退火態(tài) | 550~725 | 205~345 | 55~35 | 65~85B |
熱軋態(tài) | 585~760 | 240~450 | 50~30 | 80~95B |
薄板:冷軋退火態(tài) | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤88 |
冷軋硬化態(tài) | 825~1035 | 620~860 | 15~2 | ≥24 |
帶材:冷軋退火態(tài) | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤84 |
冷軋回火態(tài) | 1000~1170 | 825~1100 | 10~2 | ≥34 |
管材:熱軋態(tài) | 515~690 | 175~345 | 55~35 | |
熱軋退火態(tài) | 515~690 | 175~345 | 55~35 | |
冷拔退火態(tài) | 550~690 | 175~345 | 55~35 | ≤88 |
絲材:冷拔退火態(tài) | 550~825 | 240~515 | 45~20 | |
冷拔回火態(tài) | 725~930 | 480~725 | 35~15 | |
彈簧回火態(tài) | 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(yàn)溫度/℃ | 沖擊功/J | |||
橫向 | 縱向 | 固溶態(tài) | 冷拔態(tài) | |
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 合金的低溫沖擊性能
Inconel 600 合金的低溫沖擊性能 | ||
試驗(yàn)方向 | 試驗(yàn)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(yàn)狀態(tài) | 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(tài) | 冷拔態(tài) | |
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(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(jī)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(dá)80%時(shí)亦很耐腐蝕;當(dāng)NaOH中有硫化物時(shí),其耐蝕性優(yōu)于純鎳;在150℃,50%硫化鈉中試驗(yàn),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(qiáng)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(yàn)時(shí)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(yàn)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(shí),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(huì)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(shuō)來(lái)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(shí)效)時(shí)間的增長(zhǎng),晶界鉻濃度有明顯的不同:敏化 5小時(shí),晶界鉻濃度會(huì)從原有15%降到6%,敏化10h后降低到了4%,但隨著敏化時(shí)間的增長(zhǎng),當(dāng)達(dá)到100h時(shí),晶界濃度則可高達(dá)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(shí)間保溫的時(shí)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(guó)內(nèi)外的大量實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)曾已證實(shí),無(wú)論是在高濃度氯化物中,還是在含有OH﹣的苛性溶液中,無(wú)論是在含微量氯化物和氧的熱水以及高溫水中,鎳對(duì)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(shí)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(duì)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(guò)進(jìn)行時(shí)效(脫敏)處理來(lái)加以抑制。
4. 點(diǎn)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(diǎn)蝕和易引起點(diǎn)蝕的環(huán)境中。例如Inconel600合金在流動(dòng)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(huì)由于點(diǎn)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(jìn)行同材和異材焊接。對(duì)于氣體保護(hù)金屬弧焊接,可采用Inconel 182和132焊條。對(duì)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(shí),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(kāi)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(huì)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(shí),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(qiáng)度、耐疲勞、耐腐蝕的綜合性能,對(duì)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(jìn)行700~750℃、15h左右的時(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(dòng)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(shí),管材生產(chǎn)不僅需固溶處理且需進(jìn)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。