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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(zhǎng)期工作的一類金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)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(jī)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(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   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(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/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(yàn)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(yàn)方向試驗(yàn)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(yàn)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(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
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(yàn)時(shí)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(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。