英康乃尔和英康洛依合金及其应用.doc

英康乃尔和英康洛依合金及其应用 摘要：本文详细地介绍了镍基合金中Ni-Cr-Fe系合金CY-40、Inconel600、Incoloy800的性能及应用。关键词：英康乃尔, 英康洛依 应用 1 英康乃尔和英康洛依合金概述： CY-40,Inconel(英康乃尔);Incoloy(英康洛依)是镍基合金中的Ni-Cr-Fe系合金,其中含Fe量较低的称其为Inconel合金;含Fe量较高的称其为Incoloy合金, 英康洛依合金(Incoloy)因含Fe量高达45%,因此,它实际上是镍基合金中的Fe-Ni-Cr合金。在目前耐蚀镍基合金中，它们在阀门生产上的应用量,是仅次于Monel(蒙乃尔)合金的重要合金。耐蚀镍基合金中主要几种经典的合金都有自己的“商业名称”,按“商业名称”叫法,分别有Monel(蒙乃尔合金)；Hastelloy(哈氏合金)等。对CY-40、Inconel 600它们的商业名称,统称为Inconel“英康乃尔”合金;Incoloy 800它的商业名称为“英康洛依”合金。 化学成分(%)为：72Ni-16Cr-8Fe-2Si合金是典型的Inconel 合金，其铸造合金牌号是ASTM A494标准中的CY-40合金(日本铸件手册中称CY-40为：“Cast Inconel”(铸造英康乃尔),见日本铸件手册P1466页表21.24),其对应的轧材牌号为Inconel 600合金。 32Ni-21Cr-45Fe合金是典型的Incoloy 800合金,在ASTM A494标准中无对应的铸造合金牌号。 英康乃尔合金主要用于抗应力腐蚀,尤其适用于高浓度的氯化物介质。当Ni含量大于45%时，对氯化物的应力腐蚀几乎是免疫的。此外,它还能抗沸浓硝酸、发烟硝酸、含硫和钒的高温气体及燃烧物的腐蚀；CY-40还被广泛用于制造核动力工厂的锅炉给水系统的部件，因为它比不锈钢的安全性更好；同时,它还适用于需要高强度、高压密封状态的高抗腐蚀性能以及在高温下具有抗机械磨损和抗氧化能力的工业生产中。我公司为不少煤化工厂气化车间,用CY-40、Inconel 600及Inconel 625合金生产了用于PN6.4MPa、100MPa及Class900Lb、Class1500Lb高压、高纯度的氧气阀门等。2 CY-40铸造合金：CY-40的商业名称为Inconel(英康乃尔)合金,在ASTM A494镍及镍合金铸件标准规范,规定了它的化学成分和力学性能(分别见表1和表2)。表1.CY-40合金的化学成分(%)C maxMn maxSi maxP maxS maxCuMoFe maxNiCr0.401.503.000.030.03/11.0余14.017.0 表2. CY-40合金的力学性能抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)延伸率50mm(%)硬度 HB48519530.0. 在ASTM A494标准第5条“材料与制造”中表述了：“CY-40铸件通常以铸态供给,而不经固溶处理。” 在美国“By. Donald E. Wenschhof Huntington合金有限公司;R0bert B. Herchenroeder高技术材料制造公司Cabot分部;C.R.Bird不锈钢铸造工程有限公司”的铸造镍合金资料中对CY-40作了如下介绍： CY-40主要应用：适用于需要高强度的，高压密闭状态的,对化学破坏和危害作用有高的耐蚀性能的,以及在高温下具有抗机械磨损和抗氧化能力的工业生产上。 砂型铸件的机械性能：抗拉强度：480655MPa,屈服强度：195310MPa,延伸率在50mm：30%10%.抗压性能(压缩性能)：抗压屈服强度：在偏移0.001%时为115MPa;偏移0.01%时屈服强度为160MPA;偏移0.2%时屈服强度为250MPa.硬度(HB)：160190.弹性模数：处于张力时为155GPa.冲击值：夏氏冲击试验：81 J; 埃左冲击试验：11595 J.密度：8.3 t/m3；铸造性能：熔化温度：13701400(25002550F)；用镁作脱氧剂对合金液进行脱氧处理; 浇注温度：15401620(28002950F);凝固收缩率21 mm/m (0.25 in/f t);热膨胀系数：线收缩在20100(77212F)范围内为11.5m/m.K.磁性能：受磁力：25100(77212F)时是无磁性的.磁性转变温度：-101(-150F)。美国金属学会1986年出版的金属手册的镍和镍合金中对CY-40论述如下：铸造Ni-Cr-Fe合金CY-40的成分与其相应的轧材(Inconel 600)不同，它具有较高的C、Mn和Si的含量,以保证使其获得所需要的铸造性能和緻密性。 CY-40铸态使用，因为该合金在铸态时对晶间腐蚀不敏感,而不锈钢则很敏感。应用于核工业中的铸造英康乃尔合金,通常是改进型的铸造Ni-Cr-Fe合金,其最大碳含量为0.12%。低C、低Si的核工业用CY-40铸件,其屈服强度较低,但其抗拉强度不低于最小抗拉强度值。 美国铸钢手册(第5版)中指出：经过改进的用于原子能方面的铸造Ni-Cr-Fe合金(碳最高含量为0.12%),作为附加的预防措施,通常要作固溶化处理。 典型成分(%)：0.20%C;1.50%Si;1.0%Mn;15.5%Cr;8.0%Fe;剩余为Ni的CY-40合金的机械性能最小值见表3。 表3.化学成分为 0.20%C1.50%Si1.0%Mn15.5%Cr8.0%Fe剩余为Ni的CY-40的机械性能(a)合金牌号最小抗拉强度(MPa)最小屈服强度(MPa)延伸率(%)硬度( HB)CY-4048319330.注：(a).资料来自：Metals handbook Desk Edition. American society for Metals 1986Nickel and Nickel Alloys中的表7.CY-40经常于高温状态与相似成分的轧材配套使用，典型CY-40的高温性能见表4和表5。表4.典型CY-40高温力学性能(a),(b)温 度抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)延伸率(%) (c)F 室温48629316480900427.206501200372.217301350314.25815150018634注：(a). 资料来自：Metals handbook Desk Edition. American society for Metals 1986Nickel and Nickel Alloys中的表8.(b).数据是“公称成分”0.20%C和1.50%的熔模铸造试棒; (c).在25mm即1in之内。 表5.典型CY-40高温蠕变试验性能(a),(b)温 度蠕变试验100h (MPa)F65012001657301350103815150062925170038 注：(a) .资料来自：Metals handbook Desk Edition. American society for Metals 1986Nickel and Nickel Alloys中的表9.(b).数据是“公称成分”0.20%C和1.50%的熔模铸造试棒。3. Inconel 600和Incoloy 800: Inconel 600(UNS N06600)和Incoloy 800(UNS N08800)均为镍基合金中的Ni-Cr-Fe系合金的轧材牌号，它们的化学成分,分别见表6和表7. 表6. Inconel 600的“公称化学”成分(%)CMnSiSCrNiCuFe注0.080.50.250.00815.576.0(a)0.258.00(1)0.05/15.575.5/8.00(2)注：(a).包括Co在内； 表7. Incoloy 800的“公称化学”成分(%)CMnSiSCrNiCuTiFe其它注0.050.750.500.00821.0.32.50.380.3846.0Al 0.38(1)0.04/ 21.0 32.0 0.300.40 45.0Al 0.30(2) 附：Incoloy 800H的“公称化学”成分(%)0.08/ 21.0 32.0 / 0.40 45.0Al 0.30(2)注：(1).资料来自：Metals handbook Desk Edition. American society for Metals 1986 Inconel 600及Incoloy 800合金有棒材、板材、管材和线材，它们的供货状况及其对应的机械性能见表8.表8. Inconel 600/Incoloy 800的机械性能(a)材料类别及热处理状态抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)延伸率(%)棒材： 退火 冷拉 热成型552690/5176907241034/552827586827/6901034172345/204414552862/241621241621/5178625535/60303010/50255030/3010板材： 热轧 退火586758/552758552724/517724241448/207448207345/2074145030/50255535/5030薄板：退火 淬火552690/5177245861034/207310/207379621862/5535/5030152/带材：退火 调质552690/51769010001172/207310/2073798271103/5535/5030102/管材：热成型冷拉和退火517690/517724552690/517690172345/172414172345/2074145535/50305535/5030线材：退火 调质552827/55275811721517/9651207241517/24144810341448/89611724520/452552/52Inconel 600和Incoloy800具有较强的抗氧化能力和在高温下有较高的强度，在潮湿的环境中这些合金能阻止氯化物离子引起的金属应力腐蚀裂纹的形成。Inconel 600经常大量地代替全镍用于抗烧碱腐蚀及高温条件下卤素的腐蚀。通常Inconel 600和Incoloy 800都不用于硫酸装置,但在室温下，它们均可用于低浓度的硫酸介质中。Incoloy 800在120(250)时可使用于浓度为99%的硫酸。Inconel 600和Incoloy 800对盐酸有较弱的耐蚀性。Inconel 600和Incoloy 800在室温下,对所有浓度的纯磷酸具有耐蚀性,但会随着温度的升高腐蚀率而急速加剧。Inconel 600和Incoloy 800对于热的长化学链有机酸有良好的耐蚀性。硬脂酸、油酸和松香酸的油脂分离塔,通常都用Inconel 600合金制造。Inconel 600中的高Cr含量,为该合金提供了较好的防止硫脆变的能力，因此，在包括含S的高温碱性介质中或要求高强度时,Inconel 600常被用来代替Ni201。Inconel 600和所有的镍合金一样(除商业纯Ni),当与高温、高浓度的碱性介质接触时,均会经受应力腐蚀的威胁,所以,用Inconel 600合金制作的设备,在使用前应进行完全消除应力处理(见表9),以保证运行时应力最小化。 表9. Inconel 600耐热合金的消除应力处理或退火(a)合金牌号消除应力处理退火Inconel 600900 1h1010 1/4h (d) (d).为了防止晶粒粗化,所以退火的时间要求短。 Inconel 600对盐类的耐蚀性与Ni200和Monel 400非常相似,但对于氧化性酸盐, Inconel 600更优异,而它对于非氧化性酸盐则不耐蚀。Inconel 600对于硝酸银有良好的耐蚀性，当用于光学处理(加工)及用于热、浓的氯化镁时也是如此。在温度大于43(110F)的亚硝酸基氯化物中, Inconel 600合金优于Ni200。 Inconel 600合金可用于870(1600F)既要求保持高强度,又要求具有抗氧化性能的紧固件上。4. Inconel 625合金 Inconel 625(UNS N06625)合金和Inconel 600合金既有相同点,即它们都是含有Ni-Cr-Fe的镍基合金,所以它们的商业名称,均称为Inconel合金；但还有不同之处：Inconel 600合金是典型的Ni-Cr-Fe的镍基合金；而Inconel 625合金是含有Mo的合金(见表10),严格地分：Inconel 625合金是耐蚀镍基合金中的Ni-Cr-Mo系合金，Ni-Cr-Mo系镍基合金的典型合金是Hastelloy C(哈氏C)合金，因此Inconel 625合金是Hastelloy C(哈氏C)合金。Inconel 625合金对应的铸件材质牌号,是ASTM A494镍及镍合金铸件标准规范中的CW-6MC(见表10)。Inconel 625合金和CW-6MC合金均要求在t1175（2150F）水淬,作固溶化处理。 在镍基合金中将不同合金成分叫一种商业名称是常有的,例如哈氏合