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精品精品 特殊材料知识特殊材料知识 沪程实业 上海 有限公司目录哈氏合金哈氏B2合金哈氏C276合金 哈氏C59合金哈氏C22合金蒙乃尔400因康镍600合金因克罗依 800 800H 800AT合金钽锆 Zirconium 不锈钢AL 6XN超级奥氏体不 锈钢奥氏体不锈钢904L奥氏体不锈钢33超级奥氏体不锈钢926超级铁 素体不锈钢AL 29 4C高纯铁素体不锈钢E BRITE26 1双相不锈钢标准 双相不锈钢2205超级双相不锈钢255沪程实业 上海 有限公司哈氏 合金 Hastelloy alloy 一 引言哈氏合金是镍基合金的一种 目前主要分为B C G三个系 列 它主要用于铁基Cr Ni或Cr Ni Mo不锈钢 非金属材料等无法使用的强腐蚀性介质场合 在国外已 广泛应用于石油 化工 环保等诸多领域 其牌号和典型使用场合如下表所示 哈氏合金牌号N10276 C 276 主要合金元素Ni MoNi Cr MoNi Cr Fe Mo典型使用场合盐酸等还原性介质氧化 还原性兼有的混合介质磷 酸 硫酸 硫酸盐等N06455 C 4 N06059 C 59 N06007 G N06985 G 3 N06030 G 30 合金牌号N10001 B N10665 B 2 N10675 B 3 N10629 B 4 N06022 C 22 为改善哈氏合金的耐蚀性能和冷 热加工性能 哈氏合金先后进 行了三次重大改进 其发展过程如下B系列B B 2 00Ni70Mo28 B 3C系列C C 276 00Cr16Mo16W4 C 4 00Cr16Mo16 C 22 00Cr22Mo13W3 C 2000 00Cr20Mo16 G系列G G 3 00Cr22Ni48Mo7Cu G 30 00Cr30Ni48Mo7Cu 目前使用最广泛的是第二代材料N10665 B 2 N10276 C 276 N06022 C 22 N06455 C 4 和N06985 G 3 第三代材料N10675 B 3 N10629 B 4 N06059 C 59 处于推广阶段 由于冶金技术的进步 近年来出现了多个牌号的含 6 Mo的所谓 超 级不锈钢 替代了G系列合金 使得G系列合金的生产和使用迅速 下降 二 典型哈氏合金化学成分材料的化学成分C SiNi CrMo Fe CoMnP SW VCu Nb TaN10665 B 2 基 1 026 0 30 2 0 0 02 0 10 1 0 1 0 0 04 0 03N102 76 C 276 基14 5 16 515 0 17 04 0 7 0 0 01 0 08 2 5 1 0 0 04 0 033 0 4 5 0 035N06007 G 3 基21 0 23 56 0 8 018 0 21 0 015 1 0 5 0 1 0 0 04 0 03 1 51 5 2 5 0 50沪程实业 上海 有限公司 三 力学性能哈氏合金的力学性能非常突出 它具有高强度 高韧 性的特点 所以在机加工方面有一定的难度 而且其应变硬化倾向 极强 当变形率达到15 时 约为18 8不锈钢的两倍 哈氏合金还存在中温敏化区 其敏化倾向随变形率的增加而增大 当温度较高时 哈氏合金易吸收有害元素使它的力学性能和耐腐蚀 性能下降 材料的力学性能N10276 C 276 ASTM B575 1999N06007 G 3 ASTM B582 1997合金牌号N10665 B 2 板材标准厚度 mm ASTM B333 1998 4 764 76 63 5 b Mpa 0 2 Mpa 硬度 HRB 5 63 50 51 63 5760760690621 100 100 100 100350350283241 40 40 40 40 四 常用哈氏合金1Hastelloy B 2alloy 哈氏B 2合金 一 耐蚀性能哈氏B 2合金是一种有极低含碳量和含硅量的Ni Mo合金 它减少了在焊缝及热影响区碳化物和其他相的析出 从而 确保即使在焊接状态下也有良好的耐蚀性能 众所周知 哈氏B 2合金在各种还原性介质中具有优良的耐腐蚀性能 能耐常压下任何 温度 任何浓度盐酸的腐蚀 在不充气的中等浓度的非氧化性硫酸 各种浓度磷酸 高温醋酸 甲酸等有机酸 溴酸以及氯化氢气体中均有优良的耐蚀性能 同时 它也耐卤族催化剂的腐蚀 因此 哈氏B 2合金通常应用于多种苛刻的石油 化工过程 如盐酸的蒸馏 浓缩 乙苯的烷基化和低压羰基合成醋酸等生产工艺过程中 但在哈氏B 2合金多年的工业应用中发现 1 哈氏B 2合金存在对抗晶间腐蚀性能有相当大影响的两个敏化区1200 1300 的高温区和550 900 的中温区 2 哈氏B 2合金的焊缝金属及热影响区由于枝晶偏析 金属间相和碳化物沿晶 界析出 使其对晶间腐蚀敏感性较大 3 哈氏B 2合金的中温热稳定性较差 当哈氏B 2合金中的铁元素含量降至2 以下时 该合金对 相 即Ni4Mo相 一种有序的金属间化合物 的转变敏感 当合金在650 750 温度范围内停留时间稍长 相瞬间生成 相的存在降低了哈氏B 2合金的韧性 使其对应力腐蚀变得敏感 甚至会造成哈氏B 2合金在原材料生产 如热轧过程中 设备制造过程中 如哈氏B 2合金设备焊后整体热处理 及哈氏B 2合金设备在服役环境中开裂 现今 我国和世界各国指定的有关哈氏B 2合金抗晶间腐蚀性能的标准试验方法均为常压沸腾盐酸法 评定方 法为失重法 由于哈氏B 2合金是抗盐酸腐蚀的合金 因此 常压沸腾盐酸法检验哈氏B 2合金的晶间腐蚀倾向相当不敏感 国内科研机构用高温盐酸法对哈氏B 2合金进行研究发现哈氏B 2合金的耐蚀性能不仅取决于其化学成分 还取决于其热加工的控制 过程 当热加工工艺控制不当时 哈氏B 2合金不仅晶粒长大 而且晶间会析出现高Mo的 相 此时 哈氏B 2合金的抗晶间腐蚀的性能明显下降 在高温盐酸试验中 粗晶粒板 与正常板的晶界浸蚀深度相差约一倍左右 二 物理性能哈氏B 2合金的物理性能如下表所示 密度9 2g cm3 熔点1330 1380 磁导率 RT 1 001物理性能 温度 比热 J kg k 热传导系数 W m k 电阻率 cm 弹性模量 Gpa 室温至T的热膨胀系数 10 6 K 03731372182037711 113721710038912 213821310 3xx0613 41 3820810 830042314 613920311 140043116 013919711 450044417 3 14119111 660045618 714618411 8700176 三 化学成分化学成分元素Ni CrFe C Mn Si Cu Mo Co PS最小0 41 626 0最大余量1 02 00 011 00 080 530 01 00 020 01 0 四 机械性能哈氏B 2合金的一般机械性能如下列两表所示室温下的最小力学性能值 参 考DIN ASTM标准 产品形式尺寸 mm 0 2 屈服强度 Mpa 1 0 屈服强 度 Mpa 抗拉强度 Mpa 延伸率A5 布氏硬度HB晶粒尺寸 m 冷轧 板带 5127热轧板5 65340380755250214棒325370745 管340360755 ASTM标准350 76040241同上高温下的最小力学性能值0 2 屈服强度 Mpa 1 0 屈服强度 Mpa 产品形式100 xx00400100 xx00400板管3152852702 55355325310295棒300275255240340315300285 五 造与热处理1加热对于哈氏B 2合金来说 在加热前和加热过程中表面保持清洁并远离污染物是十 分重要的 如果哈氏B 2合金在含有硫 磷 铅或其他低熔点金属污染物的环境下加热 则 会变脆 这些污染物的主要包括标记笔痕迹 温度指示漆 油脂和 液体 烟气 此烟气必须含硫低 例如天然气和液化石油气含硫量不超过0 1 城市空气含硫量不超过0 25g m3 燃料油的含硫量不超过0 5 即为合 格 对加热炉的气体环境要求是中性环境或轻还原性环境 并且不可以 在氧化性和还原性之间波动 炉中的火焰不可以直接冲击哈氏B 2合金 同时要以最快的加热速度把材料加热到要求达到的温度 即要求首 先要把加热炉的温度上升到要求温度 再把材料放入炉中加热 2热加工哈氏B 2合金可以在900 1160 范围内进行热加工 加工过后应该以水淬火 为了确保有最好的耐蚀性能 热加工过后应该退火 3冷加工冷加工的哈氏B 2合金必须经过固溶处理 由于其具有比奥氏体不锈钢高得多的加工 硬化率 所以成形设备要细心考虑 如果执行了冷成形工艺 那么有必要进行级间退火 冷加工变形量超过15 时 使用前要固溶处理 4热处理固溶热处理温度要控制在1060 1080 之间 之后进行水冷 淬火或材料厚度在1 5mm以上时可以快速空冷以获得最好的耐蚀性能 在任何加热操作过程中 材料的表面清洁均要有预先的防范 哈氏合金材料或设备部件在进行热处理时要注意以下一些问题为了 防止设备部件热处理变形 应采用不锈钢加强环 对装炉温度 加 热和冷却时间应严格控制 装炉前 对热处理件进行预处理 防止 产生热裂纹 热处理后 对热处理件100 PT 在热处理过程中如产 生热裂纹 经过打磨消除后需补焊者 要采用专门的补焊工艺 5除垢哈氏B 2合金表面的氧化物和焊缝附近的污点都要以精细的砂轮等打磨干净 由于哈氏B 2合金对氧化性介质比较敏感 因此酸洗过程中会产生较多的含氮元 素的气体 6机加工哈氏B 2合金要以退火状态进行机加工 对它的加工硬化要有清醒的认识 例如相对于标准奥氏体不锈钢要采用较慢的表面切削速度 对于表 面的硬化层要采用较大的进刀量 并使刀具处于连续的工作状态 7焊接哈氏B 2合金焊缝金属及热影响区由于易析出 相而导致贫Mo 从而易于产 生晶间腐蚀 因此 哈氏B 2合金的焊接工艺应谨慎制定 严格控制 一般焊接工艺如下焊材选用ERNi Mo7 焊接方法GTAW 控制层间温度不大于120 焊丝直径 2 4 3 2 焊接电流90 150A 同时 施焊前 焊丝 被焊接件坡口及相邻部位应进行去污脱脂处 理 哈氏B 2合金热传导系数比钢小得多 如选用单V型坡口 则坡口角度要在7 0 左右 采用较低的热输入量 通过焊后热处理可以消除残余应力并改善抗应力腐蚀断裂性能 2Hastelloy C 276合金 哈氏C 276合金 一 耐蚀性能哈氏C 276合金属于镍 钼 铬 铁 钨系镍基合金 它是现代金属材料中最耐蚀的一种 主要耐湿氯 各种氧化性氯化物 氯化盐溶液 硫酸与氧化性盐 在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能 因此 近三十年以来 在苛刻的腐蚀环境中 如化工 石油化工 烟气脱硫 纸浆和造纸 环保等工业领域有着相当广泛的应用 哈氏C 276合金的各种腐蚀数据是有其典型性的 但是不能用作规范 尤其 是在不明环境中 必须要经过试验才可以选材 哈氏C 276合金中没有足够的Cr来耐强氧化性环境的腐蚀 如热的浓硝酸 这种合金的产生主要是针对化工过程环境 尤其是存在混酸的情况 下 如烟气脱硫系统的出料管等 下表是四种合金在不同环境下的腐蚀对比试验情况 所有焊接试样采用自熔钨极氩弧焊 四种金属在不同环境下的腐蚀 对比试验腐蚀率 毫米 典型316AL 6XN Inconel625C 276试验环境 沸腾 基本金属试样焊接试样基本金属试样焊接试样 基本金属试样基本金属试样焊接试样20 醋酸0 0030 0030 00360 00 180 00760 0130 00645 蚁酸0 2770 2620 1160 1420 130 070 0491 0 草酸1 020 9910 2770 2740 150 290 25920 磷酸0 1770 1550 00 70 0060 0010 0010 000610 氨基磺酸1 621 580 7510 3810 120 07 0 06110 硫酸9 449 442 142 340 640 350 50310 碳酸氢钠1 061 0 60 6090 3440 100 070 055哈氏C 276合金可以用作燃煤系统的烟气脱硫部件 在这种环境下C 276是最耐蚀的材料 下表是C 276合金和典型316在烟气模拟系统 绿色死亡 溶液中的腐蚀对比 试验情况 绿色死亡 溶液中的腐蚀对比试验腐蚀率 mm a 绿色死亡 溶 液 沸腾 典型316C 2767 硫酸3 盐酸1 CuCl21 FeCl3破坏0 67由上表可见 C 276合金对混合的具有氯离子的酸 盐溶液有很好的耐蚀性能 哈氏C 276合金中Cr Mo W的加入将C 276合金的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力大大提高 C 276合金在海水环境中被认为是惰性的 所以C 276被广泛地应用在海洋 盐水和高氯环境中 甚至在强酸低PH值情 况下 下表是四种金属在6 FeCl3 按ASTM标准G 48执行 溶液中发生缝隙腐蚀的对比情况 缝隙腐蚀发生情况缝隙腐蚀发生温度合金 F C典型316272 5AL 6XN11345Inconel62511345C 27614060C 276合金中高含量的Ni和Mo使其对氯离子应力腐蚀断裂也有很强的抵 抗能力 下表是四种金属在不同含氯离子溶液中的应力腐蚀断裂试 验情况 氯离子应力腐蚀断裂试验情况弯曲U形试样试验时间 Hours 和试 验结果试验溶液典型316AL 6XN Inconel625C 27642 MgCl2 沸腾 失败 24小时 兼有 1000小时 抵抗 1000小时 抵 抗 1000小时 33 LiCl 沸腾 失败 100小时 抵抗 1000小时 抵抗 10 00小时 抵抗 1000小时 26 NaCl 沸腾 失败 300小时 抵抗 1000小 时 抵抗 1000小时 抵抗 1000小时 二 物理性能C 276合金的物理性能如下表所示密度8 90g cm3 比热425J kg k 弹性 模量205Gpa 21 热传导率温度热传导率 W m K 1687 3 738 72110 29311 020413 031615 142717 053819 0线膨胀系数线膨 胀系数从21 到线膨胀系数 10 6 9311 220412 031612 842713 253813 4 三 机械性能典型的C 276合金的拉力试验结果如下表所示 其材料是在1150 退火 并以 水急冷 力学性能试验值温度 屈服强度 0 2 Mpa 抗拉强度 b Mpa 延 伸率 5 19656596545 10148089550214157905093380725502043457105031631567555427290 6556053827064060对C 276合金进行冷变形加工会使其强度增加 在对其进行冲击试验时 V形槽冲击试样采用10mm厚的板材 板材要 经过退火处理 如果试样是采用焊接的试样 则在同样的温度范 围 它会显示出一定的柔韧性 这是因为焊缝的原因 板材冲击试验结果如下表所示 试验温度 V形槽试样冲击功 J 19624521325xx25C 276合金和普通奥氏体不锈钢有相似的成形性能 但由于其比普通奥氏体不锈钢的强度要大 所以 在冷成形加工过 程中会有更大应力 此外 这种材料的加工硬化速度比普通不锈钢快得多 因此在有广 泛冷成形加工过程中 要采取中途退火处理 四 焊接及热处理C 276合金的焊接性能和普通奥氏体不锈钢相似 在使用一种焊接方法 对C 276焊接之前 必须要采取措施以使焊缝及热影响区的抗腐蚀性能下 降最小 如钨极气体保护焊 GTAW 金属极气体保护焊 GMAW 埋弧焊或其他一些可以使焊缝及热影响区抗腐蚀性能下降最小的 焊接方法 但对于诸如氧炔焊等有可能增加材料焊缝及热影响区含碳量或含硅 量的焊接方法是不适合采用的 关于焊接接头形式的选择 可以参照ASME锅炉与压力容器规范对C 276焊接接头的成功经验 焊接坡口最好采用机械加工的方法 但是机械加工会带来加工硬化 所以对机械加工的坡口处进行焊接前打磨是必要的 焊接时要采用适宜的热输入速度 以防止热裂纹的产生 在绝大多数腐蚀环境下 C 276都能以焊接件的形式应用 但在十分苛刻的环境中 C 276材料及焊接件要进行固溶热处理以获得最好的抗腐蚀性能 C 276合金的焊接可以选择自身作焊接材料或填料金属 如要求在C 276的焊缝中添加某些成分 象其它镍基合金或不锈钢 并且这些焊 缝将暴露在腐蚀环境中时 那么 焊接所用的焊条或焊丝则要求有 和母材金属耐腐蚀相当的性能 哈氏C 276合金材料固溶热处理包括两个过程 1 在1040 1150 加热 2 在两分钟之内快速冷却至黑色状态 400 左右 这样处理 后的材料有很好的耐蚀性能 因此仅对哈氏C 276合金进行消应力热处理是无效的 在热处理之前要清理合金表面的油污等可能在热处理过程中产生碳 元素的一切污垢 C 276合金表面在焊接或热处理时会产生氧化物 使合金中的Cr含量降 低 影响耐蚀性能 所以要对其进行表面清理 可以使用不锈钢丝刷或砂轮 接下来浸入适当比例硝酸和氢氟酸的 混合液中酸洗 最后用清水冲洗干净 沪程实业 上海 有限公司3Hastelloy C 22Alloy 哈氏C 22合金 一 耐蚀性能和产品形式哈氏C 22合金是一种Ni Cr Mo合金 它对点蚀 缝隙腐蚀 晶间腐蚀和应力腐蚀断裂均有极强 的抵抗力 Ni Cr Mo和W的共同作用 使哈氏C 22合金在较大的氧化和还原性环境范围内具有优异的耐蚀性能 下表所示可见 哈氏C 22合金在大多数苛刻的环境中有突出的耐蚀性能 它对焊接操作或 锻造操作中晶间碳化物的析出和多元相的产生有抵抗性能 沸腾溶液中的腐蚀试验数据试验溶液试样状态合金腐蚀率 mm a C 220 36C 2760 33HCl 1 普通板6250 92C 220 329C 2760 293HCl 1 焊接态 GTAW 625 C 220 003C 2760 010H3PO4 20 普通板6250 010C 220 003C 2760 005H3PO4 20 焊接态 GTAW 625 C 220 351C 2760 353H2SO4 10 普通板6250 642C 220 351C 2760 503H2SO4 10 焊接态 GTAW 625 C 220 015C 276 FeCl3 6 普通板625 C 220 015C 276 FeCl3 6 焊接态 GTAW 625 下表是以ASTM标准进行的腐蚀试验数据ASTM测试方法试样状态合金 腐蚀率 mm a C 221 63C 2765 59G28 PracticeA普通板6250 58C 221 63C 276 G28 PracticeA焊接态 GTAW 625 C 220 42C 2761 14G28 PracticeB普通板625 89C 220 36C 276 G28 PracticeB焊接态 GTAW 625 C 221 72C 27623 1G28 PracticeC普通板625 C 221 77C 27623 4G28 PracticeC焊接态 GTAW 625 C 223 47G28 PracticeD普通板C 276 625 C 222 85C 276 G28 PracticeD焊接态 GTAW 625 G28 PracticeA 沸腾Fe2 SO4 3 50 H2SO4 24小时G28 PracticeB 沸 腾23 H2SO4 1 2 HCl 1 FeCl3 1 CuCl2 24小时G28 PracticeC 沸腾 65 HNO3 5 48小时暴露在空气中G28 PracticeD 沸腾10 HNO3 3 HF 2 2小时暴露在空气中哈氏C 22合金被广泛地应用于烟气脱硫系统 纸浆和造纸工业中的漂白系 统 垃圾焚化炉 化工厂 制药厂和放射性垃圾储存等工业领域 哈氏C 22合金强度高 并且有良好的延展性 焊接性和成形性能 因此在A SME和ASTM标准中都有一致的详细叙述 其材料产品形式有板材 带材 管材 棒材和锻件等 ASME和ASTM有关哈氏C 22合金材料的标准说明产品形式ASTM ASME板材 带材B575SB575B619SB619管材 有缝 B626SB626管材 无缝 B622SB622 二 化学成分化学元素UNS标准范围 重量百分比 C0 015max S0 02max Si0 08max Cr20 0 22 5Mo12 5 14 5V0 35max Co2 50max W2 50 3 50Fe2 00 6 00Ni余量沪程实业 上海 有限公司 三 物理性能具有典型化学成分的C 22合金退火状态下的物理性能 项目数值单位22 时的密度8 62g cm3熔化温度范围1354 1388 53 时的热传导系数9 4W m K20 217 的热膨胀系数12 44 m m 22 时的比热422J kg 22 时的弹性模量207GPa 四 焊接性能哈氏C 22合金的焊接性能非常好 它可以很容易地以钨极气体保护焊 金 属极气体保护焊 埋弧焊等方法焊接 填料金属要求有与之相匹配 的化学成分 五 机械性能哈氏C 22合金具有良好的热加工性能 其退火状态室温下的机械性能如下表所示 测试板材厚度范围4 76m m到50 8mm 项目典型板材ASTM B575屈服强度 0 2 变形 345MPa310 MPa抗拉强度724MPa690 MPa 延伸率 51mm 67 45 硬度87HRB100 HRB 最小 最大4Hastelloy C 59Alloy 哈氏C 59合金 一 引言C 59是一种超低碳Ni Cr Mo合金 具有优异的耐蚀性能和高机械强度 其性质有如下几条 1 在氧化性和还原性条件下有广泛的耐蚀性能 2 对点蚀和缝隙腐蚀有良好的抵抗力 同时对氯致应力腐蚀断裂有 免疫特性 3 对无机酸如硝酸 磷酸 硫酸 盐酸和硫酸盐酸混合酸有良好的 耐蚀性能 4 对含有杂质的无机酸同样有良好的耐蚀性能 5 对40 以下任何浓度的盐酸有良好的耐蚀性能 6 被许可在 196 450 之间使用于压力容器上 7 被NACE标准MR 01 75 级许可使用在酸气环境下 NACE是美国和印度的国家电子顾问委员会 二 化学成分C 59合金的化学成分表如下所示 化学成分Ni CrFeCMn SiMoCoAl PS Min22 015 00 1Max余量24 01 50 0100 50 0116 50 30 40 0150 00 5 三 耐蚀性能和应用C 59合金是一种有极低含碳量和含硅量的Ni Cr Mo合金 在热加工和焊接过程中不倾向于产生中间相 所以此合金 可以应用于化工过程中的氧化性和还原性介质 由于有较高的含Ni Cr Mo的含量 C 59对氯离子有良好的耐蚀性能 在涉及氧化性环境的标准腐蚀试验中已经证实C 59合金有比其它Ni Cr Mo合金更高级的性能 C 59合金在还原性环境中有良好的耐蚀性能 例如10 沸腾硫酸溶液中 的腐蚀率是其它Ni Cr Mo合金的1 3左右 在盐酸环境下同样有很好的耐蚀性能 下面两表是不同腐蚀试验情况 C 276和C 59试验对比腐蚀率 mm a 试验介质C 276C 59ASTM G28A沸腾24小时5 0 6 00 625ASTM G28B沸腾24小时1 50 1三种不同合金在不同溶液中腐蚀试验腐蚀率 mm a 试验介质Inconel625C 276C 5910 H2SO4沸腾3 7天1 0 1 20 5750 1520 H2SO4 15000ppm Cl NaCl 3 7天80 0 030 080 0350 H2SO4 15000ppm Cl NaCl 3 7天50 0 650 420 3898 5 H2SO43 7天150 200 0 28 0 15下表是三种合金的CPT和CCCT试验情况合金CPT CCCTInconel625100 85 95 C 276115 120 105 C 59 130 110 试验溶液7Vol H2SO4 3Vol HCl 1 CuCl2 1 FeCl3 6H2O 绿色死亡溶液 时效24小时后 以5 递增 应用C 59合金在化工 石油化工 能源和环保工程等 1 含氯有机过程设备 尤其是在有卤族酸性催化剂存在的情况下 2 纸浆和造纸工业中的溶解和漂白系统设备 3 焚化炉和烟气脱硫系统的预热器 阀门 叶轮等元件 4 酸气处理系统设备和元件 5 醋酸和醋酐反应器 6 硫酸冷凝器 四 物理性能密度8 6g cm3熔点范围1310 1360 磁导率20 RT 1 001高温下的物理性能温度 比热J kg k热传导系数W m k电阻率 cm弹性模量GPa室温到T的热膨胀系数10 6 k2041410 412621010042512 112720711 9xx3413 7129xx2 230044 315 413119612 540045117 013319012 750045918 613418512 96004 6420 413317813 1 五 力学性能下表是C 59合金固溶处理状态的力学性能表 室温下的最小力学性能产品形式尺寸mm0 2 屈服强度 Mpa 1 0 屈服 强度 Mpa 抗拉强度 Mpa 延伸率 5 薄板和带材 0 5 6 4板 5 0 30棒 10034038069040 力学值依据德国国家标准VdT V数据505下表 是依据德国国家标准VdT V数据505 在高温下的力学性能值 温度0 2 屈服强度 1 0 屈服强度 抗拉强度 延伸率 5 MPa ksiMPa ksiMPa ksi 93 43 4895 91 100 290 330650 620 200 250 290615 585 204 36 4289 85 300 220 260580 550 316 31 3784 80 400 190 230545 515 427 26 3277 74 450175 215525 495 50 对于板厚度在30 50mm之间的材料 其屈服强度值要减去20MPa 只针对棒材最大许用 应力锻件 棒 板 带材料温度 MPa ksi3825 09325 010017214924 7xx6120423 326022 030014731620 9 34320 437119 839919 4400134焊接管件的焊缝系数取0 85 六 V形槽冲击功室温下的平均值 225J cm2 196 下 200J cm2 七 晶体结构C 59合金的是面心立方晶体结构 八 制造和热处理C 59合金可以很容易地用普通制作工艺来加工 1 加热C 59合金在热处理前和热处理过程中不可以和任何污染物接触 在含有S P Pb和其它低熔点金属的环境中加热 会使C 59合金的性能下降 污染物的主要有标记笔痕迹 温度指示漆 粉笔 润滑油脂 燃料 等 加热炉燃料的含硫量必须低 天然气的含硫量必须低于0 1 质量 燃料油的含硫量不可超过0 5 炉气环境应该是轻微的氧化性 不可以在氧化性和还原性之间波动 不可以让火焰直接冲击合金材料 2 热加工C 59合金可以在950 1180 之间进行热加工 冷却要用水急冷 热加工后退火可以确保材料有良好的耐蚀性能 3 冷加工退火的C 59合金才可以用来冷加工 C 59合金的加工硬化率是很高的 对成形设备的要求要高一些 当冷变形加工执行时 工序间退火是必要的 4 热处理固溶热处理温度应该在1100 1180 最好在1120 处理 水冷是确保材料有最好耐蚀性能的基本要点 在任何热操作过程中 材料表面必须清洁 5 除垢C 59合金焊缝附近的氧化物比其它不锈钢要紧密的多 可以用细砂轮 打磨干净 酸洗前 材料表面的氧化物 污点等可以用细砂轮或不锈钢丝刷打 磨干净 6 机加工机加工C 59合金应该是固溶处理状态 由于其加工硬化率较大 所以相对于低合金奥氏体不锈钢来说 要 采用较低的表面切削速度 且进刀量要大 以忽略硬度较高的表面 同时要让刀具处于连续运转的状态 九 焊接焊接镍基合金时 要遵守下列操作规程 1 工作场地C 59合金的焊接场该是独立的 最好和碳钢加工场地分开 同时不可 以有气流扰动 2 着装焊接着装应该采用皮革手套和工作服 3 加工工具和机械工具要采用镍基合金专用工具 制造和加工机械 如剪板机 卷板机 压制机械等 其工作台面要用毛毡 纸板 塑 料等覆盖 防止C 59合金表面在加工过程中被压入污染物 导致最终的腐蚀 4 清理基材金属的焊缝区域清理和填料金属的清理应该使用丙酮 5 坡口准备C 59合金的焊接坡口成形可以采用机械方法 如车削成形 磨削成形 或刨制成形 等离子切割也是可以的 不过切割后的坡口要打磨干 净 并且不可以使坡口附近过热 6 坡口角度一般焊接后应该立即用不锈钢丝刷刷去氧化部分 镍基合金和特种不锈钢相对于普通碳钢的一般区别在于其有较低的 热传导系数和有较高的热膨胀率 其焊接焊脚要大 1 3mm 坡口角度要在60 70 左右 主要因为C 59合金的熔化金属有较高的粘性 而且其焊后收缩倾向比较大 7 引弧引弧时只可以在即将焊接的焊缝区域内进行 不可以在已完 成的焊接件上 以免造成耐蚀性能的下降 8 焊接工艺C 59合金可以用多种常规焊接工艺焊接 如TIG GTAW MIG MAG 手工 金属焊接 等离子弧焊等 不过焊接前的清理是必要的 9 焊接参数和有关影响因素焊接时要谨慎选择热输入量 一般要采 用较低的热输入量 层间温度不要超过150 同时采用较薄的焊道焊接工艺 下表是C 59合金的焊接参数 焊接参数填料金属焊接参数根部焊层中间和上部板厚mm焊接方法尺 寸mm速度m cm AV AV焊接速度cm min气流量l min等离子气流量l min等离子焊嘴尺寸m m3 0手工GTAW2 09010110 1xx10 158 1016 0手工GTAW2 0 2 4100 11010120 1301210 158 1018 0手工GTAW2 4110 1xx130 1401210 158 10110 0手工GTAW2 4110 1xx130 1401210 158 1013 0自动GTAW1 20 5手工控制150102515 xx 0自动GTAW1 20 5手工控制150102515 xx 0热焊丝GTAW1 00 3180108015 xx0 0热焊丝GTAW1 20 45手工控制250124015 xx 0等离子弧焊1 20 516525253013 013 26 0等离子弧焊1 20 5190 xx5253013 513 28 0MIG MAG21 0 8GTAW130 14023 2724 3018 xx0 0MIG MAG21 2 5GTAW130 15023 2720 2618 xx 0SMAW2 540 70 2140 70 218 0SMAW2 5 3 2540 70 2170 100 2216 0SMAW4 090 130 221 纯氩气或氩气 3 氢气2 建议使用氦气保护焊接下表是焊接 能量输入情况单位长度焊接能量输入 参考值 焊接工艺单位长度能 量输入值kJ cm焊接工艺单位长度能量输入值kJ cm GTAW手工或自动Max8MIG MAG手工或自动Max11热焊丝GTAW Max6SMAW Max7等离子弧焊Max10一般焊接后应该立即用不锈钢丝刷刷去氧化部 分 其它镍基合金 other Nickle base alloys 1Inconel600Alloy 因康镍600合金 一 引言Inconel600合金是一种Ni Cr合金 可以使用在从低温到1093 的温度范围内 Inconel600合金没有磁性 焊接性能良好 Inconel600合金可以使用在广泛的腐蚀环境下 高的镍含量让600合金对还原性环境有一定的耐蚀性能 同时铬的加 入让600合金对弱氧化性环境有一定的耐蚀性能 由于镍含量相当高 所以600合金对氯离子应力腐蚀断裂有优异的耐 蚀性能 600合金的成形性能类似于稳定的奥氏体不锈钢的性能 二 化学成分600合金的化学成分如下表所示 化学成分元素wt C0 05Mn0 25S0 002Si0 20Cr15 5Ni Co余量Fe8 0C u0 10 三 产品形式和标准600合金的产品形式主要有板材 带材 供货状态主要是退火状态 薄板和带材也可以以正火状态供货 下表是600合金的一些国际标准 标准产品形式ASTM ASMEAMS板 带材B168SB1685540B167SB167B516SB516管及管件B517S B5175580冷凝器用管B163SB163B166SB166棒和锻件B564SB5645665丝 B166SB1665687 四 耐蚀性能和应用600合金的高镍含量让它对中等强度的还原性环 境有良好的耐蚀性能 同时对氯离子应力腐蚀断裂有也良好的耐蚀 性能 因此 600合金可以使用在MgCl2溶液中 相似地 铬让600合金在弱氧化性环境中有一定的耐蚀性能 从某种 意义上讲 600合金已经是商业纯镍的替代品 但在象热的浓硝酸的强氧化性溶液中 600合金的耐蚀性能比较差 600合金在中性和碱性的盐溶液中不会有腐蚀情况发生 可以使用在 苛刻的腐蚀环境中 600合金对蒸汽和蒸汽 空气 碳的氧化物的混合气体有抵抗力 但 在含有硫的高温气体环境中则会腐蚀 600合金在高温时对碳化有极佳的抵抗力 且对氧化有良好的抵抗 所以长期以来此合金被用于热处理工业上 在中等高温时对脱水Cl2和HCl气体有良好的抵抗性 600合金在碱液浓缩过程中耐热应力腐蚀 总结起来600合金主要有如下几点特性 1 直到1093 时仍然具有抗氧化性 2 耐碳化性 3 到大约538 时对脱水Cl2仍然有抵抗性 4 对氯离子应力腐蚀断裂有免疫力 5 对碱的腐蚀有良好的抵抗力 其应用场合如下所示 1 热处理相关元件及设备 2 温度达到538 的氯化设备 3 纸浆厂的碱溶解池 4 碱液浓缩相关设备 五 物理性能密度8 42g cm3比热 0 100 460J kg k磁导率 1 02下表是600合金的线性热膨胀系数数据线性热膨胀系 数21 T系数10 6 9312 420413 131613 742714 253814 664915 176015 7下表是6 00合金的热传导系数数据热传导系数温度 热传导系数W m k2114 89315 420417 131618 742720 653822 5 六 力学性能退火状态室温下的力学性能如下表说示 0 2 屈服强度 MPa 抗拉强度 MPa 延伸率 5 25564045下表是600 合金短时间高温拉力性能数据 低温时的性能被加入以作对比 测试温度 0 2 屈服强度 MPa 抗拉强度 MPa 延伸率 5 79292734643162136244642720361049538197579476491834483976011 71904687162103809822853118冲击性能600合金即使在零度以下也有 良好的韧性 下表是600合金板材V形槽冲击性能数据 冲击强度J测试温度 退火热轧冷轧 73244244 21244244156538217217 七 加工和热处理 1 冷成形600合金的冷成形性能非常好 高镍含量可以阻止冷加工时奥氏体向马氏体的转变 301和304不锈 钢在冷加工时会产生此类转变 600合金的加工硬化倾向比301和304不锈钢低 可以使用多种加工方 式对600合金进行大规模的变形操作 600合金的高温退火会让其晶粒长大 大范围的成形操作会使合金表面产生波纹状的 橘皮 现象 主要 因为其晶粒较大的缘故 但这种现象对材料的性能并没有坏处 2 热处理600合金不会由于热处理产生硬化 只会产生冷加工强化 冷加工后退火可以软化材料 软化温度可以在871 到1149 之间进行 在982 或更高的温度情况下 晶粒长大非常迅速 但在1038 作短 时间的停留可以软化材料 又不会产生不适当的晶粒长大 热处理后的冷却可以慢速冷却 也可以快速淬火冷却 都会得到相 当的硬度 3 焊接600合金可以采用标准的电阻焊和熔化焊 现在有大量的焊条和焊丝可以用来焊接600合金 600合金的焊缝附近会产生紧密的氧化物 只可以打磨去除 另外焊接时最好采用惰性气体保护焊 2Incoloy800Alloy 因克罗依 800 800H 800AT合金 一 引言800合金是一种用来抵抗氧化和碳化的Ni Fe Cr合金 其镍的含量达到32 使800合金对氯致应力腐蚀断裂和 相的析出 使合金变脆有良好的抵抗力 800合金耐均匀腐蚀的性能也很出色 在固溶处理状态 800H和800AT有出众的蠕变和应力断裂性能 800合金基础上的这三种合金都通过了ASME锅炉和压力容器用材规范 的审核 规范在第一部分 电站锅炉 第三部分 核容器 第八部分非直接触火压力容器中都有关于800系列合金的应 用标准 800系列合金基本一样 除了在800H中碳含量稍高 0 05 0 10 800AT中加入了1 00 的Al Ti 800合金一般可以使用到593 800H和800AT一般应用在对蠕变和应力腐蚀断裂要求很高的593 以 上的温度 二 化学成分800系列合金的典型化学成分如下表说示 化学成分元素800800H800AT C0 020 080 08Mn1 001 001 00P0 0200 0200 020S0 0100 0100 010 Si0 350 350 35Cr21 021 021 0Ni32 032 032 0Ti0 400 40Al0 400 40Ti Al1 00Cu0 300 300 30 三 材料标准下表是800系列合金的国际标准 标准产品形式ASTM ASMEAMS板 带B409SB4095871焊管B514 B163SB163无缝管B407SB407 棒B408SB408锻件B564SB564 只适用于800合金 四 腐蚀性能与应用800系列合金的镍含量要比304不锈钢家族高的 多 在很多介质情况下 800系列合金和304不锈钢都很相似 例如 在很多工业气体和化工介质如硝酸和有机酸中 它们有相当的性能 不论是800系列合金还是304不锈钢都不可以使用在硫酸环境下 除 非是低温 低浓度的情况 象奥氏体不锈钢一样 800系列合金如果在538 760 范围内加热时间过长 则在合金的晶界会析出铬的碳化物 让 合金出现敏化现象 使合金在象酸洗的环境和65 硝酸环境中产生晶 间腐蚀 800系列合金虽然对氯离子应力腐蚀开裂没有免疫力 但是对其耐蚀 性能还是很好的 在石油 化工 食品 纸浆和造纸等工业领域有良好的耐蚀性能 显然800系列合金可以在使普通奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂的中等腐 蚀环境下使用 然而 800系列合金对MgCl2溶液的应力腐蚀断裂没有免疫力 800合金最典型的应用是高温下的应用 如焚烧炉元件 石化重整装 置 加氢裂化管件 常规电厂和核电站的过热蒸汽处理设备 高含量的铬和镍使800系列合金对氧化和碳化有良好的抵抗力 800系列归纳起来有如下特性 1 按ASME标准在899 下应用有很高的设计强度 2 管子可应用在982 以下的温度 3 在1038 温度下仍有抗氧化性 4 耐氯离子腐蚀 五 力学性能800系列合金的典型室温力学性能如下表所示 其中800合金在982 退火 800H和800AT合金在1149 退火 退火温 度不同主要因为材料的强度不同的缘故 800合金的力学性能测试温度 0 2 屈服强度 MPa 抗拉强度 MPa 延伸率 5 21295600449327456343260234525394272305144053821 949639649xx7256760156221858169817191800H和800AT的力学性能测 试温度 0 2 屈服强度 MPa 抗拉强度 MPa 延伸率 5 21xx315 29316649053316131459534271254545353811443851649102384507609 9223788718012