
高溫(wen)(wen)合(he)金(jin)是指以鐵、鎳、鈷(gu)為(wei)(wei)基,能在600℃以上的(de)高溫(wen)(wen)下抗(kang)(kang)氧化(hua)、耐(nai)腐蝕,并(bing)能在一定應力作用下長(chang)期工(gong)作的(de)一類(lei)金(jin)屬(shu)材(cai)料,具有優異的(de)高溫(wen)(wen)強度,良(liang)好的(de)抗(kang)(kang)氧化(hua)和(he)(he)抗(kang)(kang)熱腐蝕性能,良(liang)好的(de)疲勞性能、斷裂韌(ren)性等(deng)綜合(he)性能,又被稱(cheng)為(wei)(wei)“超合(he)金(jin),”主(zhu)要應用于航(hang)空、航(hang)天、艦船、車輛、工(gong)業燃機和(he)(he)能源領域(yu)。
0Cr22Ni60Mo9Nb4 (Inconel 625) 和 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti (Inconel 625 plus) 合金既具有良好的耐蝕性、抗氧化性和高強度,又具有良好的成型性和韌性。625與625plus的區別在于后者在化學成分上稍稍降低了鉻、鉬、鈮量,且入了鈦并降碳到超低碳水平。625合金系固溶后借冷加工來提高其強度,而625 plus則靠固溶處理后再經一次或二次時效處理來提高其強度。兩種合金均適于既要求高耐蝕性又要求高強度相匹配的使用條件下。
一、化學(xue)成分和組織(zhi)特(te)點
0Cr22Ni60Mo9Nb4 (Inconel 625) 和 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti (Inconel 625plus)兩種合金的化學成分見表,此二合金固溶態均具有純奧氏體組織。由于0Cr22Ni60Mo9Nb4合金中碳量較高,并含有鈮,故合金中會有MC、M6C和M23C6 型碳化物存在且數量又較00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti為多。在中溫時效態兩種合金均有金屬間相析出,它們的數量、成分和結構受化學成分和受熱條件的影響。0Cr22Ni60Mo9Nb4 時效態會有γ”相和8相沉淀,而00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金固溶處理再經時效會有 γ"-[Ni3 (Nb、Ti、Al)]型金屬間相沉淀,從而可使此合金獲得最高強度。
| 合金名稱 | 碳 | 硅 | 錳 | 磷 | 硫 | 鎳 | 鉻 | 鉬 | 鐵 | 鋁 | 鈦 | 鈮 |
| 0Cr22Ni60Mo9Nb4 (Inconel 625) | ≤0.10 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤0.015 | ≤0.015 | ≥58 | 20.0~23.0 | 8.0~10.0 | ≤5.0 | ≤0.4 | ≤0.4 | 3.15~4.15 |
| 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti (Inconel 625plus) | ≤0.03 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤0.015 | ≤0.015 | 59~63 | 19.0~22.0 | 7.0~9.5 | 其余 | ≤0.035 | 1.0~1.6 | 2.75~4.0 |
二、 耐腐(fu)蝕性能
0Cr22Ni60Mo9Nb4 和00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)(jin)在大氣(qi)、天然(ran)水(shui)、海水(shui)、中性(xing)(xing)鹽和堿等弱介(jie)質中,基(ji)本上是(shi)無明(ming)顯腐(fu)蝕的(de)。在更苛刻的(de)介(jie)質中,由(you)于(yu)鉻的(de)存在能耐(nai)(nai)氧化性(xing)(xing)酸,并抗高溫氧化;由(you)于(yu)是(shi)鎳基(ji)且鉬(mu)含量(liang)(liang)高,因此又耐(nai)(nai)還原性(xing)(xing)酸介(jie)質。對于(yu)局(ju)部腐(fu)蝕,高鉻、鉬(mu)量(liang)(liang)使(shi)此合金(jin)(jin)耐(nai)(nai)點蝕和縫(feng)隙腐(fu)蝕,高鎳、鉻量(liang)(liang)使(shi)此合金(jin)(jin)耐(nai)(nai)應力腐(fu)蝕;高鈮(鈦)量(liang)(liang)使(shi)此合金(jin)(jin)不易(yi)產生晶(jing)間腐(fu)蝕。
1. 耐全面腐蝕性
①. 在硝酸中 在65%HNO3中和沸騰(teng)溫度下,此合(he)金固溶態腐蝕(shi)率≤0.75mm/a.
②. 在硫酸中 表中指出,0Cr22Ni60Mo9Nb4合金在H2SO4中的耐蝕性。在酸洗用酸溶液中(28%H2SO4,5.9%HF,50~79℃)進行試驗,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的腐蝕速率為1.225mm/a。0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金在沸騰的H2SO4中是不耐蝕的。
| 0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金在80℃H2SO4中的耐蝕性 | ||||||
| 濃度/% | 15℃① | 15℃② | 50℃ | 60℃ | 70℃ | 80℃ |
| 腐蝕速率 / mm·a-1 | 0.185 | 0.185 | 0.42 | 0.7 | 1.6 | 2.25 |
| ①. 溶液中通人空氣; | ②. 溶液中通入氮氣。 | |||||
③. 在磷酸中0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金在濃度≤50%的H3PO4中具有非常優良的耐蝕性。當濃度高于50%后,隨H3PO4濃度的增加0Cr22Ni60Mo9Nb4的腐蝕速率急劇升高。因此,此合金僅適用于濃度≤50%的H3PO4。

④. 在(zai)(zai)氫氟(fu)酸(suan)中用螢石與硫(liu)酸(suan)反應制(zhi)取氫氟(fu)酸(suan)的(de)(de)(de)蒸發器,它的(de)(de)(de)襯里一般用0Cr22Ni60Mo9Nb4合金(jin)(jin)制(zhi)造。與此同時,蒸發器之間的(de)(de)(de)管(guan)線、配件等(deng)也是采用此合金(jin)(jin)。在(zai)(zai)HF氣提塔頂部掛片結果(guo)表(biao)明,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金(jin)(jin)的(de)(de)(de)全面(mian)腐蝕速率僅為0.075m/a。
⑤. 在含磷酸的(de)一些介(jie)質(zhi)中試(shi)驗指(zhi)出,在55%H3PO4+0.8%HF 溶液中,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的(de)腐蝕速(su)率(lv)為0.412mm/a。

⑥. 在(zai)堿中(zhong)在(zai)實驗室內50%NaOH中(zhong)0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的年腐蝕(shi)速(su)率為0.0125mm/a。經(jing)500小時(shi)試驗,未見有應力腐蝕(shi)產生。
⑦. 在鹽酸中由于此合金鉬(mu)含(han)量高,在室(shi)溫(wen)鹽酸中有一定的耐蝕(shi)性(xing)。但(dan)溫(wen)度升高,耐蝕(shi)性(xing)下降。
2. 耐局部(bu)腐蝕(shi)性
①. 耐(nai)晶間腐蝕性(xing)
由于其鈮含量高,0Cr22Ni60o9Nb4 合金(jin)具有非常好(hao)的耐敏化態晶間腐蝕的性能(neng)。正是由于0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金(jin)的此(ci)(ci)種性能(neng),因而敏化處(chu)理或(huo)焊(han)后,此(ci)(ci)合金(jin)不需(xu)再進行固溶處(chu)理。
根據00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti 和 0Cr22Ni60Mo9Nb4 在硫酸鐵+50%H2SO4沸騰溶液中的晶間腐蝕試驗結果。從這些結果可看出,雖然由于00Cr22Ni60Mo9Nb3Ti雙時效態晶界有大量析出相,在此介質中的耐晶間腐蝕性要低于冷軋態的0Cr20Ni60Mo9Nb4,但卻優于0Cr20Ni55Mo3Nb5Ti (Inconel 718)。
根據在ASTM G28A溶(rong)液中,經120銷售試驗得出的T-T-S(時間(jian)-溫(wen)度-敏(化(hua)(hua))曲線(xian)。顯(xian)然,軟化(hua)(hua)退(tui)火(huo)處理再(zai)經敏化(hua)(hua)較固溶(rong)處理再(zai)敏化(hua)(hua)的00Cr22Ni60M09Nb4(5923 hMo)合(he)金晶間(jian)腐蝕敏感性(xing)要(yao)低得多,這(zhe)與軟化(hua)(hua)退(tui)火(huo)態經敏化(hua)(hua)后合(he)金中大量NbC先于鉻(ge)碳(tan)化(hua)(hua)物優先析(xi)出,防止晶界貧鉻(ge)區(qu)的形成有關。

②. 耐點(dian)蝕性(xing)
表系0Cr22Ni60Mo9Nb4和00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金(jin)等在兩 種酸介(jie)質中的耐(nai)點(dian)蝕(shi)性(xing),可(ke)以(yi)看(kan)出0Cr22Ni60Mo9Nb4和00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti在試驗條件下均有優良的耐(nai)點(dian)蝕(shi)性(xing),而0Cr20Ni55Mo3Nb5Ti(Inconel 718)合(he)金(jin)則(ze)耐(nai)點(dian)蝕(shi)性(xing)不良。

③. 縫隙腐蝕
表(biao)系0Cr22Ni60Mo9Nb4和(he)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti等合(he)金(jin)的(de)縫隙(xi)腐蝕試(shi)驗結果(guo)。顯然,在所試(shi)驗的(de)條件(jian)下,625 和(he)625 plus 兩(liang)種(zhong)合(he)金(jin)的(de)耐(nai)縫隙(xi)腐蝕性能中625 plus稍優(you)(you),但二者均顯著優(you)(you)于718合(he)金(jin)。

④. 應力腐蝕
模擬實際使用(yong)環境(jing)對0Cr22Ni60Mo9Nb4等合金(jin)(jin)進行了幾種應(ying)力腐(fu)蝕試驗,結果見(jian)表(biao)。表(biao)系模擬深氣井條(tiao)件(jian),在高壓(ya)釜中(zhong)進行試驗所取得的結果,在此條(tiao)件(jian)下,表(biao)明無(wu)論是(shi)(shi)C型樣還是(shi)(shi)U型樣,00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)(jin)的耐(nai)應(ying)力腐(fu)蝕性能(neng)都(dou)是(shi)(shi)最佳。
表系在5%NaCl+0.5%醋酸+H2S (按NACE TM-077)15%MgCb溶液沸騰(teng)(teng)溫(wen)度下進行試驗所取得(de)的結(jie)果(guo)。表的結(jie)果(guo)表明,試驗的合金耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)均(jun)良好,沒(mei)有斷(duan)裂產(chan)生。而表的結(jie)果(guo)表明,5%MgCl2沸騰(teng)(teng)條件下 0Cr22Ni60Mo9Nb4 和 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti耐應(ying)力(li)腐出性(xing)能(neng)良好,且均(jun)優(you)于718合金。


⑤. 腐蝕疲(pi)勞(lao)
圖系0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金在(zai)室溫海水中的(de)腐(fu)蝕疲勞試驗(yan)結果(guo),顯然,0Cr22Ni60Mo9Nb4合金的(de)腐(fu)蝕疲勞強度要(yao)高于所試驗(yan)的(de) Hastel-loy C和(he) Incoloy 800 以及(ji)通用不銹鋼304和(he)316。
三(san)、力學性能(neng)等其他性能(neng)
1. 力學性能
一般使(shi)(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)≤ 650℃ ,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金適用(yong)(yong)于冷、熱加(jia)工并退(tui)火(huo)后(hou)使(shi)(shi)用(yong)(yong);使(shi)(shi)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)高(gao)于650℃時(shi)(shi),則(ze)(ze)退(tui)火(huo)或(huo)固(gu)溶(rong)態(tai)均可應用(yong)(yong)。對于有高(gao)溫(wen)(wen)蠕變或(huo)持久要(yao)求時(shi)(shi),建議在固(gu)溶(rong)態(tai)使(shi)(shi)用(yong)(yong);而細晶(jing)粒合金則(ze)(ze)在≤ 816℃ 使(shi)(shi)用(yong)(yong)以及(ji)在對疲勞強度(du)(du)、硬(ying)度(du)(du)和瞬(shun)時(shi)(shi)強度(du)(du)又要(yao)去(qu)的條件(jian)下使(shi)(shi)用(yong)(yong)。

表系(xi)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)。從(cong)表結果(guo)可(ke)知,此合(he)金(jin)經(jing)(jing)(jing)732℃單時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)后屈服(fu)強(qiang)度(du)較低(di)(690~793MPa),而(er)經(jing)(jing)(jing)雙時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)后,可(ke)獲得高(gao)達827~956MPa的(de)(de)(de)(de)屈服(fu)強(qiang)度(du)且仍具(ju)有較高(gao)塑性(xing)(xing),雙時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)時(shi)(shi)(shi),若(ruo)將第(di)一次時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)溫度(du)從(cong)718℃提高(gao)到746℃,則合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)硬度(du)也(ye)會(hui)有所提高(gao)。表3-5-109的(de)(de)(de)(de)結果(guo)表明,00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金(jin)經(jing)(jing)(jing)固溶處理(li)再(zai)經(jing)(jing)(jing)746℃x8h爐冷(leng)+621℃ × 8小時(shi)(shi)(shi)空冷(leng)雙時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處理(li)并在316℃保(bao)持(chi)1000小時(shi)(shi)(shi)后測定(ding)其性(xing)(xing)能(neng),對此合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)張性(xing)(xing)能(neng)并無明顯影響;表的(de)(de)(de)(de)結果(guo)系(xi)經(jing)(jing)(jing)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處理(li)的(de)(de)(de)(de)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金(jin)和經(jing)(jing)(jing)冷(leng)加工(gong)變形量(liang)25%的(de)(de)(de)(de)0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)金(jin)在232℃時(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)拉性(xing)(xing)能(neng),可(ke)以(yi)看出,與室溫性(xing)(xing)能(neng)相比(bi),經(jing)(jing)(jing)冷(leng)加工(gong)變形提高(gao)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)金(jin)其強(qiang)度(du)降低(di)明顯,而(er)經(jing)(jing)(jing)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處理(li)提高(gao)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)則降低(di)較少,表系(xi)0Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)高(gao)溫力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)。

2. 物理性能
表(biao)列(lie)出了 0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的物理性能

3. 焊接性能
0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金焊接(jie)性(xing)能良好。可采用通用的(de)焊接(jie)方法(fa),例如 GTAW (TIG)、GMAW ( MIG/MAG )和SAW以及SMAW(MMA)等,而不(bu)會(hui)遇到特殊困(kun)難。

4. 冷熱加工及成型性能
由于0Cr22Ni60Mo9Nb4合金較(jiao)(jiao)高的高溫變(bian)(bian)形抗力(li),因(yin)此需要(yao)較(jiao)(jiao)高的加熱溫度,一般約為(wei)(wei)1170℃。大量(liang)(liang)變(bian)(bian)形以(yi)在1170~1010℃為(wei)(wei)宜;微量(liang)(liang)變(bian)(bian)形可在930℃以(yi)上進(jin)行(xing)。此合金的冷加工(gong)和(he)冷成型性亦佳;與(yu)其他(ta)高鎳、鉻、鉬合金性能相近。圖系合金冷變(bian)(bian)形量(liang)(liang)與(yu)硬度的關(guan)系并(bing)與(yu)其他(ta)材(cai)料進(jin)行(xing)比較(jiao)(jiao)的結(jie)果。由圖可知,由于0Cr22Ni60Mo9Nb4合金冷作硬化傾向較(jiao)(jiao)大,故進(jin)行(xing)冷加工(gong)和(he)冷成型時要(yao)及時進(jin)行(xing)中間軟化退火(huo)處理(li)。
5. 熱處理
0Cr22Ni60Mo9Nb4合金用于高溫高強度(du)用途,系(xi)在(zai)約1120℃進行固溶處(chu)理(合金中含(han)碳(tan)量(liang)~0.05%).用于耐濕態腐(fu)蝕用途(低(di)碳(tan)量(liang)~0.03%)多采用軟(ruan)化退火處(chu)理,溫度(du)為(wei)950~1050℃(以~980℃為(wei)宜);為(wei)了防止(zhi)焊后的晶(jing)間腐(fu)蝕傾向(xiang),也可(ke)在(zai)900~1100℃進行穩定(ding)化處(chu)理,由(you)于NbC的優先形成可(ke)避免(mian)鉻(ge)碳(tan)化物(wu)形成所導致的晶(jing)界鉻(ge)貧化。
00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金的(de)大截(jie)面棒材(cai)可(ke)在(zai)(zai)1025~1052℃加熱,保(bao)溫2~4小(xiao)時(shi)后(hou)(hou)(hou)快冷,此時(shi)可(ke)獲(huo)得(de)充分再結晶,同時(shi)仍有(you)穩(wen)定的(de)高(gao)(gao)鈦、鈮(ni)的(de)碳化(hua)物沉淀存在(zai)(zai)。為了使此合金獲(huo)得(de)最高(gao)(gao)強度(du),固溶(rong)處理后(hou)(hou)(hou)可(ke)再進行(xing)雙時(shi)效,第一次在(zai)(zai)718~746℃時(shi)效8小(xiao)時(shi),隨后(hou)(hou)(hou)以50℃/小(xiao)時(shi)的(de)速(su)度(du)冷卻到621℃,再進行(xing)保(bao)溫8小(xiao)時(shi)的(de)第二次時(shi)效,隨后(hou)(hou)(hou)空冷。控制適(shi)宜的(de)時(shi)效時(shi)間(jian),會由(you)于高(gao)(gao)鉻、鉬(mu)碳化(hua)物的(de)減少獲(huo)得(de)良好(hao)的(de)耐點蝕(shi)(shi)、耐縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)和耐應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)性能。
四、應用(yong)
由于0Cr22Ni60Mo9Nb4 和 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti 兩種合金既具有高耐蝕性又具良好的熱強性,因此既可做耐蝕合金又可做熱強合金使用。通常在耐蝕用途中,0Cr22Ni60Mo9Nb4主要用以耐HNO3、HNO3+H2SO4、HNO3+HF的混酸以及含H2SO4和F-、Cl-的濕法磷酸以及耐海水腐蝕等;而00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti 合金除在酸介質中和海水中耐蝕性與 0Cr22Ni60Mo9Nb4 相近外,即使在時效態也有優良的耐氯化物和硫化物應力腐蝕的性能以及耐點蝕、耐縫隙腐蝕等性能。兩種合金均可用做耐蝕、高強度材料,制造塔、槽、容器、管線以及反應器、換熱器閥件等。
