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      耐蝕合金|NS alloy

      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% 。

      產品分類 / 用途

      NS 336 (Inconel 625)

       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、化學成分和組織特點


       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    ≤0.43.15~4.15
      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   ≤0.0351.0~1.62.75~4.0



      二、 耐腐蝕性能


       0Cr22Ni60Mo9Nb4 和00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金在大氣、天然水、海水、中性鹽和堿等弱介質中,基本上是無明顯腐蝕的。在更苛刻的介質中,由于鉻的存在能耐氧化性酸,并抗高溫氧化;由于是鎳基且鉬含量高,因此又耐還原性酸介質。對于局部腐蝕,高鉻、鉬量使此合金耐點蝕和縫隙腐蝕,高鎳、鉻量使此合金耐應力腐蝕;高鈮(鈦)量使此合金不易產生晶間腐蝕。


       1. 耐全面腐蝕性


        ①. 在硝酸中 在65%HNO3中和沸騰溫度下,此合金固溶態腐蝕率≤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℃15℃50℃60℃70℃80℃
      腐蝕速率 / mm·a-10.1850.1850.420.71.62.25
      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。


      圖3-5-86.jpg


        ④. 在氫氟酸中用螢石與硫酸反應制取氫氟酸的蒸發器,它的襯里一般用0Cr22Ni60Mo9Nb4合金制造。與此同時,蒸發器之間的管線、配件等也是采用此合金。在HF氣提塔頂部掛片結果表明,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的全面腐蝕速率僅為0.075m/a。


        ⑤. 在含磷酸的一些介質中試驗指出,在55%H3PO4+0.8%HF 溶液中,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的腐蝕速率為0.412mm/a。


      表 3-5-98.jpg 

      表 3-5-988.jpg



        ⑥. 在堿中在實驗室內50%NaOH中0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的年腐蝕速率為0.0125mm/a。經500小時試驗,未見有應力腐蝕產生。


        ⑦. 在鹽酸中由于此合金鉬含量高,在室溫鹽酸中有一定的耐蝕性。但溫度升高,耐蝕性下降。


       2. 耐局部腐蝕性


        ①. 耐晶間腐蝕性


        由于其鈮含量高,0Cr22Ni60o9Nb4 合金具有非常好的耐敏化態晶間腐蝕的性能。正是由于0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的此種性能,因而敏化處理或焊后,此合金不需再進行固溶處理。


        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溶液中,經120銷售試驗得出的T-T-S(時間-溫度-敏(化)曲線。顯然,軟化退火處理再經敏化較固溶處理再敏化的00Cr22Ni60M09Nb4(5923 hMo)合金晶間腐蝕敏感性要低得多,這與軟化退火態經敏化后合金中大量NbC先于鉻碳化物優先析出,防止晶界貧鉻區的形成有關。


      圖 3-5-88.jpg



       ②. 耐點蝕性 


        表系0Cr22Ni60Mo9Nb4和00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金等在兩 種酸介質中的耐點蝕性,可以看出0Cr22Ni60Mo9Nb4和00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti在試驗條件下均有優良的耐點蝕性,而0Cr20Ni55Mo3Nb5Ti(Inconel 718)合金則耐點蝕性不良。


      表 3-5-101.jpg


       ③. 縫隙腐蝕 


       表系0Cr22Ni60Mo9Nb4和00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti等合金的縫隙腐蝕試驗結果。顯然,在所試驗的條件下,625 和625 plus 兩種合金的耐縫隙腐蝕性能中625 plus稍優,但二者均顯著優于718合金。


      表 3-5-102.jpg


       ④. 應力腐蝕 


        模擬實際使用環境對0Cr22Ni60Mo9Nb4等合金進行了幾種應力腐蝕試驗,結果見表。表系模擬深氣井條件,在高壓釜中進行試驗所取得的結果,在此條件下,表明無論是C型樣還是U型樣,00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金的耐應力腐蝕性能都是最佳。


        表系在5%NaCl+0.5%醋酸+H2S (按NACE TM-077)15%MgCb溶液沸騰溫度下進行試驗所取得的結果。表的結果表明,試驗的合金耐應力腐蝕性能均良好,沒有斷裂產生。而表的結果表明,5%MgCl2沸騰條件下 0Cr22Ni60Mo9Nb4 和 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti耐應力腐出性能良好,且均優于718合金。



      表 3-5-103.jpg


      表 3-5-104.jpg


       ⑤. 腐蝕疲勞 


         圖系0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金在室溫海水中的腐蝕疲勞試驗結果,顯然,0Cr22Ni60Mo9Nb4合金的腐蝕疲勞強度要高于所試驗的 Hastel-loy C和 Incoloy 800 以及通用不銹鋼304和316。


      三、力學性能等其他性能


        1. 力學性能


         一般使用溫度≤ 650℃ ,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金適用于冷、熱加工并退火后使用;使用溫度高于650℃時,則退火或固溶態均可應用。對于有高溫蠕變或持久要求時,建議在固溶態使用;而細晶粒合金則在≤ 816℃ 使用以及在對疲勞強度、硬度和瞬時強度又要去的條件下使用。


      表 3-5-106.jpg


        表系00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金的力學性能。從表結果可知,此合金經732℃單時效后屈服強度較低(690~793MPa),而經雙時效后,可獲得高達827~956MPa的屈服強度且仍具有較高塑性,雙時效時,若將第一次時效溫度從718℃提高到746℃,則合金的硬度也會有所提高。表3-5-109的結果表明,00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金經固溶處理再經746℃x8h爐冷+621℃ × 8小時空冷雙時效處理并在316℃保持1000小時后測定其性能,對此合金的抗張性能并無明顯影響;表的結果系經時效處理的00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金和經冷加工變形量25%的0Cr22Ni60Mo9Nb4合金在232℃時的抗拉性能,可以看出,與室溫性能相比,經冷加工變形提高強度的0Cr22Ni60Mo9Nb4合金其強度降低明顯,而經時效處理提高強度的00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金的強度則降低較少,表系0Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金的高溫力學性能。


      圖 3-5-92.jpg



        2. 物理性能


        表列出了 0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的物理性能 


      表 3-5-108.jpg


        3.  焊接性能


        0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金焊接性能良好??刹捎猛ㄓ玫暮附臃椒?,例如 GTAW (TIG)、GMAW ( MIG/MAG )和SAW以及SMAW(MMA)等,而不會遇到特殊困難。


      表 3-5-113.jpg


        4. 冷熱加工及成型性能

       

        由于0Cr22Ni60Mo9Nb4合金較高的高溫變形抗力,因此需要較高的加熱溫度,一般約為1170℃。大量變形以在1170~1010℃為宜;微量變形可在930℃以上進行。此合金的冷加工和冷成型性亦佳;與其他高鎳、鉻、鉬合金性能相近。圖系合金冷變形量與硬度的關系并與其他材料進行比較的結果。由圖可知,由于0Cr22Ni60Mo9Nb4合金冷作硬化傾向較大,故進行冷加工和冷成型時要及時進行中間軟化退火處理。


        5. 熱處理


       0Cr22Ni60Mo9Nb4合金用于高溫高強度用途,系在約1120℃進行固溶處理(合金中含碳量~0.05%).用于耐濕態腐蝕用途(低碳量~0.03%)多采用軟化退火處理,溫度為950~1050℃(以~980℃為宜);為了防止焊后的晶間腐蝕傾向,也可在900~1100℃進行穩定化處理,由于NbC的優先形成可避免鉻碳化物形成所導致的晶界鉻貧化。


       00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金的大截面棒材可在1025~1052℃加熱,保溫2~4小時后快冷,此時可獲得充分再結晶,同時仍有穩定的高鈦、鈮的碳化物沉淀存在。為了使此合金獲得最高強度,固溶處理后可再進行雙時效,第一次在718~746℃時效8小時,隨后以50℃/小時的速度冷卻到621℃,再進行保溫8小時的第二次時效,隨后空冷??刂七m宜的時效時間,會由于高鉻、鉬碳化物的減少獲得良好的耐點蝕、耐縫隙腐蝕和耐應力腐蝕性能。


      四、應用


       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。



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