inconel產品的(de)(de)均勻腐(fu)蝕可以發生在酸(suan)性或熱的(de)(de)堿性溶液(ye)。通過這種機(ji)制(zhi)可以預計(ji)的(de)(de)虧損(sun),并在設計(ji)允(yun)許的(de)(de)。inconel產品的(de)(de)腐(fu)蝕速率非(fei)常慢(man)時,該金屬是在被動狀(zhuang)態,一般(ban)的(de)(de)是耐腐(fu)蝕性更好地較大的(de)(de)鉻(ge)含量(liang),但其他的(de)(de)溶質(zhi)可以是有害的(de)(de)。
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(fen)和組織(zhi)特點(dian)
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(he)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)在(zai)大氣、天(tian)然(ran)水、海水、中性鹽和(he)堿等(deng)弱介質(zhi)(zhi)中,基本上是無明顯腐蝕的(de)。在(zai)更苛刻的(de)介質(zhi)(zhi)中,由于(yu)鉻的(de)存在(zai)能耐氧(yang)化性酸,并抗高(gao)(gao)溫氧(yang)化;由于(yu)是鎳基且鉬含量高(gao)(gao),因此(ci)又耐還(huan)原性酸介質(zhi)(zhi)。對于(yu)局(ju)部腐蝕,高(gao)(gao)鉻、鉬量使此(ci)合金(jin)耐點蝕和(he)縫隙(xi)腐蝕,高(gao)(gao)鎳、鉻量使此(ci)合金(jin)耐應力(li)腐蝕;高(gao)(gao)鈮(鈦)量使此(ci)合金(jin)不易產生晶間腐蝕。
1. 耐(nai)全面(mian)腐蝕性(xing)
①. 在硝酸中 在65%HNO3中和沸騰(teng)溫度下,此(ci)合金固(gu)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℃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. 在氫(qing)氟酸(suan)中(zhong)用螢石(shi)與硫(liu)酸(suan)反應制(zhi)取氫(qing)氟酸(suan)的(de)蒸發(fa)器,它的(de)襯里一般用0Cr22Ni60Mo9Nb4合金制(zhi)造(zao)。與此同時(shi),蒸發(fa)器之間的(de)管線、配(pei)件等也是采用此合金。在HF氣(qi)提(ti)塔頂部(bu)掛片(pian)結果表(biao)明,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的(de)全面腐(fu)蝕速率僅為0.075m/a。
⑤. 在含磷酸的一些介質(zhi)中試驗(yan)指出(chu),在55%H3PO4+0.8%HF 溶液(ye)中,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的腐(fu)蝕速率為0.412mm/a。
⑥. 在(zai)堿(jian)中在(zai)實驗(yan)室(shi)內50%NaOH中0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金的年腐(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)為0.0125mm/a。經500小(xiao)時試驗(yan),未(wei)見有應力腐(fu)蝕(shi)(shi)產生(sheng)。
⑦. 在(zai)鹽酸中(zhong)由于此合金(jin)鉬含量高(gao),在(zai)室溫(wen)鹽酸中(zhong)有(you)一(yi)定的耐蝕性。但(dan)溫(wen)度升高(gao),耐蝕性下降。
2. 耐局部腐蝕性(xing)
①. 耐(nai)晶間(jian)腐蝕性
由(you)于其鈮含(han)量高(gao),0Cr22Ni60o9Nb4 合金(jin)具有非常好(hao)的耐敏化態晶間腐蝕的性(xing)能(neng)。正是(shi)由(you)于0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金(jin)的此(ci)種性(xing)能(neng),因而敏化處理或焊后,此(ci)合金(jin)不需再進行固溶(rong)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(zai)ASTM G28A溶液中(zhong),經120銷售試驗得出的(de)T-T-S(時間-溫度(du)-敏(化)曲線。顯然,軟化退火(huo)處理再經敏化較(jiao)固(gu)溶處理再敏化的(de)00Cr22Ni60M09Nb4(5923 hMo)合(he)金(jin)晶(jing)間腐蝕敏感性要低得多,這與(yu)軟化退火(huo)態經敏化后合(he)金(jin)中(zhong)大量NbC先于鉻碳化物優先析出,防止晶(jing)界貧鉻區的(de)形成有關。
②. 耐點蝕(shi)性
表(biao)系0Cr22Ni60Mo9Nb4和(he)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)等在兩 種酸(suan)介質(zhi)中的(de)(de)耐點蝕性(xing),可以看出0Cr22Ni60Mo9Nb4和(he)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti在試驗條件(jian)下(xia)均(jun)有優良的(de)(de)耐點蝕性(xing),而0Cr20Ni55Mo3Nb5Ti(Inconel 718)合金(jin)則(ze)耐點蝕性(xing)不(bu)良。
③. 縫隙腐(fu)蝕
表系0Cr22Ni60Mo9Nb4和(he)(he)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti等合(he)金(jin)的縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)試驗結果。顯然,在(zai)所試驗的條(tiao)件(jian)下(xia),625 和(he)(he)625 plus 兩種合(he)金(jin)的耐縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)中(zhong)625 plus稍優,但(dan)二者均(jun)顯著優于718合(he)金(jin)。
④. 應力腐蝕
模擬實際使(shi)用(yong)環境對0Cr22Ni60Mo9Nb4等合金進行(xing)了幾種應力腐蝕(shi)試驗,結(jie)果見表(biao)。表(biao)系模擬深(shen)氣井(jing)條件(jian),在(zai)高壓(ya)釜中進行(xing)試驗所(suo)取(qu)得的結(jie)果,在(zai)此條件(jian)下,表(biao)明無(wu)論是C型(xing)樣還是U型(xing)樣,00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金的耐應力腐蝕(shi)性(xing)能都(dou)是最(zui)佳(jia)。
表系在5%NaCl+0.5%醋酸(suan)+H2S (按NACE TM-077)15%MgCb溶液沸騰(teng)溫度下(xia)進行試驗(yan)所取得的結果(guo)。表的結果(guo)表明,試驗(yan)的合金耐應力(li)(li)腐(fu)蝕性能均良(liang)好(hao),沒有斷裂(lie)產生(sheng)。而表的結果(guo)表明,5%MgCl2沸騰(teng)條件(jian)下(xia) 0Cr22Ni60Mo9Nb4 和 00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti耐應力(li)(li)腐(fu)出性能良(liang)好(hao),且均優于718合金。
⑤. 腐(fu)蝕(shi)疲勞
圖系(xi)0Cr22Ni60Mo9Nb4 合(he)金在(zai)室溫海(hai)水中的(de)腐(fu)蝕疲勞試驗結果,顯然,0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)金的(de)腐(fu)蝕疲勞強度要高于所試驗的(de) Hastel-loy C和(he) Incoloy 800 以及通用不銹鋼304和(he)316。
三(san)、力學(xue)性能等其他性能
1. 力學性能
一般使用(yong)(yong)溫(wen)度≤ 650℃ ,0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金適用(yong)(yong)于冷、熱加工并(bing)退(tui)(tui)火后使用(yong)(yong);使用(yong)(yong)溫(wen)度高(gao)于650℃時,則(ze)退(tui)(tui)火或(huo)固溶態均可應用(yong)(yong)。對于有高(gao)溫(wen)蠕變(bian)或(huo)持久要求(qiu)時,建議在固溶態使用(yong)(yong);而細晶粒合金則(ze)在≤ 816℃ 使用(yong)(yong)以及在對疲勞強度、硬度和(he)瞬時強度又(you)要去(qu)的條件下使用(yong)(yong)。
表(biao)(biao)系(xi)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)的(de)(de)力(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)。從表(biao)(biao)結(jie)果可知,此合金(jin)經(jing)(jing)732℃單時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)后屈服強度(du)(du)較低(690~793MPa),而(er)經(jing)(jing)雙(shuang)(shuang)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)后,可獲得高(gao)達827~956MPa的(de)(de)屈服強度(du)(du)且仍具有(you)較高(gao)塑(su)性(xing)(xing),雙(shuang)(shuang)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)時(shi)(shi)(shi),若將第一次(ci)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)溫(wen)度(du)(du)從718℃提(ti)高(gao)到746℃,則(ze)合金(jin)的(de)(de)硬(ying)度(du)(du)也會有(you)所提(ti)高(gao)。表(biao)(biao)3-5-109的(de)(de)結(jie)果表(biao)(biao)明(ming),00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)經(jing)(jing)固(gu)溶(rong)處(chu)理再(zai)經(jing)(jing)746℃x8h爐冷(leng)+621℃ × 8小(xiao)時(shi)(shi)(shi)空冷(leng)雙(shuang)(shuang)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理并在316℃保持1000小(xiao)時(shi)(shi)(shi)后測定其性(xing)(xing)能(neng),對(dui)此合金(jin)的(de)(de)抗張性(xing)(xing)能(neng)并無明(ming)顯影響;表(biao)(biao)的(de)(de)結(jie)果系(xi)經(jing)(jing)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理的(de)(de)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)和經(jing)(jing)冷(leng)加(jia)工變形量25%的(de)(de)0Cr22Ni60Mo9Nb4合金(jin)在232℃時(shi)(shi)(shi)的(de)(de)抗拉性(xing)(xing)能(neng),可以看出,與室溫(wen)性(xing)(xing)能(neng)相比,經(jing)(jing)冷(leng)加(jia)工變形提(ti)高(gao)強度(du)(du)的(de)(de)0Cr22Ni60Mo9Nb4合金(jin)其強度(du)(du)降(jiang)低明(ming)顯,而(er)經(jing)(jing)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理提(ti)高(gao)強度(du)(du)的(de)(de)00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)的(de)(de)強度(du)(du)則(ze)降(jiang)低較少,表(biao)(biao)系(xi)0Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金(jin)的(de)(de)高(gao)溫(wen)力(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)。
2. 物理性能
表列出了(le) 0Cr22Ni60Mo9Nb4 合(he)金的物理性(xing)能
3. 焊接性(xing)能
0Cr22Ni60Mo9Nb4 合金(jin)焊(han)接性能良好。可采用通用的焊(han)接方(fang)法,例如 GTAW (TIG)、GMAW ( MIG/MAG )和SAW以及SMAW(MMA)等,而(er)不會遇(yu)到特殊困難(nan)。
4. 冷熱加工(gong)及成型性能
由(you)于0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)金(jin)(jin)(jin)較高(gao)的(de)高(gao)溫(wen)變形(xing)抗力(li),因(yin)此需要(yao)較高(gao)的(de)加(jia)熱溫(wen)度(du),一般約為1170℃。大量(liang)變形(xing)以(yi)在1170~1010℃為宜;微量(liang)變形(xing)可在930℃以(yi)上進(jin)行。此合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)冷(leng)加(jia)工和(he)冷(leng)成型性亦佳;與(yu)其(qi)他(ta)高(gao)鎳(nie)、鉻、鉬合(he)金(jin)(jin)(jin)性能相(xiang)近(jin)。圖系合(he)金(jin)(jin)(jin)冷(leng)變形(xing)量(liang)與(yu)硬度(du)的(de)關系并與(yu)其(qi)他(ta)材(cai)料(liao)進(jin)行比(bi)較的(de)結果。由(you)圖可知,由(you)于0Cr22Ni60Mo9Nb4合(he)金(jin)(jin)(jin)冷(leng)作(zuo)硬化(hua)傾向較大,故進(jin)行冷(leng)加(jia)工和(he)冷(leng)成型時要(yao)及時進(jin)行中間軟化(hua)退火(huo)處理。
5. 熱處理
0Cr22Ni60Mo9Nb4合金(jin)(jin)用(yong)(yong)于(yu)高(gao)溫高(gao)強度(du)用(yong)(yong)途,系在約1120℃進行固溶處(chu)(chu)理(li)(合金(jin)(jin)中含碳量~0.05%).用(yong)(yong)于(yu)耐(nai)濕態腐蝕用(yong)(yong)途(低碳量~0.03%)多采用(yong)(yong)軟化(hua)退火處(chu)(chu)理(li),溫度(du)為950~1050℃(以~980℃為宜);為了(le)防止(zhi)焊后的(de)晶間腐蝕傾向,也可在900~1100℃進行穩(wen)定化(hua)處(chu)(chu)理(li),由于(yu)NbC的(de)優先形成(cheng)可避免鉻(ge)碳化(hua)物形成(cheng)所導致的(de)晶界(jie)鉻(ge)貧化(hua)。
00Cr20Ni60Mo8Nb3Ti合金的大截面棒材可(ke)在1025~1052℃加熱,保溫(wen)2~4小時(shi)(shi)后快冷(leng),此(ci)時(shi)(shi)可(ke)獲(huo)得充分再(zai)結晶,同時(shi)(shi)仍有穩定的高(gao)鈦、鈮(ni)的碳(tan)化物沉淀存在。為了使(shi)此(ci)合金獲(huo)得最高(gao)強(qiang)度,固溶處理后可(ke)再(zai)進行雙時(shi)(shi)效,第一次在718~746℃時(shi)(shi)效8小時(shi)(shi),隨后以50℃/小時(shi)(shi)的速(su)度冷(leng)卻到(dao)621℃,再(zai)進行保溫(wen)8小時(shi)(shi)的第二次時(shi)(shi)效,隨后空冷(leng)。控制適(shi)宜的時(shi)(shi)效時(shi)(shi)間,會由(you)于(yu)高(gao)鉻、鉬碳(tan)化物的減(jian)少獲(huo)得良(liang)好的耐(nai)點蝕、耐(nai)縫隙腐蝕和耐(nai)應力腐蝕性(xing)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。