Inconel 600合金于20世纪30年代问世,是镍铬合金中用量最大的一种,从20世纪50年代末到60年代初开始,此合金作为第二代耐应力腐蚀材料,代替18-8型Cr-Ni奥氏体不锈钢大量用于核反应堆的蒸发器。它兼有耐腐蚀、耐热和抗氧化且易加工、焊接等性能特点。因为成分简单又易于生产,所以它的价格在所以镍铬合金中是较低的。
0Cr15Ni75Fe合金固溶态具有纯奥氏体组织,有时在奥氏体基体上存在着少量TiC和TiN(当合金中含钛时)。合金在540~980℃间还会有Cr7C3和Cr23C6等碳化物沿着晶界或在基体上析出。研究表明,温度高于760℃会有Cr7C3碳化物沉淀,温度低于760℃则会析出Cr23C6碳化物。
一、化学成分
Inconel 600 合金的化学成分 % | ||||||||||
牌号 | C | Mn | Si | Cr | Ni | S | P | Ti | Cu | Fe |
0Cr15Ni75Fe Inconel 600 | ≤0.15 | ≤1.0 | ≤0.5 | 14~17 | ≥72 | ≤0.015 | ≤0.015 | 加入 | ≤0.05 | 6~10 |
二、力学性能
Inconel 600合金的室温和低温力学性能(包括冲击、疲劳、硬度等)与一般Cr-Ni奥氏体不锈钢相近,具有良好的强度和塑、韧性的配合。此合金的高温力学性能(包括瞬时、蠕变和持久)则显优于镍含量低的一般奥氏体不锈钢,可以允许在承受载荷的条件下,在600~650℃长期使用。试验还表明在600℃长期使用后,此合金无脆化倾向。
Inconel 600 合金的低温冲击性能 | ||
试验方向 | 试验温度/℃ | 冲击功/J |
横向 | 21 | 86 |
-79 | 89 | |
-196 | 82 | |
纵向 | 21 | 84 |
-79 | 91 | |
-196 | 83 |
Inconel 600 合金棒材的室温冲击性能 | ||
试验状态 | 冲击功/J | |
埃左氏缺口 | 夏比U型缺口 | |
冷拔 | 165 | 310 |
冷拔+退火 | 95~135 | 205 |
热轧 | 165 | 310 |
热轧+退火 | 135~165 | 221 |
Inconel 600 合金的高温冲击性能(夏比V型试样) | ||
温度/℃ | 冲击功/J | |
退火态 | 冷拔态 | |
21 | 243 | 154 |
427 | 253 | 114 |
538 | 217 | 117 |
649 | 217 | 141 |
760 | 208 | 221 |
Inconel 600 合金的冲击性能(V型夏比试样) | ||||
试验温度/℃ | 冲击功/J | |||
横向 | 纵向 | 固溶态 | 冷拔态 | |
21 | 86.1 | 83.7 | ||
-79 | 88.8 | 90.8 | ||
-196 | 82.4 | 83.1 | ||
21 | 244 | 155 | ||
430 | 254 | 144 | ||
540 | 217 | 116 | ||
650 | 217 | 141 | ||
760 | 209 | 221 |
Inconel 600 合金的室内温度力学性能 | ||||
材料品种及状态 | σb/MPa | σ0.2/MPa | δ/% | 硬度(HRB) |
棒材: 冷拔退火 | 550~690 | 175~345 | 55~35 | 65~85B |
冷拔态 | 720~1035 | 550~860 | 30~10 | 90B~30C |
热加工退火态 | 550~690 | 205~345 | 55~35 | 68~85B |
热加工态 | 585~825 | 240~620 | 50~30 | 75~95B |
板材:热轧退火态 | 550~725 | 205~345 | 55~35 | 65~85B |
热轧态 | 585~760 | 240~450 | 50~30 | 80~95B |
薄板:冷轧退火态 | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤88 |
冷轧硬化态 | 825~1035 | 620~860 | 15~2 | ≥24 |
带材:冷轧退火态 | 550~690 | 205~310 | 55~35 | ≤84 |
冷轧回火态 | 1000~1170 | 825~1100 | 10~2 | ≥34 |
管材:热轧态 | 515~690 | 175~345 | 55~35 | |
热轧退火态 | 515~690 | 175~345 | 55~35 | |
冷拔退火态 | 550~690 | 175~345 | 55~35 | ≤88 |
丝材:冷拔退火态 | 550~825 | 240~515 | 45~20 | |
冷拔回火态 | 725~930 | 480~725 | 35~15 | |
弹簧回火态 | 1170~1515 | 1035~1445 | 5~2 |
三、耐蚀性能
Inconel 600 合金在硫酸中的腐蚀速率 | |||||
浓度% | 腐蚀速率/mm•a–1 | 浓度 % | 腐蚀速率/mm•a–1 | ||
室温 | 沸腾温度 | 室温 | 沸腾温度 | ||
10 | 0.081 | 3.429 | 60 | 0.048 | __ |
20 | 0.051 | 4.724 | 70 | 0.058 | __ |
30 | 0.064 | 5.486 | 80 | 0.566 | __ |
40 | 0.046 | 17.79 | 98 | 0.188 | __ |
50 | 0.041 | __ |
Inconel 600 合金在盐酸中的腐蚀速率 | |||||
酸浓度% | 温度/℃ | 试验时间 | 充气情况 | 流速/m•mim–¹ | 腐蚀速率/mm•a–¹ |
5 | 30 | 20 | 充氢气 | 5.1 | 0.33 |
5 | 30 | 20 | 充空气 | 5.1 | 2.46 |
5.9 | 30 | 120 | 充空气 | 0 | 1.14 |
5.9 | 80 | 120 | 充空气 | 0 | 18.03 |
5 | 85 | 20 | 充氢气 | 5.1 | 40.38 |
5 | 85 | 20 | 充空气 | 5.1 | 49.53 |
四、焊接性能
Inconel 600合金焊接性能良好。它可以采用常用的焊接方法进行同材和异材焊接。对于气体保护金属弧焊接,可采用Inconel 182和132焊条。对于MIG和TIG焊接,则可用Inconel 62焊丝。
五、冷热加工及成型性能
Inconel 600合金正常的热加工温度为871~1232℃,大变形量时,适宜温度在1038~1232℃之间,小变形量适宜温度≥871℃。由于此合金在650~871℃间有一热脆区,故热加工要避开此区间。此合金冷加工性能与Cr-Ni奥氏体不锈钢相近。但冷加工硬化速度要比不锈钢低。由于Inconel 600合金冷、热加工性能均佳,因此,合金的冷热成型性也很好,不会有任何困难。
六、热处理
为了使合金中碳化物溶解以得到最佳的固溶效果,Inconel 600合金的固溶(退火)温度一般为1093~1149℃。此时,合金耐全面腐蚀性能和抗高温蠕变、耐持久性能最好。但是,为了得到高强度、耐疲劳、耐腐蚀的综合性能,对于室温和较低温度使用的Inconel 600合金还是以选中具有微细晶粒的热处理工艺为好,一般选用较低的热处理温度。为了提高此合金的耐高温耐高压水的氯化物以及苛性应力腐蚀性能,目前建议在固溶处理后再进行700~750℃、15h左右的时效处理(即脱敏处理)。为了消除残余应力,则以在870℃左右加热为宜。
七、应用
此合金具有强韧、耐蚀的综合性能,广泛用于化学、石化等工业中。例如用于制造加热器、换热器、蒸发器、蒸馏釜、蒸馏塔、脂肪酸处理用冷凝器、处理松香亭酸用设备等。由于合金在高温下还具有高强度和良好的抗氧化性,因而还可用于热处理工业,制造各种结构件。在核动力工业中,Inconel 600合金具有良好的耐高温耐高压水的腐蚀性能,因此它也是用于压水堆核电厂的重要结构材料,当用于蒸发器传热管时,管材生产不仅需固溶处理且需进行中温脱敏处理且U型管小R段尚未消除残余应力。此合金还可用于压水堆核反应堆容器上的封头和底封头的穿透件。