高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫下抗氧化、耐腐蝕，并能在一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，又被稱為“超合金，”主要應(yīng)用于航空、航天、艦船、車輛、工業(yè)燃機(jī)和能源領(lǐng)域。
GH 3600 / Inconel 600 / N06600 / NS312 / 2.4816 / NCF600 / 0Cr15Ni75Fe
Inconel 600 合金 于20世紀(jì)30年代問世，是鎳鉻合金中用量最大的一種，從20世紀(jì)50年代末到60年代初開始，此合金作為第二代耐應(yīng)力腐蝕材料，代替18-8型Cr-Ni奧氏體不銹鋼大量用于核反應(yīng)堆的蒸發(fā)器。它兼有耐腐蝕、耐熱和抗氧化且易加工、焊接等性能特點。因為成分簡單又易于生產(chǎn)，所以它的價格在所以鎳鉻合金中是較低的。
0Cr15Ni75Fe 合金 固溶態(tài)具有純奧氏體組織，有時在奧氏體基體上存在著少量TiC和TiN（當(dāng)合金中含鈦時）。合金在540～980℃間還會有Cr7C3和Cr23C6等碳化物沿著晶界或在基體上析出。研究表明，溫度高于760℃會有Cr7C3碳化物沉淀，溫度低于760℃則會析出Cr23C6碳化物。
一、化學(xué)成分
| Inconel 600 合金的化學(xué)成分 % | ||||||||||
| 牌號 | 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、力學(xué)性能
Inconel 600合金的室溫和低溫力學(xué)性能（包括沖擊、疲勞、硬度等）與一般Cr-Ni奧氏體不銹鋼相近，具有良好的強(qiáng)度和塑、韌性的配合。此合金的高溫力學(xué)性能（包括瞬時、蠕變和持久）則顯優(yōu)于鎳含量低的一般奧氏體不銹鋼，可以允許在承受載荷的條件下，在600～650℃長期使用。試驗還表明在600℃長期使用后，此合金無脆化傾向。
1. Inconel 600合金的室溫力學(xué)性能
| Inconel 600 合金的室內(nèi)溫度力學(xué)性能 | ||||
| 材料品種及狀態(tài) | σb/MPa | σ0.2/MPa | δ/% | 硬度（HRB） |
| 棒材: 冷拔退火 | 550～690 | 175～345 | 55～35 | 65～85B |
| 冷拔態(tài) | 720～1035 | 550～860 | 30～10 | 90B～30C |
| 熱加工退火態(tài) | 550～690 | 205～345 | 55～35 | 68～85B |
| 熱加工態(tài) | 585～825 | 240～620 | 50～30 | 75～95B |
| 板材：熱軋退火態(tài) | 550～725 | 205～345 | 55～35 | 65～85B |
| 熱軋態(tài) | 585～760 | 240～450 | 50～30 | 80～95B |
| 薄板：冷軋退火態(tài) | 550～690 | 205～310 | 55～35 | ≤88 |
| 冷軋硬化態(tài) | 825～1035 | 620～860 | 15～2 | ≥24 |
| 帶材：冷軋退火態(tài) | 550～690 | 205～310 | 55～35 | ≤84 |
| 冷軋回火態(tài) | 1000～1170 | 825～1100 | 10～2 | ≥34 |
| 管材：熱軋態(tài) | 515～690 | 175～345 | 55～35 | |
| 熱軋退火態(tài) | 515～690 | 175～345 | 55～35 | |
| 冷拔退火態(tài) | 550～690 | 175～345 | 55～35 | ≤88 |
| 絲材：冷拔退火態(tài) | 550～825 | 240～515 | 45～20 | |
| 冷拔回火態(tài) | 725～930 | 480～725 | 35～15 | |
| 彈簧回火態(tài) | 1170～1515 | 1035～1445 | 5～2 | |
2. Inconel 600 合金的沖擊性能（V型夏比試樣）
| Inconel 600 合金的沖擊性能（V型夏比試樣） | ||||
| 試驗溫度/℃ | 沖擊功/J | |||
| 橫向 | 縱向 | 固溶態(tài) | 冷拔態(tài) | |
| 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 | ||
3. Inconel 600 合金的低溫沖擊性能
| Inconel 600 合金的低溫沖擊性能 | ||
| 試驗方向 | 試驗溫度/℃ | 沖擊功/J |
| 橫向 | 21 | 86 |
| -79 | 89 | |
| -196 | 82 | |
| 縱向 | 21 | 84 |
| -79 | 91 | |
| -196 | 83 | |
4. Inconel 600 合金棒材的室溫沖擊性能
| Inconel 600 合金棒材的室溫沖擊性能 | ||
| 試驗狀態(tài) | 沖擊功/J | |
| 埃左氏缺口 | 夏比U型缺口 | |
| 冷拔 | 165 | 310 |
| 冷拔+退火 | 95～135 | 205 |
| 熱軋 | 165 | 310 |
| 熱軋+退火 | 135～165 | 221 |
5. Inconel 600 合金的高溫沖擊性能（夏比V型試樣）
| Inconel 600 合金的高溫沖擊性能（夏比V型試樣） | ||
| 溫度/℃ | 沖擊功/J | |
| 退火態(tài) | 冷拔態(tài) | |
| 21 | 243 | 154 |
| 427 | 253 | 114 |
| 538 | 217 | 117 |
| 649 | 217 | 141 |
| 760 | 208 | 221 |
三、耐蝕性能
1. 全面腐蝕
Inconel 600合金在大氣、水和蒸汽介質(zhì)中耐腐蝕性極佳。在一些弱酸、稀的氧化性和還原酸中，耐蝕性也很好。在各種弱有機(jī)酸中，腐蝕速率也很低。例如，在室溫醋酸中，腐蝕速率0.0025～0.1mm/a之間。此合金特別耐堿的腐蝕，如在NaOH中，NaOH濃度達(dá)80%時亦很耐腐蝕；當(dāng)NaOH中有硫化物時，其耐蝕性優(yōu)于純鎳；在150℃，50%硫化鈉中試驗，年腐蝕速率僅為0.1mm。0Cr15Ni75Fe合金還耐各種中性、苛性鹽的腐蝕。在一些強(qiáng)酸中，0Cr15Ni75Fe合金的耐蝕性不良，如在H3PO4和H2SO4中，僅能用于室溫條件下；在鹽酸、氫氟酸中僅能用于室溫且濃度非常稀的情況下；室溫下的干氯氣和干氯氣化氫氣并不腐蝕0Cr15Ni75Fe合金。但在高溫下僅能用≤550℃氟化氫氣體中。
a. Inconel 600 合金在硫酸中的腐蝕速率
| Inconel 600 合金在硫酸中的腐蝕速率 | |||||
| 濃度% | 腐蝕速率/mm?a–1 | 濃度 % | 腐蝕速率/mm?a–1 | ||
| 室溫 | 沸騰溫度 | 室溫 | 沸騰溫度 | ||
| 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 | __ | |||
b. Inconel 600 合金在鹽酸中的腐蝕速率
| Inconel 600 合金在鹽酸中的腐蝕速率 | |||||
| 酸濃度% | 溫度/℃ | 試驗時間 | 充氣情況 | 流速/m?mim–1 | 腐蝕速率/mm?a–1 |
| 5 | 30 | 20 | 充氫氣 | 5.1 | 0.33 |
| 5 | 30 | 20 | 充空氣 | 5.1 | 2.46 |
| 5.9 | 30 | 120 | 充空氣 | 0 | 1.14 |
| 5.9 | 80 | 120 | 充空氣 | 0 | 18.03 |
| 5 | 85 | 20 | 充氫氣 | 5.1 | 40.38 |
| 5 | 85 | 20 | 充空氣 | 5.1 | 49.53 |
2. 晶間腐蝕
試驗表明，在較低溫度下，碳在Inconel 600合金中固溶度是很低的，當(dāng)溫度低到650℃時，碳的固溶度低于0.01%。因此，Inconel 600合金若經(jīng)550～850℃中溫敏化處理，由于Cr23C6和Cr7C3等碳化物沿晶界沉淀，會產(chǎn)生貧鉻區(qū)，從而使Inconel 600合金在一些介質(zhì)中具有晶間腐蝕傾向。一般說來Inconel 600合金的晶間腐蝕傾向要高于18-8、18-12-Mo等Cr-Ni不銹鋼。 20世紀(jì)80年代初的研究表明，Inconel600合金經(jīng)1100℃水冷固溶處理后，在經(jīng)700℃敏化（時效）時間的增長，晶界鉻濃度有明顯的不同：敏化 5小時,晶界鉻濃度會從原有15%降到6%，敏化10h后降低到了4%，但隨著敏化時間的增長，當(dāng)達(dá)到100h時，晶界濃度則可高達(dá)12%以上。據(jù)此提出了鎳鉻合金固溶處理后再經(jīng)700℃的適宜時間保溫的時效處理以防止晶間腐蝕和晶間應(yīng)力腐蝕的熱處理工藝。此工藝早已在Inconel 600 壓水堆蒸發(fā)器傳熱管生產(chǎn)中采用已推廣用于同一用途的 Inconel 690 傳熱管的生產(chǎn)，此工藝稱為脫敏處理（desensitization ,TTV).
3. 應(yīng)力腐蝕
國內(nèi)外的大量實驗室實驗曾已證實，無論是在高濃度氯化物中，還是在含有OH﹣的苛性溶液中，無論是在含微量氯化物和氧的熱水以及高溫水中，鎳對提高Ni-Cr-Fe合金的耐應(yīng)力腐蝕性能都是有效的。因此普遍認(rèn)為含有很高鎳含量的Inconel600合金具有優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕性能。但在實際使用中，特別是在壓水堆蒸發(fā)器傳熱管工作條件下又發(fā)現(xiàn)Inconel600合金對應(yīng)力腐蝕不僅不免疫，而且還具有相當(dāng)高的敏感性，甚至在高溫高壓純水中也不例外。研究指出Inconel600合金的這些晶間應(yīng)力腐蝕的敏感性可以通過進(jìn)行時效（脫敏）處理來加以抑制。
4. 點蝕
由于Inconel600合金鉻含量低且不含鉬，因此，此合金不能用于耐點蝕和易引起點蝕的環(huán)境中。例如Inconel600合金在流動的海水和海水噴淋條件下耐蝕性良好，但在靜止海水中，此合金便會由于點蝕的產(chǎn)生而遭到破壞。
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進(jìn)行同材和異材焊接。對于氣體保護(hù)金屬弧焊接，可采用Inconel 182和132焊條。對于MIG和TIG焊接，則可用Inconel 62焊絲。
五、冷熱加工及成型性能
Inconel 600合金正常的熱加工溫度為871～1232℃，大變形量時，適宜溫度在1038～1232℃之間，小變形量適宜溫度≥871℃。由于此合金在650～871℃間有一熱脆區(qū)，故熱加工要避開此區(qū)間。此合金冷加工性能與Cr-Ni奧氏體不銹鋼相近。但冷加工硬化速度要比不銹鋼低。由于Inconel 600合金冷、熱加工性能均佳，因此，合金的冷熱成型性也很好，不會有任何困難。
六、熱處理
為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）溫度一般為1093～1149℃。此時，合金耐全面腐蝕性能和抗高溫蠕變、耐持久性能最好。但是，為了得到高強(qiáng)度、耐疲勞、耐腐蝕的綜合性能，對于室溫和較低溫度使用的Inconel 600合金還是以選中具有微細(xì)晶粒的熱處理工藝為好，一般選用較低的熱處理溫度。為了提高此合金的耐高溫耐高壓水的氯化物以及苛性應(yīng)力腐蝕性能，目前建議在固溶處理后再進(jìn)行700～750℃、15h左右的時效處理（即脫敏處理）。為了消除殘余應(yīng)力，則以在870℃左右加熱為宜。
七、應(yīng)用
此合金具有強(qiáng)韌、耐蝕的綜合性能，廣泛用于化學(xué)、石化等工業(yè)中。例如用于制造加熱器、換熱器、蒸發(fā)器、蒸餾釜、蒸餾塔、脂肪酸處理用冷凝器、處理松香亭酸用設(shè)備等。由于合金在高溫下還具有高強(qiáng)度和良好的抗氧化性，因而還可用于熱處理工業(yè)，制造各種結(jié)構(gòu)件。在核動力工業(yè)中，Inconel 600合金具有良好的耐高溫耐高壓水的腐蝕性能，因此它也是用于壓水堆核電廠的重要結(jié)構(gòu)材料，當(dāng)用于蒸發(fā)器傳熱管時，管材生產(chǎn)不僅需固溶處理且需進(jìn)行中溫脫敏處理且U型管小R段尚未消除殘余應(yīng)力。此合金還可用于壓水堆核反應(yīng)堆容器上的封頭和底封頭的穿透件。
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