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耐高溫高溫合金 高溫合金分為三類材料：760℃高溫材料、1200℃高溫材料和1500℃高溫材料，抗拉強度800MPa?；蛘哒f是指在760--1500℃以上及一定應力條件下長期工作的高溫金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強度，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，已成為軍民用燃氣渦輪發(fā)動機熱端部件不可替代的關鍵材料。一、簡介 按照現(xiàn)有的理論，760℃高溫材料按基體元素主要可分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。按制備工藝可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末冶金高溫合金。按強化方式有固溶強化型、沉淀強化型、氧化物彌散強化型和纖維強化型等。高溫合金主要用于制造航空、艦艇和工業(yè)用燃氣輪機的渦輪葉片、導向葉片、渦輪盤、高壓壓氣機盤和燃燒室等高溫部件，還用于制造航天飛行器、火箭發(fā)動機、核反應堆、石油化工設備以及煤的轉(zhuǎn)化等能源轉(zhuǎn)換裝置。二、發(fā)展 760℃高溫材料發(fā)展過程從20世紀30年代后期起，英、德、美等國就開始研究高溫合金。第二次世界大戰(zhàn)期間，為了滿足新型航空發(fā)動機的需要，高溫合金的研究和使用進入了蓬勃發(fā)展時期。40年代初，英國首先在80Ni-20Cr合金中加入少量鋁和鈦，形成γ‘相(gamma prime)以進行強化，研制成第一種具有較高的高溫強度的鎳基合金。同一時期，美國為了適應活塞式航空發(fā)動機用渦輪增壓器發(fā)展的需要，開始用Vitallium鈷基合金制作葉片。此外，美國還研制出Inconel鎳基合金，用以制作噴氣發(fā)動機的燃燒室。以后，冶金學家為進一步提高合金的高溫強度，在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素，增加鋁、鈦含量，研制出一系列牌號的合金，如英國的“Nimonic”，美國的“Mar-M”和“IN”等；在鈷基合金中,加入鎳、鎢等元素，發(fā)展出多種高溫合金，如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏，鈷基高溫合金發(fā)展受到限制。 40年代，鐵基高溫合金也得到了發(fā)展，50年代出現(xiàn)A-286和Incoloy901等牌號，但因高溫穩(wěn)定性較差，從60年代以來發(fā)展較慢。蘇聯(lián)于1950年前后開始生產(chǎn)“ЭИ”牌號的鎳基高溫合金，后來生產(chǎn)“ЭП”系列變形高溫合金和ЖС系列鑄造高溫合金。中國從1956年開始試制高溫合金，逐漸形成“GH”系列的變形高溫合金和“K”系列的鑄造高溫合金。70年代美國還采用新的生產(chǎn)工藝制造出定向結(jié)晶葉片和粉末冶金渦輪盤，研制出單晶葉片等高溫合金部件，以適應航空發(fā)動機渦輪進口溫度不斷提高的需要。三、類別 760℃高溫材料變形高溫合金 變形高溫合金是指可以進行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強化型合金和時效強化型合金。GH后第一位數(shù)字表示分類號即1、固溶強化型鐵基合金 2、時效硬化型鐵基合金 3、固溶強化型鎳基合金 4、鈷基合金 GH后，二，三，四位數(shù)字表示順序號。1、固溶強化型合金 使用溫度范圍為900～1300℃，**抗氧化溫度達1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強度為850MPa、屈服強度為350MPa；1000℃拉伸強度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動機燃燒室、機匣等部件。 2、時效強化型合金 使用溫度為-253～950℃，一般用于制作航空、航天發(fā)動機的渦輪盤與葉片等結(jié)構件。制作渦輪盤的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強度和抗疲勞性能。例如：GH4169合金，在650℃的**屈服強度達1000MPa；制作葉片的合金溫度可達950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強度為490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大于40小時。變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結(jié)構鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材?！?】760℃800MPa級高溫材料鑄造高溫合金 鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點是： 1.具有更寬的成分范圍由于可不必兼顧其變形加工性能，合金的設計可以集中考慮優(yōu)化其使用性能。如對于鎳基高溫合金，可通過調(diào)整成分使γ’含量達60%或更高，從而在高達合金熔點85%的溫度下，合金仍能保持優(yōu)良性能。 2.具有更廣闊的應用領域由于鑄造方法具有的特殊優(yōu)點，可根據(jù)零件的使用需要，設計、制造出近終形或無余量的具有任意復雜結(jié)構和形狀的高溫合金鑄件。 根據(jù)鑄造合金的使用溫度，可以分為以下三類： 第一類：在-253～650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金這類合金在很大的范圍溫度內(nèi)具有良好的綜合性能，特別是在低溫下能保持強度和塑性均不下降。如在航空、航天發(fā)動機上用量較大的K4169合金，其650℃拉伸強度為1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa應力下的持久壽命為200小時。已用于制作航空發(fā)動機中的擴壓器機匣及航天發(fā)動機中各種泵用復雜結(jié)構件等。 第二類：在650～950℃使用的等軸晶鑄造高溫合金這類合金在高溫下有較高的力學性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金，950℃時，拉伸強度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950℃，200小時的持久強度極限大于230MPa。這類合金適于用做航空發(fā)動機渦輪葉片、導向葉片及整鑄渦輪。 第三類：在950～1100℃使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金這類合金在此溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金，1100℃、130MPa的應力下持久壽命大于100小時。這是國內(nèi)使用溫度**的渦輪葉片材料，適用于制作新型高性能發(fā)動機的一級渦輪葉片。 隨著精密鑄造工藝技術的不斷提高，新的特殊工藝也不斷出現(xiàn)。細晶鑄造技術、定向凝固技術、復雜薄壁結(jié)構件的CA技術等都使鑄造高溫合金水平大大提高，應用范圍不斷提高。 【2】760℃800MPa級高溫材料粉末冶金高溫合金 采用霧化高溫合金粉末，經(jīng)熱等靜壓成型或熱等靜壓后再經(jīng)鍛造成型的生產(chǎn)工藝制造出高溫合金粉末的產(chǎn)品。采用粉末冶金工藝，由于粉末顆粒細小，冷卻速度快，從而成分均勻，無宏觀偏析，而且晶粒細小，熱加工性能好，金屬利用率高，成本低，尤其是合金的屈服強度和疲勞性能有較大的提高。 FGH95粉末冶金高溫合金，650℃拉伸強度1500MPa；1034MPa應力下持久壽命大于50小時，是當前在650℃工作條件下強度水平**的一種盤件粉末冶金高溫合金。粉末冶金高溫合金可以滿足應力水平較高的發(fā)動機的使用要求,是高推重比發(fā)動機渦輪盤、壓氣機盤和渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。 1200℃100MPa級高溫材料氧化物彌散強化(ODS)合金 是采用獨特的機械合金化(MA)工藝，超細的(小于50nm)在高溫下具有超穩(wěn)定的氧化物彌散強化相均勻地分散于合金基體中，而形成的一種特殊的高溫合金。其合金強度在接近合金本身熔點的條件下仍可維持，具有優(yōu)良的高溫蠕變性能、優(yōu)越的高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能。 目前已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的主要有三種ODS合金： MA956合金在氧化氣氛下使用溫度可達1350℃，居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位?？捎糜诤娇瞻l(fā)動機燃燒室內(nèi)襯。 MA754合金在氧化氣氛下使用溫度可達1250℃并保持相當高的高溫強度、耐中堿玻璃腐蝕?，F(xiàn)已用于制作航空發(fā)動機導向器蓖齒環(huán)和導向葉片。 MA6000合金在1100℃拉伸強度為222MPa、屈服強度為192MPa；1100℃，1000小時持久強度為127MPa，居高溫合金之首位，可用于航空發(fā)動機葉片。 【1】金屬間化合物高溫材料 金屬間化合物高溫材料是近期研究開發(fā)的一類有重要應用前景的、輕比重高溫材料。十幾年來，對金屬間化合物的基礎性研究、合金設計、工藝流程的開發(fā)以及應用研究已經(jīng)成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制備加工技術、韌化和強化、力學性能以及應用研究方面取得了令人矚目的成就。 Ti3Al基合金(TAC-1)，TiAl基合金(TAC-2)以及Ti2AlNb基合金具有低密度(3.8～5.8g/cm3)、高溫高強度、高鋼度以及優(yōu)異的抗氧化、抗蠕變等優(yōu)點，可以使結(jié)構件減重35～50%。Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能，展示出極好的應用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能，在中溫(小于600℃)有較高強度，成本低，是一種可以部分取代不銹鋼的新材料?！?】環(huán)境高溫合金 在民用工業(yè)的很多領域，服役的構件材料都處于高溫的腐蝕環(huán)境中。為滿足市場需要，根據(jù)材料的使用環(huán)境，歸類出系列高溫合金。1、高溫合金母合金系列2、抗腐蝕高溫合金板、棒、絲、帶、管及鍛件3、高強度、耐腐蝕高溫合金棒材、彈簧絲、焊絲、板、帶材、鍛件4、耐玻璃腐蝕系列產(chǎn)品5、環(huán)境耐蝕、硬表面耐磨高溫合金系列6、特種精密鑄造零件(葉片、增壓渦輪、渦輪轉(zhuǎn)子、導向器、儀表接頭)7、玻棉生產(chǎn)用離心器、高溫軸及輔件8、鋼坯加熱爐用鈷基合金耐熱墊塊和滑軌9、閥門座圈10、鑄造“U”形電阻帶11、離心鑄管系列12、納米材料系列產(chǎn)品13、輕比重高溫結(jié)構材料14、功能材料(膨脹合金、高溫高彈性合金、恒彈性合金系列)15、生物醫(yī)學材料系列產(chǎn)品16、電子工程用靶材系列產(chǎn)品17、動力裝置噴嘴系列產(chǎn)品18、司太立合金耐磨片19、超高溫抗氧化腐蝕爐輥、輻射管。四、提高強度 固溶強化 加入與基體金屬原子尺寸不同的元素(鉻、鎢、鉬等)引起基體金屬點陣的畸變，加入能降低合金基體堆垛層錯能的元素（如鈷）和加入能減緩基體元素擴散速率的元素（鎢、鉬等），以強化基體。沉淀強化 通過時效處理，從過飽和固溶體中析出第二相（γ’、γ"、碳化物等），以強化合金。γ‘相與基體相同，均為面心立方結(jié)構，點陣常數(shù)與基體相近，并與晶體共格，因此γ相在基體中能呈細小顆粒狀均勻析出，阻礙位錯運動，而產(chǎn)生顯著的強化作用。γ’相是A3B型金屬間化合物，A代表鎳、鈷，B代表鋁、鈦、鈮、鉭、釩、鎢，而鉻、鉬、鐵既可為A又可為B。鎳基合金中典型的γ‘相為Ni3(Al,Ti)。γ’相的強化效應可通過以下途徑得到加強：①增加γ‘相的數(shù)量；②使γ’相與基體有適宜的錯配度，以獲得共格畸變的強化效應；③加入鈮、鉭等元素增大γ’相的反相疇界能，以提高其抵抗位錯切割的能力；④加入鈷、鎢、鉬等元素提高γ‘相的強度。γ"相為體心四方結(jié)構，其組成為Ni3Nb。因γ"相與基體的錯配度較大,能引起較大程度的共格畸變，使合金獲得很高的屈服強度。但超過700℃，強化效應便明顯降低。鈷基高溫合金一般不含γ相，而用碳化物強化。晶界強化 在高溫下，合金的晶界是薄弱環(huán)節(jié)，加入微量的硼、鋯和稀土元素可改善晶界強度。這是因為稀土元素能凈化晶界，硼、鋯原子能填充晶界空位，降低蠕變過程中晶界擴散速率，抑制晶界碳化物的集聚和促進晶界第二相球化。另外，鑄造合金中加適量的鉿，也能改善晶界的強度和塑性。還可通過熱處理在晶界形成鏈狀分布的碳化物或造成彎曲晶界，提高塑性和強度。氧化物彌散強化 通過粉末冶金方法，在合金中加入高溫下仍保持穩(wěn)定的細小氧化物，呈彌散分布狀態(tài)，從而獲得顯著的強化效應。通常加入的氧化物有ThO2和Y2O3等。這些氧化物是通過阻礙位錯運動和穩(wěn)定位錯亞結(jié)構等因素而使合金得到強化的。五、分類 超耐熱合金典型組織是奧氏體基體，在基體上彌散分布這碳化物、金屬間化合物等強化相。高溫合金的主要元素有鉻、鈷、鋁、鈦、鎳、鉬、鎢等。合金元素起穩(wěn)定的奧氏體基體組織，形成強化相，增加合金的抗氧化和抗腐蝕能力的作用。常用的高溫合金有鐵基、鎳基和鈷基3種。鐵基超耐熱合金 鐵基高溫合金是奧氏體不銹鋼發(fā)展起來的，含有一定量的鉻和鎳等元素。它是中等溫度（600~800℃）條件下使用的重要材料，具有校核的中溫力學性能和良好的熱加工塑性，合金成分比較簡單，成本較低。主要用于制作航空發(fā)動機和工業(yè)燃氣輪機上渦輪盤，也可以制作導向葉片、渦輪葉片、燃燒室，以及其他承力件、緊固件等。另一用途是制作柴油機上的廢氣增壓渦輪。由于沉淀強化型鐵基合金的組織不夠穩(wěn)定抗氧化性較差，高溫強度不足，因而鐵基合金不能在更高溫度條件下應用。鎳基超耐熱合金 以鎳為基體（含量一般大于50%）、在650~1000℃范圍內(nèi)具有較的強度和良好的抗氧化性、抗燃氣腐蝕能力的高溫合金。 鎳基合金是高溫合金中應用＊廣、高溫強度**的一類合金。其主要原因，一是鎳基合金中可以溶解較多的合金元素，且能保持較好的穩(wěn)定性；二是可以形成共格有序的A3B型金屬間化合物γ’-[Ni(Al,Ti)]相作為強化相，使合金的得到有效的強化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度 ；三是很含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃氣腐蝕能力。鎳基合金含有十多種元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蝕作用，其他元素主要起強化作用。根據(jù)它們的強化作用方式可以分為固溶強化合金和沉淀強化合金：固溶強化元素，如鎢、鉬、鈷、鉻、釩等；沉淀強化元素，如鋁、鈦、鈮和鉭；晶界強化元素，如硼、鋯、鎂和稀土元素等。鈷基超耐熱合金 鈷基超耐熱合金是含鈷量40%~65%的奧氏體高溫合金，在730~1100℃下，具有一定的高溫強度、良好的抗熱腐蝕和抗氧化能力。用于制作工業(yè)燃氣輪機、艦船燃氣輪機的導向葉片等。鈷基合金的發(fā)展應考慮鈷的資源情況。鈷是一種重要的戰(zhàn)略資源，世界上大多數(shù)國家缺鈷，以至于鈷基合金的發(fā)展受到限制。 鈷基合金一般含鎳10%~22%，鉻20%~30%以及鎢、鉬、鉭和鈮等固溶強化和碳化物形成元素，含碳量很高，是一類以碳化物為主要強化相的高溫合金。鈷基合金的耐熱能力與固溶強化元素和碳化物形成元素含量多少有關。 六、制造工藝 不含或少含鋁、鈦的高溫合金，一般采用電弧爐或非真空感應爐冶煉。含鋁、鈦高的高溫合金如在大氣中熔煉時，元素燒損不易控制，氣體和夾雜物進入較多，所以應采用真空冶煉。為了進一步降低夾雜物的含量，改善夾雜物的分布狀態(tài)和鑄錠的結(jié)晶組織，可采用冶煉和二次重熔相結(jié)合的雙聯(lián)工藝。冶煉的主要手段有電弧爐、真空感應爐和非真空感應爐；重熔的主要手段有真空自耗爐和電渣爐。 固溶強化型合金和含鋁、鈦低（鋁和鈦的總量約小于4.5%）的合金錠可采用鍛造開坯；含鋁、鈦高的合金一般要采用擠壓或軋制開坯，然后熱軋成材，有些產(chǎn)品需進一步冷軋或冷拔。直徑較大的合金錠或餅材需用水壓機或快鍛液壓機鍛造。 合金化程度較高、不易變形的合金，目前廣泛采用精密鑄造成型，例如鑄造渦輪葉片和導向葉片。為了減少或消除鑄造合金中垂直于應力軸的晶界和減少或消除疏松，近年來又發(fā)展出定向結(jié)晶工藝。這種工藝是在合金凝固過程中使晶粒沿一個結(jié)晶方向生長，以得到無橫向晶界的平行柱狀晶。實現(xiàn)定向結(jié)晶的首要工藝條件是在液相線和固相線之間建立并保持足夠大的軸向溫度梯度和良好的軸向散熱條件。此外，為了消除全部晶界，還需研究單晶葉片的制造工藝。 粉末冶金工藝，主要用以生產(chǎn)沉淀強化型和氧化物彌散強化型高溫合金。這種工藝可使一般不能變形的鑄造高溫合金獲得可塑性甚至超塑性。 綜合處理高溫合金的性能同合金的組織有密切關系，而組織是受金屬熱處理控制的。高溫合金一般需經(jīng)過熱處理。沉淀強化型合金通常經(jīng)過固溶處理和時效處理。固溶強化型合金只經(jīng)過固溶處理。有些合金在時效處理前還要經(jīng)過一兩次中間處理。固溶處理首先是為了使第二相溶入合金基體，以便在時效處理時使γ、碳化物（鈷基合金）等強化相均勻析出，其次是為了獲得適宜的晶粒度以保證高溫蠕變和持久性能。 固溶處理溫度一般為1040～1220℃。目前廣泛應用的合金，在時效處理前多經(jīng)過1050～1100℃中間處理。中間處理的主要作用是在晶界析出碳化物和γ膜以改善晶界狀態(tài)，與此同時有的合金還析出一些顆粒較大的γ相與時效處理時析出的細小γ相形成合理搭配。時效處理的目的是使過飽和固溶體均勻析出γ相或碳化物(鈷基合金)以提高高溫強度，時效處理溫度一般為700～1000℃。七、發(fā)展趨勢 高溫合金發(fā)展的趨勢是進一步提高合金的工作溫度和改善中溫或高溫下承受各種載荷的能力，延長合金壽命。就渦輪葉片材料而言，單晶葉片將進入實用階段，定向結(jié)晶葉片的綜合性能將得到改進。 此外，有可能采用激冷態(tài)合金粉末制造多層擴散連接的空心葉片，從而適應提高燃氣溫度的需要。就導向葉片和燃燒室材料而言，有可能使用氧化物彌散強化的合金，以大幅度提高使用溫度。為了提高抗腐蝕和耐磨蝕性能，合金的防護涂層材料和工藝也將獲得進一步發(fā)展。 八、技術開發(fā)高梯度定向凝固共晶高溫合金的組織與性能K4169高溫合金組織細化及性能優(yōu)化研究鑄造鎳基高溫合金中Ni_5Zr的溶解和轉(zhuǎn)變定向工藝和鉿含量對一種鎳基高溫合金的影響Mg在高溫合金GH220中的作用GH2027鐵基高溫合金的第二相研究Ni_3Al基高溫合金添加碳化物質(zhì)點的探索研究MC和M_3B_2相在一種Ni-Cr-Co高溫合金中的析出鎳基高溫合金GH4145/SQ的高溫低周疲勞行為變形高溫合金成型質(zhì)量控制中的轉(zhuǎn)換研究高梯度定向凝固共晶高溫合金的組織與性能K4169高溫合金組織細化及性能優(yōu)化研究鑄造鎳基高溫合金中Ni_5Zr的溶解和轉(zhuǎn)變定向工藝和鉿含量對一種鎳基高溫合金的影響Mg在高溫合金GH220中的作用FGH95粉末高溫合金應力時效的組織和相分析Rene′88DT粉末高溫合金組織及γ′相析出動力學研究鎳基粉末高溫合金中夾雜物導致裂紋萌生和擴展行為的研究鎳基粉末高溫合金中夾雜物的微觀力學行為研究粉末高溫合金的研究與發(fā)展 九、物質(zhì)應用 高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應力作用下長期工作的一類金屬材料；并具有較高的高溫強度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金為單一奧氏體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性，基于上述性能特點，且高溫合金的合金化程度較高，又被稱為“超合金”，是廣泛應用于航空、航天、石油、化工、艦船的一種重要材料。按基體元素來分，高溫合金又分為鐵基、鎳基、鈷基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達到750~780℃，對于在更高溫度下使用的耐熱部件，則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。 鎳基高溫合金在整個高溫合金領域占有特殊重要的地位，它廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動機、各種工業(yè)燃氣輪機＊熱端部件。若以150MPA-100H持久強度為標準，而目前鎳合金所能承受的**溫度〉1100℃，而鎳合金約為950℃，鐵基的合金〈850℃,即鎳基合金相應地高出150℃至250℃左右。所以人們稱鎳合金為發(fā)動機的心臟。目前，在先進的發(fā)動機上，鎳合金已占總重量的一半，不僅渦輪葉片及燃燒室，而且渦輪盤甚至后幾級壓氣機葉片也開始使用鎳合金。與鐵合金相比，鎳合金的優(yōu)點是：工作溫度較高，組織穩(wěn)定、有害相少及抗氧化腐蝕能力大。與鈷合金相比，鎳合金能在較高溫度與應力下工作，尤其是在動葉片場合。 鎳合金具有上述優(yōu)點與其本身的某些**性能有關。鎳為面心立方體，組織非常穩(wěn)定，從室溫到高溫不發(fā)生同素異型轉(zhuǎn)變；這對選作基體材料十分重要。眾所周知，奧氏體組織比鐵素體組織具有一系列的優(yōu)點。 鎳具有高的化學穩(wěn)定性，在500度以下幾乎不發(fā)生氧化，室溫下也不受溫氣、水及某些鹽類水溶液的作用。鎳在硫酸及鹽酸中溶解很慢，而在硝酸中溶解很快。 鎳具有很大的合金能力，甚至添加十余種合金元素也不出現(xiàn)有害相，這就為改善鎳的各種性能提供潛在的可能性。 純鎳的力學性能雖不強，但塑性卻極好，尤其是低溫下塑性變化不大。十、鎳基變形高溫合**號：GH3030(GH30)GH3039(GH39)GH3044(GH44)GH3128(GH128)GH3536(GH536)GH3625(GH625)GH4033(GH33)GH4037(GH37)GH4049(GH49)GH4133(GH4133B)GH4169(GH169)GH4220(GH220)GH4698(GH698)GH80AGH90GH93GH105GH141GH145GH163GH170GH500GH600GH652GH706GH710GH738GH742GH901
高彈性沉淀硬化型不銹鋼1、沉淀硬化 沉淀硬化（析出強化）：指金屬在過飽和固溶體中溶質(zhì)原子偏聚區(qū)和（或）由之脫溶出微粒彌散分布于基體中而導致硬化的一種熱處理工藝。如奧氏體沉淀不銹鋼在固溶處理后或經(jīng)冷加工后，在400～500℃或700～800℃進行沉淀硬化處理，可獲得很高的強度。 即某些合金的過飽和固溶體在室溫下放置或者將它加熱到一定溫度，溶質(zhì)原子會在固溶點陣的一定區(qū)域內(nèi)聚集或組成第二相，從而導致合金的硬度升高的現(xiàn)象。2、沉淀硬化型不銹鋼 沉淀硬化不銹鋼是鐵-鉻-鎳合金，為了發(fā)展高強度和高韌性，通過加入AL、Ti、Nb、V、N，在時效熱處理過程中形成沉淀相。沉淀硬化不銹鋼的基體組織可以是馬氏體或者是奧氏體，取決于成分和處理過程。時效硬化馬氏體不銹鋼兼有良好的抗腐蝕性能和熱處理簡單的特點。使用＊廣泛的時效硬化馬氏體不銹鋼是17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb）。時效硬化馬氏體不銹鋼對氯化物應力腐蝕開裂敏感。敏感性在某種程度上取決于鋼的牌號和時效溫度。 按其組織形態(tài)可分為三類：沉淀硬化半奧氏體型、沉淀硬化奧氏體型不銹鋼和沉淀硬化馬氏體型。列入我國國家標準鋼板牌號的有0Cr17Ni7A和0Cr15Ni7M02Al兩種，是屬于沉淀硬化半奧氏體型不銹鋼。該鋼的組織特點是在固溶或退火狀態(tài)時具有奧氏體加體積分數(shù)為5%~20%的鐵素體組織。這種鋼經(jīng)過系列的熱處理或機械變形處理后奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，再通過時效析出硬化達到所需要的高強度。這種鋼有很好的成形性能和良好的焊接性，可作為超高強度的材料在核工業(yè)、航空和航天工業(yè)中得到應用。一、簡介 沉淀硬化不銹鋼(precipitation hardening stainless steel)在不銹鋼化學成分的基礎上添加不同類型、數(shù)量的強化元素，通過沉淀硬化過程析出不同類型和數(shù)量的碳化物、氮化物、碳氮化物和金屬間化合物，既提高鋼的強度又保持足夠的韌性的一類高強度不銹鋼，簡稱PH鋼。二、分類 根據(jù)鋼的組織可分為3類：(1)馬氏體沉淀硬化不銹鋼，以中國0Cr17Ni7TiAl和0Cr17Ni4Cu4Nb為代表。(2)半奧氏體沉淀硬化不銹鋼，以0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al為代表。(3)奧氏體沉淀硬化不銹鋼，它實際上為鐵基高溫合金，以0Cr15Ni20Ti2MoVB、1Cr17Ni10P為代表。設計要點 （1）馬氏體沉淀硬化不銹鋼 鋼中碳含量一般≤0.1%，但≥0.05%，目的是既有好的焊接性、耐蝕性，又具有較好的強韌性；鉻含量一般在16%～17%以保證足夠的不銹性和耐蝕性；合適的鎳、鉻當量，以便鋼中δ-鐵素體的含量處于**水平(一般≤5%)，以免損害橫向性能和降低鋼的強度。各種合金元素的鐵素體形成效果如下：0.1%N 0.1%C 1%Ni 1%Co 1%Cu-20 -18 -10 -6 -31%Mn 1%w 1%Si 1%Mo 1%Cr-1 +8 +8 +11 +151%V 1%Al+19 +38 元素的配比應使馬氏體相變開始溫度(Ms點)在150℃以上馬氏體相變基本完成溫度，(Mf點)在50℃以上，下述經(jīng)驗公式可作計算Ms點時的參考：Ms={75(14.6-%Cr)+110(8.9-%Ni)+3000[0.068-%(C+N)]+60(1.33+%Mn+50(0.17-%Si)}，℃添加適量沉淀硬化元素如銅和鈦等以便形成ε富銅相和NiTi相等進行強化。(2)半奧氏體沉淀硬化不銹鋼 碳含量一般在0.1%左右，為改進鑄造性能鑄造鋼的碳含量大于0.1%；他點的控制是本鋼設計的關鍵，這類鋼在固溶處理后為奧氏體組織，在此狀態(tài)下進行加工、成形、焊接。在調(diào)整處理(碳化物析出過程)后馬氏體點升高，降到室溫后為馬氏體組織或再通過簡單的低溫處理(-72℃)后轉(zhuǎn)變成馬氏體(即馬氏體點在-72℃以上)；鉻含量一般在14%以上，以保證良好的不銹性和耐蝕性；選擇合適的鉻、鎳當量配比以降低鋼中δ-鐵素體的含量；鋼中含有適量沉淀硬化元素。如鉬、鈦、鋁、鈮、銅等。有時鋼中含鈷，這一方面可以促進鉬的強化作用，同時又不影響Ms點。(3)奧氏體沉淀硬化不銹鋼 選擇合適的鉻、鎳當量配比，使其形成非常穩(wěn)定的奧氏體組織；為了彌補奧氏體強度的不足，通過加入鋁、鈦以形成Ni3Al、Ni3Ti，或加入磷形成M23(C+P)6而進行強化。三、典型牌號0Cr17Ni4Cu4Nb鋼 該鋼為馬氏體沉淀硬化不銹鋼，Ms點約150℃，Mf點在30℃以下。馬氏體轉(zhuǎn)變完全與否受成分和冷卻方式影響。鋼中銅以極細小而分散的ε相彌散分布在基體上從而提高強度。H900處理時σb=1310MPa，σ0.2=1170MPa，δ5=10%，ψ=40%。該鋼具有良好的耐腐蝕性，耐蝕性優(yōu)于一般馬氏體不銹鋼，與一般奧氏體不銹鋼相近。它具有良好的切削性能，不需預熱就可以焊接并且焊后可不進行局部退火。它主要用于制造耐蝕和高強度部件如噴氣發(fā)動機壓氣機機匣及大型汽輪機末級葉片。0Cr17Ni7Al鋼 這個牌號為半奧氏體沉淀硬化不銹鋼。它是在0Cr17Ni7這一不穩(wěn)定的奧氏體鋼中添加鋁，再經(jīng)過馬氏體轉(zhuǎn)變和析出NiAl化合物而硬化的鋼種。在RH950處理后，σb=1580MPa，σ0.2=1470MPa，δ5=6%。該鋼在氧化性酸中耐蝕性良好，而在像硫酸、鹽酸等非氧化性酸中耐蝕性差。經(jīng)A或A1750處理后的耐酸性**。而用TH、RH、CH處理后的耐酸性變差。該鋼的焊接可采用與奧氏體不銹鋼相同的焊接工藝。若采用與母材成分相同的焊條焊接，則焊縫中將出現(xiàn)大量的δ鐵素體，造成焊縫韌性的下降，因而焊條中可適當?shù)慕点t或增鎳。焊接時應采用惰性氣體保護以防焊條中鋁的氧化。為獲得良好的焊接效率，固溶退火后的焊件，**先進行固溶處理，然后再進行調(diào)整和時效處理。該類鋼主要用于制造飛機外殼、結(jié)構件、導彈的壓力容器和構件，噴氣發(fā)動機零件、彈簧、隔膜、波紋管、天線、緊固件、測量儀表等。0Cr15Ni25Ti2MoVB鋼 該鋼為奧氏體沉淀硬化不銹鋼，亦即鐵鎳基高溫合金。鋼不僅在固溶態(tài)，而且在時效態(tài)均為穩(wěn)定的奧氏體組織。-般由鋼中形成金屬間化合物來達到提高強度和改善高溫性能。在時效態(tài)σb=1035MPa，σ0.2=690MPa，δ=25%，ψ=40%。該鋼高溫強度好，使用溫度可達600～700℃。650℃以下的高溫屈服強度與室溫差不多。低溫韌性良好，但存在室溫強度低，焊接性能差等缺點。
耐腐蝕合金 金屬抗腐蝕材料，相對非金屬耐腐蝕材料而言，金屬抗腐蝕材料主要有鐵基合金（耐腐蝕不銹鋼）；鎳基合金（Ni-Cr合金，Ni-Cr-Mo合金，Ni-Cu合金等）；活性金屬。1、分類耐腐蝕不銹鋼 主要是指普通的耐大氣或海水等腐蝕的300系列不銹鋼304，316L，317L等；較強抗腐蝕能力的奧氏體不銹鋼904L，254SMO;雙相鋼2205，2507等；含Cu的耐腐蝕合金20合金等；鎳基耐蝕合金 主要是哈氏合金以及Ni-Cu合金等，由于金屬Ni本身是面心立方結(jié)構，晶體學上的穩(wěn)定性使得它能夠比Fe能夠容納更多的合金元素，如Cr,Mo等，從而達到抵抗各種環(huán)境的能力；同時鎳本身就具有一定的抗腐蝕能力，尤其是抗氯離子引起的應力腐蝕能力。在強還原性腐蝕環(huán)境，復雜的混合酸環(huán)境，含有鹵素離子的溶液中，以哈氏合金為代表的鎳基耐蝕合金相對鐵基的不銹鋼具有**的優(yōu)勢。活性金屬 也具有很好的抗腐蝕能力，典型代表是Ti;Zr;Ta等；其中＊典型的代表是Ti;鈦材有著廣泛的應用，主要用在一些不銹鋼無法適應的腐蝕環(huán)境。鈦材耐腐蝕原理：在氧化性氣氛中，形成致密的氧化膜來提供保護；所以一般不能用于還原性較強或者密封性那個較高的腐蝕環(huán)境中（缺氧環(huán)境），與此同時，鈦材的應用溫度一般小于300攝氏度。特別要注意的是，活性金屬都不能用于含氟的環(huán)境。（如氫氟酸環(huán)境可以選用哈氏C2000,NiCu合金等）2、條件 金屬材料在腐蝕性介質(zhì)中所具有的抵抗介質(zhì)侵蝕的能力，稱金屬的耐蝕性。純金屬中耐蝕性高的通常具備下述三個條件之一。 （1）熱力學穩(wěn)定性高的金屬。通?？捎闷錁藴孰姌O電勢來判斷，其數(shù)值較正者穩(wěn)定性較高；較負者則穩(wěn)定性較低。耐蝕性好的貴金屬，如Pt、Au、Ag、Cu等就屬于這一類。 （2）易于鈍化的金屬。不少金屬可在氧化性介質(zhì)中形成具有保護作用的致密氧化膜，這種現(xiàn)象稱為鈍化。金屬中＊容易鈍化的是Ti、Zr、Ta、Nb、Cr、Al等。 （3）表面能生成難溶的和保護性良好的腐蝕產(chǎn)物膜的金屬。這種情況只有在金屬處于特定的腐蝕介質(zhì)中出現(xiàn)，例如，H2SO4溶液中的Pb和Al，H3PO4中的Fe，鹽酸溶液中的Mo以及大氣中的Zn等。3、獲得方法 因此，工業(yè)上根據(jù)上述原理，采用合金化方法獲得一系列耐蝕合金。一般也有相應的三種方法。 （1）提高金屬或合金的熱力學穩(wěn)定性，即向原不耐蝕的金屬或合金中加入熱力學穩(wěn)定性高的合金元素，使形成固溶體以及提高合金的電極電勢，增強耐蝕性。如Cu中加Au，Ni中加入Cu、Cr等，即屬此類。不過這種大量加入貴金屬的辦法，在工業(yè)結(jié)構材料的應用是有限的。 （2）加入易鈍化合金元素，如Cr、Ni、Mo等，可提高基體金屬的耐蝕性。鋼中加入適量的Cr，即可制得鉻系不銹鋼。實驗證明，在不銹鋼中，含Cr量一般應大于13%時才能起抗蝕作用，Cr含量越高，其耐蝕性越好。這類不銹鋼在氧化介質(zhì)中有很好的抗蝕性，但在非氧化性介質(zhì)如衡硫酸和鹽酸中，耐蝕性較差。這是因為非氧化性酸不易使合金生成氧化膜，同時對氧化膜還有溶解作用。 （3）加入能促使合金表面生成致密的腐蝕產(chǎn)物保護膜的合金元素，是制取耐蝕合金的又一途徑。例如，鋼能耐大氣腐蝕是由于其表面形成結(jié)構致密的化合物羥基氧化鐵（FeOx·(OH)3-2x）的保護作用。鋼中加入Cu與P或P與Cr均可促進這種保護膜的生成，由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大氣腐蝕的低合金鋼。金屬腐蝕是工業(yè)上危害**的自發(fā)過程，因此耐蝕合金的開發(fā)與應用，有重大的社會意義和經(jīng)濟價值。4、耐蝕合**號 耐蝕合金國內(nèi)牌號包括：NS111，NS112，NS113，NS131，NS141，NS142，NS143，NS311，NS314，NS315，NS321，NS322，NS331，NS332，NS333，NS334，NS335，NS336，NS334，NS341，NS411等。耐蝕合金國外牌號包括：Incoloy800，Incoloy 800H,Incoloy825，Inconel600，Inconel 690 ，Inconel 625，hastelloyB，hastelloyB2，hastelloyC，hastelloyC-4等；
哈氏合金 哈氏合金，鎳基耐腐蝕合金；主要分成鎳-鉬合金與鎳鉻鉬合金兩大類。一、哈氏合金 美國公司（Haynes International,Inc.）公司前身的Haynes Stellite Work (哈茨鈷鉻鎢工廠）于1921年創(chuàng)立于美國印地安那州Kokomo，距今已有92年歷史，在九十余年經(jīng)歷的生產(chǎn)和研究中不斷創(chuàng)新與發(fā)明，從而在高合金領域穩(wěn)居世界首位。 Haynes國際公司注重產(chǎn)品的生產(chǎn)和開發(fā)。主要從事高質(zhì)量的耐腐和耐高溫鎳-鈷合金的開發(fā)和生產(chǎn)。公司的專家技術人員在全球范圍內(nèi)提供進一步的客戶服務和技術支持。Haynes公司的服務中心及分支機構能為客戶及時提供板材、棒材、管材、鍛件、法蘭和連接件等。二、定義 哈氏合金(Hastelloy alloy)就是美國哈氏合金國際公司所生產(chǎn)的鎳基耐蝕合金的商業(yè)牌號的統(tǒng)稱。包括鎳鉬系哈斯特洛伊(Hastelloy)B-2，鎳鉻鉬系哈斯特洛伊(Hastelloy)C-4等。 哈氏合**號包括以下幾個牌號： HASTELLOY B-2鎳鉬合金，在還原性環(huán)境中有優(yōu)異的耐腐蝕性HASTELLOY B-3 B-2的升級版，對任何溫度和濃度的鹽酸都有極好的耐腐蝕性。 HASTELLOY C-4較好的熱穩(wěn)定性，650-1040攝氏度有較好的韌性和耐腐蝕性能。 HASTELLOY C-22在氧化介質(zhì)中耐均勻腐蝕能力比C-4和C-276好，耐局部腐蝕能力優(yōu)異HASTELLOY C-276對氧化性和中等還原性腐蝕有較好的抵抗能力，優(yōu)異的抗應力腐蝕能力。HASTELLOY C-2000性能＊全面的耐蝕合金，在氧化和還原環(huán)境中均具有優(yōu)秀的耐均勻腐蝕能力。 HASTELLOY G-35 G-30的升級產(chǎn)品，耐腐蝕和熱穩(wěn)定性更佳優(yōu)異HASTELLOY G-30高鉻含量鎳基合金，在磷酸及其他強氧化性混合酸介質(zhì)中表現(xiàn)優(yōu)異。 HASTELLOY X綜合高強度，抗氧化和易加工的特點以上每個牌號都有具體的化學成分，機械性能，各有所長，不能一概而論說哈氏合金有什么特性。三、用途 哈氏合金板適用于各種含有氧化和還原性介質(zhì)的化學工業(yè)。較高的鉬、鉻含量使合金能夠耐氯離子腐蝕，鎢元素進一步提高了耐蝕性。同時C-276哈氏合金管是僅有的幾種耐潮濕氯氣、次氯酸鹽及二氧化氯溶液腐蝕的材料之一，對高濃度的氯化鹽溶液如氯化鐵和氯化銅有顯著的耐蝕性。 應用領域、熱交換器、波紋管補償器、化工設備、煙氣脫硫脫硝、造紙工業(yè)、航天應用、酸性環(huán)境。四、特性 ①在氧化和還原兩氛圍狀態(tài)中，對大多數(shù)腐蝕介質(zhì)具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。?、谟谐錾哪忘c蝕、縫隙腐蝕和應力開裂腐蝕性能。五、國內(nèi)現(xiàn)狀 哈氏合金在國內(nèi)應用已經(jīng)很廣泛，世界各大鋼廠也紛紛在中國設立了辦事處等機構，以便更好的為國內(nèi)市場服務！ 國內(nèi)備貨現(xiàn)狀：管材、板材，焊材，鍛件而且國內(nèi)也成長了一批加工廠，可加工配件等產(chǎn)品。 哈氏合金如Hastelloy C276、Hastelloy B-2等以及Monel 400、純鎳、Inconel600、NS337等耐蝕合金； 材料執(zhí)行ASTM標準，權威第三方：國家鋼鐵材料測試中心提供成分與性能檢測報告。 哈氏合金C276成分與性能報告（北京融品科技有限公司質(zhì)量證明書） 執(zhí)行標準：鎳合金鍛件標準規(guī)范ASTM B564（UNSN 10276）；耐蝕合金鍛件YB/T5264-1993 檢測權威第三方：國家鋼鐵材料測試中心爐號：RP-WLQ25 批次：081120-A 產(chǎn)品材質(zhì)： Hastelloy C276 產(chǎn)品狀態(tài)： 鍛件+固溶 哈氏C276化學成分 %wt六、力學性能 哈氏合金發(fā)展過程 1、哈氏合金來自Hastelloy，始于哈氏B合金，應用于航空器的火箭噴嘴；隨后的哈氏C合金在化工工業(yè)，石油化工，核能源工業(yè)及制藥行業(yè)得到應用與推廣；緊接著的哈氏X合金表現(xiàn)出了極好的耐高溫性能，伴隨著噴氣式飛機工業(yè)的急速增長。 2、由于早期的哈氏合金B(yǎng),哈氏合金C,以及哈氏合金X合金需要焊接后固溶處理，否則，焊接熱影響區(qū)的耐腐蝕性能會大大降低；所以上述合金已經(jīng)逐漸被改進或不再使用； 3、影響上述材料焊接性能的關鍵原因在于C,Si含量，由于精煉技術的出現(xiàn)與提高，哈氏合金焊接方面的問題得以改善，于是出現(xiàn)很多正在推廣使用的改進型的哈氏B系列，哈氏C系列合金等，非常遺憾的是很多哈氏合金的生產(chǎn)與推廣單位反而將前期的哈氏合金取代后來改進的哈氏合金，不僅不降低C,Si含量，反而回到以前高Si,高C含量上；特殊鋼事業(yè)的推廣任重道遠。 4、耐還原性介質(zhì)的哈氏B系列合金在哈氏B牌號的基礎上進行改進，改進的側(cè)重點包括極低的C,Si含量改善焊接區(qū)域的性能，進一步合金化思路，純凈化鋼水思路的應用等，這樣哈氏合金B(yǎng)系列出現(xiàn)哈氏B-2,哈氏B-3,哈氏B-4合金；其中哈氏B-2合金一定程度上解決了焊接區(qū)域性能問題；哈氏B-3解決了哈氏B-2容易析出Ni-Mo沉淀硬化的缺點，極大的改善了熱加工與冷加工性能。 5、還原性環(huán)境應用材料哈氏B系列改進過程中；在氧化還原復合環(huán)境中的哈氏C系列合金也在持續(xù)改進，其中哈氏C276合金由于更低的C,Si含量而一定程度上改進了焊接區(qū)域性能問題，但是仍舊不太滿意，加上加工性能沒能加大改善；而哈氏C22材料較徹底解決了焊接區(qū)域的耐腐蝕問題，加工性能問題，更主要是在材料成本不提高的基礎上解決的，所以哈氏C22材料是哈氏C系列中性價比**的材料，以后必將更大批量的應用；而新近開發(fā)的哈氏C2000材料在合金中加入了Cu,這拓展了哈氏C合金在還原性環(huán)境中的腐蝕能力，為更安全的使用，為更高的設備壽命要求，新工藝試制場合提供了可能。 哈氏合金是超低碳型，Ni、Mo、Cr系列鎳基、耐蝕、耐高溫材料哈氏合金(Hastelloy),因它具有極好的耐高溫性能，抗氧化性，焊縫影響區(qū)耐腐蝕性，具有很好的長期熱穩(wěn)定性及可加工性，在農(nóng)業(yè)化工、核設施、生物制藥等苛刻工業(yè)環(huán)境中被應用。它在濕氧、亞硫酸、醋酸、甲酸和強氧化鹽的介質(zhì)中，也具有優(yōu)異的耐蝕性、耐均勻腐蝕性及耐晶間腐蝕性，因此在化學工業(yè)也被廣泛應用，合哈氏金的導電率和導熱系數(shù)要比低碳鋼低得多，而電阻率和膨脹率都比低碳鋼高得多，熔池流動性差，潤濕性差，穿透力小，熔深淺。七、分類 哈氏合金(Hastelloyalloy)目前主要分為B、C、G三個系列，它主要用于鐵基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不銹鋼、非金屬材料等無法使用的強腐蝕性介質(zhì)場合?！」虾?*號 為改善哈氏合金的耐蝕性能和冷、熱加工性能，哈氏合金先后進行了三次重大改進，其發(fā)展過程如下： B系列：B→B-2(00Ni70Mo28)→B-3 C系列：C→C-276(00Cr16Mo16W4)→C-4(00Cr16Mo16)→C-22(00Cr22Mo13W3)→C-2000(00Cr20Mo16) G系列：G→G-3（00Cr22Ni48Mo7Cu）→G-30(00Cr30Ni48Mo7Cu) 目前使用＊廣泛的是第二代材料N10665(B-2)、N10276(C-276)、N06022(C-22)、N06455(C-4)和N06985(G-3)。八、常用合金 1：HastelloyB-2alloy(哈氏B-2合金)哈氏合金一、耐蝕性能 哈氏B-2合金是一種有極低含碳量和含硅量的Ni-Mo合金，它減少了在焊縫及熱影響區(qū)碳化物和其他相的析出，從而確保即使在焊接狀態(tài)下也有良好的耐蝕性能。 眾所周知，哈氏B-2合金在各種還原性介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，能耐常壓下任何溫度，任何濃度鹽酸的腐蝕。在不充氣的中等濃度的非氧化性硫酸、各種濃度磷酸、高溫醋酸、甲酸等有機酸、溴酸以及氯化氫氣體中均有優(yōu)良的耐蝕性能，同時，它也耐鹵族催化劑的腐蝕。因此，哈氏B-2合金通常應用于多種苛刻的石油、化工過程，如鹽酸的蒸餾，濃縮；乙苯的烷基化和低壓羰基合成醋酸等生產(chǎn)工藝過程中?！〉诠螧-2合金多年的工業(yè)應用中發(fā)現(xiàn)：（1）哈氏B-2合金存在對抗晶間腐蝕性能有相當大影響的兩個敏化區(qū)：1200~1300℃的高溫區(qū)和550~900℃的中溫區(qū)；（2）哈氏B-2合金的焊縫金屬及熱影響區(qū)由于枝晶偏析，金屬間相和碳化物沿晶界析出，使其對晶間腐蝕敏感性較大；（3）哈氏B-2合金的中溫熱穩(wěn)定性較差。當哈氏B-2合金中的鐵元素含量降至2%以下時，該合金對β相（即Ni4Mo相，一種有序的金屬間化合物）的轉(zhuǎn)變敏感。當合金在650~750℃溫度范圍內(nèi)停留時間稍長，β相瞬間生成。β相的存在降低了哈氏B-2合金的韌性，使其對應力腐蝕變得敏感，甚至會造成哈氏B-2合金在原材料生產(chǎn)(如熱軋過程中)、設備制造過程中（如哈氏B-2合金設備焊后整體熱處理）及哈氏B-2合金設備在服役環(huán)境中開裂?，F(xiàn)今，我國和世界各國指定的有關哈氏B-2合金抗晶間腐蝕性能的標準試驗方法均為常壓沸騰鹽酸法，評定方法為失重法。由于哈氏B-2合金是抗鹽酸腐蝕的合金，因此，常壓沸騰鹽酸法檢驗哈氏B-2合金的晶間腐蝕傾向相當不敏感。國內(nèi)科研機構用高溫鹽酸法對哈氏B-2合金進行研究發(fā)現(xiàn)：哈氏B-2合金的耐蝕性能不僅取決于其化學成分，還取決于其熱加工的控制過程。當熱加工工藝控制不當時，哈氏B-2合金不僅晶粒長大，而且晶間會析出現(xiàn)高Mo的σ相，此時，哈氏B-2合金的抗晶間腐蝕的性能明顯下降，在高溫鹽酸試驗中，粗晶粒板與正常板的晶界浸蝕深度相差約一倍左右?！《⑽锢硇阅堋∶芏龋?.9g/cm3,熔點：1330~1380℃，磁導率：(℃，RT)≤1.001 三、化學成分 化學成分 元素NiCrFeCMnSiCuMoCoPS ?。∮嗔?.41.626.0 **1.02.00.011.00.080.530.01.00.020.010 四、制造與熱處理 1：加熱 對于哈氏B-2合金來說，在加熱前和加熱過程中表面保持清潔并遠離污染物是十分重要的。如果哈氏B-2合金在含有硫、磷、鉛或其他低熔點金屬污染物的環(huán)境下加熱，則會變脆，這些污染物的來源主要包括標記筆痕跡、溫度指示漆、油脂和液體、煙氣。此煙氣必須含硫低；例如：天然氣和液化石油氣含硫量不超過0.1%，城市空氣含硫量不超過0.25g/m3,燃料油的含硫量不超過0.5%即為合格?！訜釥t的氣體環(huán)境要求是中性環(huán)境或輕還原性環(huán)境，并且不可以在氧化性和還原性之間波動。爐中的火焰不可以直接沖擊哈氏B-2合金。同時要以＊快的加熱速度把材料加熱到要求達到的溫度，即要求首先要把加熱爐的溫度上升到要求溫度，再把材料放入爐中加熱?！?：熱加工 哈氏B-2合金可以在900~1160℃范圍內(nèi)進行熱加工，加工過后應該以水淬火。為了確保有**的耐蝕性能，熱加工過后應該退火?！?：冷加工 冷加工的哈氏B-2合金必須經(jīng)過固溶處理，由于其具有比奧氏體不銹鋼高得多的加工硬化率，所以成形設備要細心考慮。如果執(zhí)行了冷成形工藝，那么有必要進行級間退火。冷加工變形量超過15%時，使用前要固溶處理?！?：熱處理 固溶熱處理溫度要控制在1060~1080℃之間，之后進行水冷淬火或材料厚度在1.5mm以上時可以快速空冷以獲得**的耐蝕性能。在任何加熱操作過程中，材料的表面清潔均要有預先的防范。哈氏合金材料或設備部件在進行熱處理時要注意以下一些問題：為了防止設備部件熱處理變形，應采用不銹鋼加強環(huán)；對裝爐溫度、加熱和冷卻時間應嚴格控制；裝爐前，對熱處理件進行預處理，防止產(chǎn)生熱裂紋；熱處理后，對熱處理件100%PT；在熱處理過程中如產(chǎn)生熱裂紋，經(jīng)過打磨消除后需補焊者，要采用專門的補焊工藝?！?：除垢 哈氏B-2合金表面的氧化物和焊縫附近的污點都要以精細的砂輪等打磨干凈?！∮捎诠螧-2合金對氧化性介質(zhì)比較敏感，因此酸洗過程中會產(chǎn)生較多的含氮元素的氣體?！?：機加工 哈氏B-2合金要以退火狀態(tài)進行機加工，對它的加工硬化要有清醒的認識，例如：相對于標準奧氏體不銹鋼要采用較慢的表面切削速度，對于表面的硬化層要采用較大的進刀量，并使刀具處于連續(xù)的工作狀態(tài)。 7：焊接 哈氏B-2合金焊縫金屬及熱影響區(qū)由于易析出β相而導致貧Mo，從而易于產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，哈氏B-2合金的焊接工藝應謹慎制定，嚴格控制。一般焊接工藝如下：焊材選用ERNi-Mo7；焊接方法GTAW；控制層間溫度不大于120℃；焊絲直徑φ2.4、φ3.2；焊接電流90~150A。同時，施焊前，焊絲、被焊接件坡口及相鄰部位應進行去污脫脂處理?！」螧-2合金熱傳導系數(shù)比鋼小得多，如選用單V型坡口，則坡口角度要在70°左右，采用較低的熱輸入量。通過焊后熱處理可以消除殘余應力并改善抗應力腐蝕斷裂性能。 2：HastelloyC-276合金(哈氏C-276合金) 耐蝕性能哈氏C-276合金屬于鎳-鉬-鉻-鐵-鎢系鎳基合金。它是現(xiàn)代金屬材料中＊耐蝕的一種。主要耐濕氯、各種氧化性氯化物、氯化鹽溶液、硫酸與氧化性鹽，在低溫與中溫鹽酸中均有很好的耐蝕性能。因此，近三十年以來、在苛刻的腐蝕環(huán)境中，如化工、石油化工、煙氣脫硫、紙漿和造紙、環(huán)保等工業(yè)領域有著相當廣泛的應用?！」螩-276合金的各種腐蝕數(shù)據(jù)是有其典型性的，但是不能用作規(guī)范，尤其是在不明環(huán)境中，必須要經(jīng)過試驗才可以選材。哈氏C-276合金中沒有足夠的Cr來耐強氧化性環(huán)境的腐蝕，如熱的濃硝酸。這種合金的產(chǎn)生主要是針對化工過程環(huán)境，尤其是存在混酸的情況下，如煙氣脫硫系統(tǒng)的出料管等。下表是四種合金在不同環(huán)境下的腐蝕對比試驗情況。(所有焊接試樣采用自熔鎢極氬弧焊)九、性能對比 哈氏合金 試驗環(huán)境（沸騰）腐蝕率（毫米/） 典型316AL-6XNInconel625C-276 基本金屬試樣焊接試樣基本金屬試樣焊接試樣基本金屬試樣基本金屬試樣焊接試樣 20%醋酸0.0030.0030.00360.00180.00760.0130.006 45%蟻酸0.2770.2620.1160.1420.130.070.049 10%草酸1.020.9910.2770.2740.150.290.259 20%磷酸0.1770.1550.0070.0060.0010.0010.0006 10%氨基磺酸1.621.580.7510.3810.120.070.061 10%硫酸9.449.442.142.340.640.350.503 10%碳酸氫鈉1.061.060.6090.3440.100.070.055 哈氏C-276合金可以用作燃煤系統(tǒng)的煙氣脫硫部件，在這種環(huán)境下C-276是＊耐蝕的材料。下表是C-276合金和典型316在煙氣模擬系統(tǒng)“綠色死亡”溶液中的腐蝕對比試驗情況。 “綠色死亡”溶液中的腐蝕對比試驗 “綠色死亡”溶液（沸騰）腐蝕率(mm/a) 典型316C-276 7%硫酸破壞0.67 3%鹽酸 1%CuCl2 1%FeCl3 由上表可見，C-276合金對混合的具有氯離子的酸、鹽溶液有很好的耐蝕性能。 哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入將C-276合金的耐點蝕和縫隙腐蝕的能力大大提高。C-276合金在海水環(huán)境中被認為是惰性的，所以C-276被廣泛地應用在海洋、鹽水和高氯環(huán)境中，甚至在強酸低PH值情況下。下表是四種金屬在6%FeCl3(按ASTM標準G-48執(zhí)行)溶液中發(fā)生縫隙腐蝕的對比情況?！】p隙腐蝕發(fā)生情況 合金縫隙腐蝕發(fā)生溫度 °F°C 典型316272.5 AL-6XN11345 Inconel62511345 C-27614060 C-276合金中高含量的Ni和Mo使其對氯離子應力腐蝕斷裂也有很強的抵抗能力，下表是四種金屬在不同含氯離子溶液中的應力腐蝕斷裂試驗情況?！÷入x子應力腐蝕斷裂試驗情況 試驗溶液彎曲U形試樣試驗時間（Hours）和試驗結(jié)果 典型316AL-6XNInconel625C-276 42%MgCl2(沸騰)失敗(24小時)兼有(1000小時)抵抗(1000小時)抵抗(1000小時) 33%LiCl(沸騰)失敗(100小時)抵抗(1000小時)抵抗(1000小時)抵抗(1000小時) 26%NaCl(沸騰)失敗(300小時)抵抗(1000小時)抵抗(1000小時)抵抗(1000小時)二、物理性能 密度：8.90g/cm3,比熱：425J/kg/k,彈性模量：205Gpa(21℃)三、機械性能 典型的C-276合金的拉力試驗結(jié)果如下表所示，其材料是在1150℃退火，并以水急冷?！×W性能試驗值 溫度(℃)屈服強度σ0.2(Mpa)抗拉強度σb(Mpa)延伸率δ5（%） -19656596545 -10148089550 2141579050 9338072550 20434571050 31631567555 42729065560 53827064060 對C-276合金進行冷變形加工會使其強度增加。在對其進行沖擊試驗時，V形槽沖擊試樣采用10mm厚的板材（板材要經(jīng)過退火處理），如果試樣是采用焊接的試樣，則在同樣的溫度范圍，它會顯示出一定的柔韌性，這是因為焊縫的原因。板材沖擊試驗結(jié)果如下表所示?！≡囼灉囟龋ā妫￢形槽試樣沖擊功（J） -196245 21325 200325 C-276合金和普通奧氏體不銹鋼有相似的成形性能。但由于其比普通奧氏體不銹鋼的強度要大，所以，在冷成形加工過程中會有更大應力。此外，這種材料的加工硬化速度比普通不銹鋼快得多，因此在有廣泛冷成形加工過程中，要采取中途退火處理。四、焊接及熱處理 C-276合金的焊接性能和普通奧氏體不銹鋼相似，在使用一種焊接方法對C-276焊接之前，必須要采取措施以使焊縫及熱影響區(qū)的抗腐蝕性能下降＊小，如鎢極氣體保護焊（GTAW）、金屬極氣體保護焊（GMAW）、埋弧焊或其他一些可以使焊縫及熱影響區(qū)抗腐蝕性能下降＊小的焊接方法。但對于諸如氧炔焊等有可能增加材料焊縫及熱影響區(qū)含碳量或含硅量的焊接方法是不適合采用的?！￡P于焊接接頭形式的選擇，可以參照ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范對C-276焊接接頭的成功經(jīng)驗?！『附悠驴?*采用機械加工的方法，但是機械加工會帶來加工硬化，所以對機械加工的坡口處進行焊接前打磨是必要的?！『附訒r要采用適宜的熱輸入速度，以防止熱裂紋的產(chǎn)生?！≡诮^大多數(shù)腐蝕環(huán)境下，C-276都能以焊接件的形式應用。但在十分苛刻的環(huán)境中，C-276材料及焊接件要進行固溶熱處理以獲得**的抗腐蝕性能。 C-276合金的焊接可以選擇自身作焊接材料或填料金屬。如要求在C-276的焊縫中添加某些成分，象其它鎳基合金或不銹鋼，并且這些焊縫將暴露在腐蝕環(huán)境中時，那么，焊接所用的焊條或焊絲則要求有和母材金屬耐腐蝕相當?shù)男阅??！」螩-276合金材料固溶熱處理包括兩個過程：（1）在1040℃~1150℃加熱；（2）在兩分鐘之內(nèi)快速冷卻至黑色狀態(tài)（400℃左右），這樣處理后的材料有很好的耐蝕性能。因此僅對哈氏C-276合金進行消應力熱處理是無效的。在熱處理之前要清理合金表面的油污等可能在熱處理過程中產(chǎn)生碳元素的一切污垢。 C-276合金表面在焊接或熱處理時會產(chǎn)生氧化物，使合金中的Cr含量降低，影響耐蝕性能，所以要對其進行表面清理?？梢允褂貌讳P鋼絲刷或砂輪，接下來浸入適當比例硝酸和氫氟酸的混合液中酸洗，**用清水沖洗干凈。十、備注 存在中溫敏化區(qū)，其敏化傾向隨變形率的增加而增大。當溫度較高時，哈氏合金易吸收有害元素使它的力學性能和耐腐蝕性能下降。
