哈氏合金(Hastelloy alloy)Inconel600 Alloy(因康镍600合金)

哈氏合金(Hastelloy alloy)

一、引言

哈氏合金是镍基合金的一种，目前主要分为B、C、G三个系列，它主要用于铁基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不锈钢、非金属材料等无法使用的强腐蚀性介质场合，在国外已广泛应用于石油、化工、环保等诸多领域。其牌号和典型使用场合如下表所示。

哈氏合金牌号

合金牌号N10001(B)N10665(B-2)N10675(B-3)N10629(B-4)Ni-Mo盐酸等还原性介质N10276(C-276)N06022(C-22)N055(C-4)N06059(C-59)Ni-Cr-MoN06007(G)N06985(G-3)N06030(G-30)主要合金元素典型使用场合Ni-Cr-Fe-Mo氧化、还原性兼有的混磷酸、硫酸、硫酸盐等合介质 为改善哈氏合金的耐蚀性能和冷、热加工性能，哈氏合金先后进行了三次重大改进， 其发展过程如下：

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) 目前使用最广泛的是第二代材料N10665(B-2)、N10276(C-276)、N06022(C-22)、N055(C-4)和N06985(G-3)。第三代材料N10675(B-3)、N10629(B-4)、N06059(C-59)处于推广阶段。由于冶金技术的进步，近年来出现了多个牌号的含~6%Mo的所谓“超级不锈钢”，替代了G系列合金，使得G系列合金的生产和使用迅速下降。

二、典型哈氏合金化学成分

材料的化学成分 N10665 (B-2) N10276 (C-276) N06007 (G-3) Ni 基 Cr Mo Fe C Si Co Mn P S W V Cu Nb+Ta ≤1.0 26.0~30 ≤2.0 ≤0.02 ≤0.10 ≤1.0 ≤1.0 ≤0.04 ≤0.03 15.0~ 17.0 4.0~7.0 ≤0.01 ≤0.08 ≤2.5 ≤1.0 ≤0.04 ≤0.03 3.0~ 4.5 基 14.5~16.5 ≤0.035 基 21.0~23.5 6.0~ 8.0 18.0~21 ≤0.015 ≤1.0 ≤5.0 ≤1.0 ≤0.04 ≤0.03 ≤1.5 1.5~2.5 ≤0.50 三、力学性能

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哈氏合金的力学性能非常突出，它具有高强度、高韧性的特点，所以在机加工方面有一定的难度，而且其应变硬化倾向极强，当变形率达到15%时，约为18-8不锈钢的两倍。哈氏合金还存在中温敏化区，其敏化倾向随变形率的增加而增大。当温度较高时，哈氏合金易吸收有害元素使它的力学性能和耐腐蚀性能下降。

材料的力学性能

合金牌号板材标准厚度(mm)≤4.7.76~63.5σb(Mpa)760760690621σ0.2(Mpa)350350283241δ5 (%)≥40%≥40%≥40%≥40%硬度(HRB)≤100≤100≤100≤100N10665(B-2)ASTM B333-1998N10276(C-276)ASTM B575-1999≤63.5N06007(G-3)ASTM B582-19970.51~63.5 四、常用哈氏合金

1：Hastelloy B-2 alloy(哈氏B-2合金)

一、耐蚀性能

哈氏B-2合金是一种有极低含碳量和含硅量的Ni-Mo合金，它减少了在焊缝及热影响区碳化物和其他相的析出，从而确保即使在焊接状态下也有良好的耐蚀性能。

众所周知，哈氏B-2合金在各种还原性介质中具有优良的耐腐蚀性能，能耐常压下任何温度，任何浓度盐酸的腐蚀。在不充气的中等浓度的非氧化性硫酸、各种浓度磷酸、高温醋酸、甲酸等有机酸、溴酸以及氯化氢气体中均有优良的耐蚀性能，同时，它也耐卤族催化剂的腐蚀。因此，哈氏B-2合金通常应用于多种苛刻的石油、化工过程，如盐酸的蒸馏，浓缩；乙苯的烷基化和低压羰基合成醋酸等生产工艺过程中。

但在哈氏B-2合金多年的工业应用中发现：（1）哈氏B-2合金存在对抗晶间腐蚀性能有相当大影响的两个敏化区：1200~1300℃的高温区和550~900℃的中温区；（2）哈氏B-2合金的焊缝金属及热影响区由于枝晶偏析，金属间相和碳化物沿晶界析出，使其对晶间腐蚀敏感性较大；（3）哈氏B-2合金的中温热稳定性较差。当哈氏B-2合金中的铁元素含量降至2%以下时，该合金对β相（即Ni4Mo相，一种有序的金属间化合物）的转变敏感。当合金在650~750℃温度范围内停留时间稍长，β相瞬间生成。β相的存在降低了哈氏B-2合金的韧性，使其对应力腐蚀变得敏感，甚至会造成哈氏B-2合金在原材料生产(如热轧过程中)、设备制造过程中（如哈氏B-2合金设备焊后整体热处理）及哈氏B-2合金设备在服役环境中开裂。现今，我国和世界各国指定的有关哈氏B-2合金抗晶间腐蚀性能的标准试验方法均为常压沸腾盐酸法，评定方法为失重法。由于哈氏B-2

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合金是抗盐酸腐蚀的合金，因此，常压沸腾盐酸法检验哈氏B-2合金的晶间腐蚀倾向相当不敏感。国内科研机构用高温盐酸法对哈氏B-2合金进行研究发现：哈氏B-2合金的耐蚀性能不仅取决于其化学成分，还取决于其热加工的控制过程。当热加工工艺控制不当时，哈氏B-2合金不仅晶粒长大，而且晶间会析出现高Mo的σ相，此时，哈氏B-2合金的抗晶间腐蚀的性能明显下降，在高温盐酸试验中，粗晶粒板与正常板的晶界浸蚀深度相差约一倍左右。

二、物理性能

哈氏B-2合金的物理性能如下表所示。

密度：9.2g/cm3, 熔点：1330~1380℃，磁导率：(℃，RT)≤1.001

物理性能 室温至T的热温度 （℃） 0 20 100 200 300 400 500 600 700 比热 （J/kg-k） 373 377 3 406 423 431 444 456 热传导系数 （W/m-k） 11.1 12.2 13.4 14.6 16.0 17.3 18.7 电阻率 （μΩcm） 137 137 138 138 139 139 141 146 弹性模量 膨胀系数（Gpa） 218 217 213 208 203 197 191 184 176 （10-6/K） 10.3 10.8 11.1 11.4 11.6 11.8

三、化学成分

化学成分 元素 最小 余量 最大 1.0 2.0 0.01 1.0 0.08 0.5 30.0 1.0 0.02 0.010 Ni Cr 0.4 Fe 1.6 C Mn Si Cu Mo 26.0 Co P S

四、机械性能

哈氏B-2合金的一般机械性能如下列两表所示

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室温下的最小力学性能值（参考DIN/ASTM标准） 尺寸 0.2% 屈服产品形式 (mm) 冷轧板带 热轧板 棒 管 ASTM 标准 350 - 760 241 同上 ≤5 340 5~65 325 340 370 360 745 40 755 - - - 380 755 250 214 - 强度(Mpa) 1.0%屈服强度(Mpa) 抗拉强度(Mpa) 延伸率A5 % 布氏硬度 晶粒尺寸HB （μm） 127

高温下的最小力学性能值 0.2%屈服强度（Mpa）℃ 产品形式 100 板 315 管 棒 300 275 255 240 340 315 300 285 285 270 255 355 325 310 295 200 300 400 100 200 300 400 1.0%屈服强度（Mpa）℃

五、造与热处理

1：加热

对于哈氏B-2合金来说，在加热前和加热过程中表面保持清洁并远离污染物是十分重要的。如果哈氏B-2合金在含有硫、磷、铅或其他低熔点金属污染物的环境下加热，则会变脆，这些污染物的来源主要包括标记笔痕迹、温度指示漆、油脂和液体、烟气。此烟气必须含硫低；例如：天然气和液化石油气含硫量不超过0.1%，城市空气含硫量不超过0.25g/m3,燃料油的含硫量不超过0.5%即为合格。

对加热炉的气体环境要求是中性环境或轻还原性环境，并且不可以在氧化性和还原性之间波动。炉中的火焰不可以直接冲击哈氏B-2合金。同时要以最快的加热速度把材料加热到要求达到的温度，即要求首先要把加热炉的温度上升到要求温度，再把材料放入炉中加热。

2：热加工

哈氏B-2合金可以在900~1160℃范围内进行热加工，加工过后应该以水淬火。为了确保有最好的耐蚀性能，热加工过后应该退火。

3：冷加工

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冷加工的哈氏B-2合金必须经过固溶处理，由于其具有比奥氏体不锈钢高得多的加工硬化率，所以成形设备要细心考虑。如果执行了冷成形工艺，那么有必要进行级间退火。

冷加工变形量超过15%时，使用前要固溶处理。 4：热处理

固溶热处理温度要控制在1060~1080℃之间，之后进行水冷淬火或材料厚度在1.5mm以上时可以快速空冷以获得最好的耐蚀性能。在任何加热操作过程中，材料的表面清洁均要有预先的防范。哈氏合金材料或设备部件在进行热处理时要注意以下一些问题：为了防止设备部件热处理变形，应采用不锈钢加强环；对装炉温度、加热和冷却时间应严格控制；装炉前，对热处理件进行预处理，防止产生热裂纹；热处理后，对热处理件100%PT；在热处理过程中如产生热裂纹，经过打磨消除后需补焊者，要采用专门的补焊工艺。

5：除垢

哈氏B-2合金表面的氧化物和焊缝附近的污点都要以精细的砂轮等打磨干净。 由于哈氏B-2合金对氧化性介质比较敏感，因此酸洗过程中会产生较多的含氮元素的气体。

6：机加工

哈氏B-2合金要以退火状态进行机加工，对它的加工硬化要有清醒的认识，例如：相对于标准奥氏体不锈钢要采用较慢的表面切削速度，对于表面的硬化层要采用较大的进刀量，并使刀具处于连续的工作状态。

7：焊接

哈氏B-2合金焊缝金属及热影响区由于易析出β相而导致贫Mo，从而易于产生晶间腐蚀，因此，哈氏B-2合金的焊接工艺应谨慎制定，严格控制。一般焊接工艺如下：焊材选用ERNi-Mo7；焊接方法GTAW；控制层间温度不大于120℃；焊丝直径φ2.4、φ3.2；焊接电流90~150A。同时，施焊前，焊丝、被焊接件坡口及相邻部位应进行去污脱脂处理。

哈氏B-2合金热传导系数比钢小得多，如选用单V型坡口，则坡口角度要在70°左右，采用较低的热输入量。

通过焊后热处理可以消除残余应力并改善抗应力腐蚀断裂性能。

2： Hastelloy C-276合金(哈氏C-276合金)

一、耐蚀性能

哈氏C-276合金属于镍-钼-铬-铁-钨系镍基合金。它是现代金属材料中最耐蚀的一

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种。主要耐湿氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐，在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能。因此，近三十年以来、在苛刻的腐蚀环境中，如化工、石油化工、烟气脱硫、纸浆和造纸、环保等工业领域有着相当广泛的应用。

哈氏C-276合金的各种腐蚀数据是有其典型性的，但是不能用作规范，尤其是在不明环境中，必须要经过试验才可以选材。哈氏C-276合金中没有足够的Cr来耐强氧化性环境的腐蚀，如热的浓。这种合金的产生主要是针对化工过程环境，尤其是存在混酸的情况下，如烟气脱硫系统的出料管等。下表是四种合金在不同环境下的腐蚀对比 试验情况。(所有焊接试样采用自熔钨极氩弧焊)

四种金属在不同环境下的腐蚀对比试验 腐蚀率 （毫米/） 试验环境 （沸腾） 基典型316 本 焊接 基AL-6XN 本 焊Inconel625 接 基本 基C-276 本 焊接

金属试样 20%醋酸 45%蚁酸 10%草酸 20%磷酸 10%氨基磺酸 10%硫酸 10%碳酸氢钠 0.003 0.277 1.02 0.177 1.62 9.44 1.06 试 样 金属 试样 0.003 0.262 0.991 0.155 1.58 9.44 1.06 0.0036 0.116 0.277 0.007 0.751 2.14 0.609 试 样 金属 试样 0.0018 0.142 0.274 0.006 0.381 2.34 0.344 0.0076 0.13 0.15 0.001 0.12 0. 0.10 金属 试样 0.013 0.07 0.29 0.001 0.07 0.35 0.07 试 样 0.006 0.049 0.259 0.0006 0.061 0.503 0.055

哈氏C-276合金可以用作燃煤系统的烟气脱硫部件，在这种环境下C-276是最耐蚀的材料。下表是C-276合金和典型316在烟气模拟系统“绿色死亡”溶液中的腐蚀对比试验情况。

“绿色死亡”溶液中的腐蚀对比试验 “绿色死亡”溶液 （沸腾） 7%硫酸

腐蚀率 (mm/a) 典型316 破坏 6

C-276 0.67 3%盐酸 1%CuCl2 1%FeCl3

由上表可见，C-276合金对混合的具有氯离子的酸、盐溶液有很好的耐蚀性能。 哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入将C-276合金的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力大大提高。C-276合金在海水环境中被认为是惰性的，所以C-276被广泛地应用在海洋、盐水和高氯环境中，甚至在强酸低PH值情况下。下表是四种金属在6%FeCl3(按ASTM标准G-48执行)溶液中发生缝隙腐蚀的对比情况。

缝隙腐蚀发生情况 缝隙腐蚀发生温度 合金 °F 典型316 AL-6XN Inconel625 C-276 27 113 113 140 °C 2.5 45 45 60

C-276合金中高含量的Ni和Mo使其对氯离子应力腐蚀断裂也有很强的抵抗能力，下表是四种金属在不同含氯离子溶液中的应力腐蚀断裂试验情况。

氯离子应力腐蚀断裂试验情况 弯曲U形试样试验时间（Hours）和试验结果 试验溶液 42%MgCl2(沸腾) 33%LiCl(沸腾) 26%NaCl(沸腾) 典型316 失败(24小时) 失败(100小时) 失败(300小时) AL-6XN 兼有(1000小时) 抵抗(1000小时) 抵抗(1000小时) Inconel 625 抵抗(1000小时) 抵抗(1000小时) 抵抗(1000小时) C-276 抵抗(1000小时) 抵抗(1000小时) 抵抗(1000小时)

二、物理性能

C-276合金的物理性能如下表所示：

密度：8.90g/cm3, 比热：425J/kg/k, 弹性模量：205Gpa(21℃)

热传导率 温度

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热传导率 ℃ -168 -73 21 93 204 316 427 538 W/m.K 7.3 8.7 10.2 11.0 13.0 15.1 17.0 19.0 线膨胀系数 线膨胀系数 从21℃到 ℃ 93 204 316 427 538 线膨胀系数 10-6 /℃ 11.2 12.0 12.8 13.2 13.4

三、机械性能

典型的C-276合金的拉力试验结果如下表所示，其材料是在1150℃退火，并以水急冷。

力学性能试验值 温 度 (℃) -196 -101 21 93 204 316 427

屈服强度σ0.2 (Mpa) 565 480 415 380 345 315 290 8

抗拉强度σb (Mpa) 965 5 790 725 710 675 655 延伸率δ5 （%） 45 50 50 50 50 55 60 538 270 0 60

对C-276合金进行冷变形加工会使其强度增加。在对其进行冲击试验时，V形槽冲击试样采用10mm厚的板材（板材要经过退火处理），如果试样是采用焊接的试样，则在同样的温度范围，它会显示出一定的柔韧性，这是因为焊缝的原因。板材冲击试验结果如下表所示。 试验温度（℃） -196 21 200 V形槽试样冲击功（J） 245 325 325 C-276合金和普通奥氏体不锈钢有相似的成形性能。但由于其比普通奥氏体不锈钢的强度要大，所以，在冷成形加工过程中会有更大应力。此外，这种材料的加工硬化速度比普通不锈钢快得多，因此在有广泛冷成形加工过程中，要采取中途退火处理。

四、焊接及热处理

C-276合金的焊接性能和普通奥氏体不锈钢相似，在使用一种焊接方法对C-276焊接之前，必须要采取措施以使焊缝及热影响区的抗腐蚀性能下降最小，如钨极气体保护焊（GTAW）、金属极气体保护焊（GMAW）、埋弧焊或其他一些可以使焊缝及热影响区抗腐蚀性能下降最小的焊接方法。但对于诸如氧炔焊等有可能增加材料焊缝及热影响区含碳量或含硅量的焊接方法是不适合采用的。

关于焊接接头形式的选择，可以参照ASME锅炉与压力容器规范对C-276焊接接头的成功经验。

焊接坡口最好采用机械加工的方法，但是机械加工会带来加工硬化，所以对机械加工的坡口处进行焊接前打磨是必要的。

焊接时要采用适宜的热输入速度，以防止热裂纹的产生。

在绝大多数腐蚀环境下，C-276都能以焊接件的形式应用。但在十分苛刻的环境中，C-276材料及焊接件要进行固溶热处理以获得最好的抗腐蚀性能。

C-276合金的焊接可以选择自身作焊接材料或填料金属。如要求在C-276的焊缝中添加某些成分，象其它镍基合金或不锈钢，并且这些焊缝将暴露在腐蚀环境中时，那么，焊接所用的焊条或焊丝则要求有和母材金属耐腐蚀相当的性能。

哈氏C-276合金材料固溶热处理包括两个过程：（1）在1040℃~1150℃加热；（2）在两分钟之内快速冷却至黑色状态（400℃左右），这样处理后的材料有很好的耐蚀性能。

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因此仅对哈氏C-276合金进行消应力热处理是无效的。在热处理之前要清理合金表面的油污等可能在热处理过程中产生碳元素的一切污垢。

C-276合金表面在焊接或热处理时会产生氧化物，使合金中的Cr含量降低，影响耐蚀性能，所以要对其进行表面清理。可以使用不锈钢丝刷或砂轮，接下来浸入适当比例和氢氟酸的混合液中酸洗，最后用清水冲洗干净。

3：Hastelloy C-22 Alloy（哈氏C-22合金）

一、耐蚀性能和产品形式

哈氏C-22合金是一种Ni-Cr-Mo合金，它对点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀断裂均有极强的抵抗力。Ni、Cr、Mo和W的共同作用，使哈氏C-22合金在较大的氧化和还原性环境范围内具有优异的耐蚀性能。

下表所示可见，哈氏C-22合金在大多数苛刻的环境中有突出的耐蚀性能，它对焊接操作或锻造操作中晶间碳化物的析出和多元相的产生有抵抗性能。

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沸腾溶液中的腐蚀试验数据 试验溶液 试样状态 合金 C-22 HCl(1%) 普通板 C-276 625 C-22 HCl(1%) 焊接态（GTAW） C-276 625 C-22 H3PO4(20%) 普通板 C-276 625 C-22 H3PO4(20%) 焊接态（GTAW） C-276 625 C-22 H2SO4(10%.) 普通板 C-276 625 C-22 H2SO4(10%) 焊接态（GTAW） C-276 625 C-22 FeCl3(6%) 普通板 C-276 625 C-22 FeCl3(6%) 焊接态（GTAW） C-276 625 腐蚀率（mm/a） 0.36 0.33 0.92 0.329 0.293 - 0.003 0.010 0.010 0.003 0.005 - 0.351 0.353 0.2 0.351 0.503 - 0.015 - - 0.015 - - 下表是以ASTM标准进行的腐蚀试验数据 ASTM测试方法 试样状态 合金 C-22 G28/PracticeA 普通板 C-276 625 G28/PracticeA

腐蚀率（mm/a） 1.63 5.59 0.58 1.63 焊接态（GTAW） 11

C-22 C-276 625 C-22 G28/PracticeB 普通板 C-276 625 C-22 G28/PracticeB 焊接态（GTAW） C-276 625 C-22 G28/PracticeC 普通板 C-276 625 C-22 G28/PracticeC 焊接态（GTAW） C-276 625 C-22 G28/PracticeD 普通板 C-276 625 C-22 G28/PracticeD 焊接态（GTAW） C-276 625 - - 0.42 1.14 ＞ 0.36 - - 1.72 23.1 - 1.77 23.4 - 3.47 - - 2.85 - - G28/PracticeA=沸腾Fe2(SO4)3+50%H2SO4/24小时

G28/PracticeB=沸腾23%H2SO4+1.2%HCl+1%FeCl3+1%CuCl2/24小时 G28/PracticeC=沸腾65%HNO3/5-48小时暴露在空气中 G28/PracticeD=沸腾10%HNO3-3%HF/2-2小时暴露在空气中

哈氏C-22合金被广泛地应用于烟气脱硫系统、纸浆和造纸工业中的漂白系统、垃圾焚化炉、化工厂、制药厂和放射性垃圾储存等工业领域。

哈氏C-22合金强度高，并且有良好的延展性、焊接性和成形性能，因此在ASME和ASTM标准中都有一致的详细叙述。其材料产品形式有板材、带材、管材、棒材和锻件等。

ASME和ASTM有关哈氏C-22合金材料的标准 产品形式

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说明 ASTM 板材、带材 管材（有缝） B626 管材（无缝） B622 B575 B619 ASME SB575 SB619 SB626 SB622

二、化学成分 化学元素 C S Si Cr Mo V Co W Fe Ni UNS标准范围（重量百分比） 0.015max 0.02 max 0.08 max 20.0～22.5 12.5～14.5 0.35 max 2.50 max 2.50～3.50 2.00～6.00 余量

三、物理性能

具有典型化学成分的C-22合金退火状态下的物理性能。 项目 22℃时的密度 熔化温度范围 53℃时的热传导系数 20-217℃的热膨胀系数 22℃时的比热 22℃时的弹性模量 数值 8.62 1354-1388 9.4 12.44 422 207 单位 g/cm3 ℃ W/m-K μm/m/℃ J/kg-℃ GPa

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四、焊接性能

哈氏C-22合金的焊接性能非常好，它可以很容易地以钨极气体保护焊、金属极气体保护焊、埋弧焊等方法焊接，填料金属要求有与之相匹配的化学成分。

五、机械性能

哈氏C-22合金具有良好的热加工性能。其退火状态室温下的机械性能如下表所示，测试板材厚度范围4.76mm到50.8mm. 项目 屈服强度（0.2%变形） 抗拉强度 延伸率%（51mm） 硬度 典型板材 345MPa 724MPa 67% 87HRB ASTM B575 310*MPa 690*MPa 45% 100**HRB *最小 **最大

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4：Hastelloy C-59 Alloy(哈氏C-59合金)

一、引言

C-59是一种超低碳Ni-Cr-Mo合金，具有优异的耐蚀性能和高机械强度。其性质有如下几条：

1、在氧化性和还原性条件下有广泛的耐蚀性能；

2、对点蚀和缝隙腐蚀有良好的抵抗力，同时对氯致应力腐蚀断裂有免疫特性。 3、对无机酸如、磷酸、硫酸、盐酸和硫酸盐酸混合酸有良好的耐蚀性能； 4、对含有杂质的无机酸同样有良好的耐蚀性能； 5、对40℃以下任何浓度的盐酸有良好的耐蚀性能； 6、被许可在-196-450℃之间使用于压力容器上；

7、被NACE标准MR-01-75 Ⅶ级许可使用在酸气环境下。 (NACE是美国和印度的国家电子顾问委员会)

二、化学成分

C-59合金的化学成分表如下所示。

化学成分 Min 余量 Max 24.0 1.5 0.010 0.5 0.01 16.5 0.3 0.4 0.015 0.005 Ni Cr 22.0 Fe C Mn Si Mo 15.0 Co Al 0.1 P S

三、耐蚀性能和应用

C-59合金是一种有极低含碳量和含硅量的Ni-Cr-Mo合金，在热加工和焊接过程中不倾向于产生中间相，所以此合金可以应用于化工过程中的氧化性和还原性介质。

由于有较高的含Ni、Cr、Mo的含量，C-59对氯离子有良好的耐蚀性能。在涉及氧化性环境的标准腐蚀试验中已经证实：C-59合金有比其它Ni-Cr-Mo合金更高级的性能。C-59合金在还原性环境中有良好的耐蚀性能，例如：10%沸腾硫酸溶液中的腐蚀率是其它Ni-Cr-Mo合金的1/3左右，在盐酸环境下同样有很好的耐蚀性能。

下面两表是不同腐蚀试验情况。

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C-276和C-59试验对比 腐蚀率(mm/a) 试验介质 C-276 ASTM G28A 沸腾24小时 ASTM G28B 沸腾24小时 5.0-6.0 1.5 C-59 0.625 0.1

三种不同合金在不同溶液中腐蚀试验 腐蚀率(mm/a) 试验介质 Inconel625 10%H2SO4沸腾3×7天 20%H2SO4+15000ppm Cl(NaCl) 3×7天 80℃ 50%H2SO4+15000ppm Cl(NaCl) 3×7天 50℃ 98.5%H2SO4 3×7天 ----- 150℃/200℃ ----- 0.28/0.15 --C-276 0.575 0.08 C-59 0.15 0.03 1.0-1.2 0.03 0.65 0.42 0.38

下表是三种合金的CPT和CCCT试验情况 合金 Inconel625 C-276 C-59 CPT 100℃ 115-120℃ ＞130℃ CCCT 85-95℃ 105℃ 110℃ 试验溶液：7Vol.%H2SO4+3Vol.%HCl+1%CuCl2+1%FeCl3-6H2O(绿色死亡溶液)， 时效24小时后，以5℃递增。

应用：

C-59合金在化工、石油化工、能源和环保工程等。

1、含氯有机过程设备，尤其是在有卤族酸性催化剂存在的情况下； 2、纸浆和造纸工业中的溶解和漂白系统设备；

3、焚化炉和烟气脱硫系统的预热器、阀门、叶轮等元件； 4、酸气处理系统设备和元件； 5、醋酸和醋酐反应器； 6、硫酸冷凝器。

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四、物理性能

密度：8.6g/cm3

熔点范围：1310-1360℃ 磁导率：20℃，(RT)≤1.001

高温下的物理性能 室温到T的热温度 ℃ 20 100 200 300 400 500 600 比热 J/kg-k 414 425 434 443 451 459 4 热传导系数W/m-k 10.4 12.1 13.7 15.4 17.0 18.6 20.4 电阻率 μΩcm 126 127 129 131 133 134 133 弹性模量 膨胀系数 GPa 210 207 200 196 190 185 178 10-6/k 11.9 12.2 12.5 12.7 12.9 13.1

五、力学性能

下表是C-59合金固溶处理状态的力学性能表。

室温下的最小力学性能 尺寸 0.2%屈服强度产品形式 mm 薄板和带材* 板* 棒 0.5-6.4 5.0-30 ≤100 340 380 690 40 (Mpa) (Mpa) (Mpa) (%) 1.0%屈服强度抗拉强度 延伸率 δ5 *力学值依据德国国家标准VdTüV数据505

下表是依据德国国家标准VdTüV数据505，在高温下的力学性能值。 温度 ℃

0.2%屈服强度① MPa ksi 1.0%屈服强度① MPa 17

抗拉强度② MPa ksi 延伸率δ5 (%) ksi 93 100 200 204 300 316 400 427 450 ≥290 ≥250 ≥220 ≥190 175≥ ≥43 ≥36 ≥31 ≥26 ≥330 ≥290 ≥260 ≥230 ≥215 ≥48 ≥42 ≥37 ≥32 650(620) 615(585) 580(550) 545(515) 525(495) 95(91) (85) 84(80) 77(74) 50 ①对于板厚度在30-50mm之间的材料，其屈服强度值要减去20MPa ②只针对棒材

最大许用应力 锻件、棒、板、带 材料温度 ℃ MPa 38 93 100 149 200 204 260 300 316 343 371 399 400 172 161 147 134 ksi 25.0 25.0 24.7 23.3 22.0 20.9 20.4 19.8 19.4 焊接管件的焊缝系数取0.85

六、V形槽冲击功

室温下的平均值：≥225J/cm2 -196℃下：≥200 J/cm2

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七、晶体结构

C-59合金的是面心立方晶体结构。

八、制造和热处理

C-59合金可以很容易地用普通制作工艺来加工。 1、加热

C-59合金在热处理前和热处理过程中不可以和任何污染物接触。

在含有S、P、Pb和其它低熔点金属的环境中加热，会使C-59合金的性能下降。污染物的来源主要有标记笔痕迹、温度指示漆、粉笔、润滑油脂、燃料等。

加热炉燃料的含硫量必须低，天然气的含硫量必须低于0.1%(质量)，燃料油的含硫量不可超过0.5%。

炉气环境应该是轻微的氧化性，不可以在氧化性和还原性之间波动。不可以让火焰直接冲击合金材料。

2、热加工

C-59合金可以在950-1180℃之间进行热加工。冷却要用水急冷。 热加工后退火可以确保材料有良好的耐蚀性能。 3、冷加工

退火的C-59合金才可以用来冷加工，C-59合金的加工硬化率是很高的，对成形设备的要求要高一些。

当冷变形加工执行时，工序间退火是必要的。 4、热处理

固溶热处理温度应该在1100-1180℃，最好在1120℃处理。

水冷是确保材料有最好耐蚀性能的基本要点。在任何热操作过程中，材料表面必须清洁。

5、除垢

C-59合金焊缝附近的氧化物比其它不锈钢要紧密的多，可以用细砂轮打磨干净。 酸洗前，材料表面的氧化物、污点等可以用细砂轮或不锈钢丝刷打磨干净。 6、机加工

机加工C-59合金应该是固溶处理状态。由于其加工硬化率较大，所以相对于低合金奥氏体不锈钢来说，要采用较低的表面切削速度，且进刀量要大，以忽略硬度较高的表面。同时要让刀具处于连续运转的状态。

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九、焊接

焊接镍基合金时，要遵守下列操作规程：

1、工作场地

C-59合金的焊接场该是的，最好和碳钢加工场地分开，同时不可以有气流扰动。

2、着装

焊接着装应该采用皮革手套和工作服。 3、加工工具和机械

工具要采用镍基合金专用工具，制造和加工机械如：剪板机、卷板机、压制机械等，其工作台面要用毛毡、纸板、塑料等覆盖，防止C-59合金表面在加工过程中被压入污染物，导致最终的腐蚀。

4、清理

基材金属的焊缝区域清理和填料金属的清理应该使用丙酮。 5、坡口准备

C-59合金的焊接坡口成形可以采用机械方法，如车削成形、磨削成形或刨制成形；等离子切割也是可以的，不过切割后的坡口要打磨干净，并且不可以使坡口附近过热。

6、坡口角度一般焊接后应该立即用不锈钢丝刷刷去氧化部分。

镍基合金和特种不锈钢相对于普通碳钢的一般区别在于其有较低的热传导系数和有较高的热膨胀率。其焊接焊脚要大(1-3 mm)，坡口角度要在60-70°左右，主要因为C-59合金的熔化金属有较高的粘性，而且其焊后收缩倾向比较大。

7、引弧

引弧时只可以在即将焊接的焊缝区域内进行，不可以在已完成的焊接件上，以免造成耐蚀性能的下降。

8、焊接工艺

C-59合金可以用多种常规焊接工艺焊接，如：TIG/GTAW，MIG/MAG，手工金属焊接、等离子弧焊等。不过焊接前的清理是必要的。

9、焊接参数和有关影响因素

焊接时要谨慎选择热输入量，一般要采用较低的热输入量，层间温度不要超过150℃。同时采用较薄的焊道焊接工艺。下表是C-59合金的焊接参数。

焊接参数 板

焊接 填料金属 焊接参数 20

焊接 气流等离等 厚 mm 方法 根部焊层 中间和上部 速度cm/min 量 l/min 子气流量 l/min 离子焊嘴尺寸 mm 速度m/cm A V A V 尺寸 mm 3.0 6.0 8.0 10.0 3.0 5.0 手工GTAW 手工GTAW 手工GTAW 手工GTAW 自动GTAW 自动GTAW 热焊丝 2.0 2.0-2.4 2.4 2.4 1.2 1.2 0.5 0.5 90 100-110 110-120 110-120 10 10 11 11 110-120 120-130 130-140 130-140 150 150 11 12 12 12 10 10 10-15 10-15 10-15 10-15 25 25 8-101 8-101 8-101 8-101 15-201 15-201 手工控制 手工控制 2.0 GTAW 热焊丝 10.0 GTAW 等离子 4.0 弧焊 等离子 6.0 弧焊 8.0 MIG/MAG2 1.0 0.3 180 10 80 15-201 1.2 0.45 手工控制 250 12 40 15-201 1.2 0.5 165 25 25 301 3.01 3.2 1.2 1.0 1.2 2.5 2.5-3.25 4.0 0.5 ~8 ~5 190-200 GTAW GTAW 40–70 40–70 25 130-140 130-150 40-70 70-100 90-130 23-27 23-27 ~21 ~22 ~22 25 24-30 20-26 301 18-201 18-201 3.51 3.2 10.0 MIG/MAG2 6.0 8.0 16.0 SMAW SMAW SMAW ~21 ~21 1=纯氩气或氩气+3%氢气 2=建议使用氦气保护焊接

下表是焊接能量输入情况

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单位长度焊接能量输入(参考值) 单位长度能量输入值 焊接工艺 kJ/cm GTAW手工或自动 热焊丝GTAW 等离子弧焊 Max8 Max6 Max10 MIG/MAG手工或自动 SMAW 焊接工艺 kJ/cm Max11 Max7 单位长度能量输入值 一般焊接后应该立即用不锈钢丝刷刷去氧化部分。

其它镍基合金(other Nickle-base alloys)

1：Inconel600 Alloy(因康镍600合金)

一、引言

Inconel600合金是一种Ni-Cr合金，可以使用在从低温到1093℃的温度范围内。

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Inconel600合金没有磁性，焊接性能良好。

Inconel600合金可以使用在广泛的腐蚀环境下。高的镍含量让600合金对还原性环境有一定的耐蚀性能，同时铬的加入让600合金对弱氧化性环境有一定的耐蚀性能。由于镍含量相当高，所以600合金对氯离子应力腐蚀断裂有优异的耐蚀性能。

600合金的成形性能类似于稳定的奥氏体不锈钢的性能。

二、化学成分

600合金的化学成分如下表所示。

化学成分 元素 C Mn S Si Cr Ni+Co Fe Cu wt% 0.05 0.25 0.002 0.20 15.5 余量 8.0 0.10

三、产品形式和标准

600合金的产品形式主要有板材、带材。供货状态主要是退火状态，薄板和带材也

可以以正火状态供货。下表是600合金的一些国际标准。 标准 产品形式 ASTM 板、带材 B168 B167 管及管件 B516 B517 冷凝器用管 棒和锻件 B5 丝

ASME SB168 SB167 SB516 SB517 SB163 SB166 AMS 5540 5580 B163 B166 5665 SB5 SB166 23

B166 5687

四、耐蚀性能和应用

600合金的高镍含量让它对中等强度的还原性环境有良好的耐蚀性能，同时对氯离子应力腐蚀断裂有也良好的耐蚀性能，因此，600合金可以使用在MgCl2溶液中。

相似地，铬让600合金在弱氧化性环境中有一定的耐蚀性能，从某种意义上讲，600合金已经是商业纯镍的替代品。但在象热的浓的强氧化性溶液中，600合金的耐蚀性能比较差。

600合金在中性和碱性的盐溶液中不会有腐蚀情况发生，可以使用在苛刻的腐蚀环境中。

600合金对蒸汽和蒸汽、空气、碳的氧化物的混合气体有抵抗力，但在含有硫的高温气体环境中则会腐蚀。

600合金在高温时对碳化有极佳的抵抗力，且对氧化有良好的抵抗，所以长期以来此合金被用于热处理工业上。在中等高温时对脱水Cl2和HCl气体有良好的抵抗性。600合金在碱液浓缩过程中耐热应力腐蚀。

总结起来600合金主要有如下几点特性： 1、直到1093℃时仍然具有抗氧化性； 2、耐碳化性；

3、到大约538℃时对脱水Cl2仍然有抵抗性； 4、对氯离子应力腐蚀断裂有免疫力； 5、对碱的腐蚀有良好的抵抗力。 其应用场合如下所示： 1、热处理相关元件及设备； 2、温度达到538℃的氯化设备； 3、纸浆厂的碱溶解池； 4、碱液浓缩相关设备。

五、物理性能 密度：8.42g/cm3

比热：(0-100℃)460J/kg-k 磁导率：＜1.02

下表是600合金的线性热膨胀系数数据

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线性热膨胀系数 21℃-T 93 204 316 427 538 9 760 系数 10-6/℃ 12.4 13.1 13.7 14.2 14.6 15.1 15.7 下表是600合金的热传导系数数据

热传导系数 温度℃ 21 93 204 316 427 538 热传导系数W/m-k 14.8 15.4 17.1 18.7 20.6 22.5

六、力学性能

退火状态室温下的力学性能如下表说示。 0.2%屈服强度(MPa) 255 抗拉强度(MPa) 0 延伸率δ5(%) 45

下表是600合金短时间高温拉力性能数据，低温时的性能被加入以作对比。 测试温度 ℃ -79 316 427 538 9

0.2%屈服强度(MPa) 292 213 203 197 183 25

抗拉强度(MPa) 734 624 610 579 448 延伸率δ5(%) 46 49 47 39 760 871 982 117 62 28 190 103 53 46 80 118 冲击性能

600合金即使在零度以下也有良好的韧性。下表是600合金板材V形槽冲击性能数据。 测试温度 ℃ -73 21 538 退火 244 244 217 冲击强度J 热轧 244 244 217 冷轧 -- 156 --

七、加工和热处理

1、冷成形

600合金的冷成形性能非常好。高镍含量可以阻止冷加工时奥氏体向马氏体的转变，301和304不锈钢在冷加工时会产生此类转变。600合金的加工硬化倾向比301和304不锈钢低，可以使用多种加工方式对600合金进行大规模的变形操作。

600合金的高温退火会让其晶粒长大。大范围的成形操作会使合金表面产生波纹状的“橘皮”现象，主要因为其晶粒较大的缘故，但这种现象对材料的性能并没有坏处。

2、热处理

600合金不会由于热处理产生硬化，只会产生冷加工强化。

冷加工后退火可以软化材料。软化温度可以在871℃到1149℃之间进行。在982℃或更高的温度情况下，晶粒长大非常迅速，但在1038℃作短时间的停留可以软化材料，又不会产生不适当的晶粒长大。

热处理后的冷却可以慢速冷却，也可以快速淬火冷却，都会得到相当的硬度。 3、焊接

600合金可以采用标准的电阻焊和熔化焊。现在有大量的焊条和焊丝可以用来焊接600合金。600合金的焊缝附近会产生紧密的氧化物，只可以打磨去除。另外焊接时最好采用惰性气体保护焊。

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2：Incoloy800 Alloy(因克罗依800、800H、800AT合金)

一、引言

800合金是一种用来抵抗氧化和碳化的Ni-Fe-Cr合金。其镍的含量达到32%，使800合金对氯致应力腐蚀断裂和σ相的析出使合金变脆有良好的抵抗力。800合金耐均匀腐蚀的性能也很出色。在固溶处理状态，800H和800AT有出众的蠕变和应力断裂性能。800合金基础上的这三种合金都通过了ASME锅炉和压力容器用材规范的审核，规范在第一部分—电站锅炉；第三部分—核容器；第八部分：非直接触火压力容器中都有关于

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800系列合金的应用标准。

800系列合金基本一样，除了在800H中碳含量稍高(0.05-0.10%)，800AT中加入了1.00%的Al+Ti。800合金一般可以使用到593℃。800H和800AT一般应用在对蠕变和应力腐蚀断裂要求很高的593℃以上的温度。

二、化学成分

800系列合金的典型化学成分如下表说示。

化学成分 元素 C Mn P S Si Cr Ni Ti Al Ti+Al Cu 800 0.02 1.00 0.020 0.010 0.35 21.0 32.0 0.40 0.40 0.30 800H 0.08 1.00 0.020 0.010 0.35 21.0 32.0 0.40 0.40 0.30 800AT 0.08 1.00 0.020 0.010 0.35 21.0 32.0 1.00 0.30

三、材料标准

下表是800系列合金的国际标准。 标准 产品形式 ASTM 板、带 焊管 无缝管 B407 棒 锻件

ASME SB409 SB163 SB407 SB408 SB5 28

AMS 5871 B409 B514* B163 B408 B5

*只适用于800合金

四、腐蚀性能与应用

800系列合金的镍含量要比304不锈钢家族高的多，在很多介质情况下，800系列合金和304不锈钢都很相似，例如在很多工业气体和化工介质如和有机酸中，它们有相当的性能。不论是800系列合金还是304不锈钢都不可以使用在硫酸环境下，除非是低温、低浓度的情况。

象奥氏体不锈钢一样，800系列合金如果在538-760℃范围内加热时间过长，则在合金的晶界会析出铬的碳化物，让合金出现敏化现象，使合金在象酸洗的环境和65%环境中产生晶间腐蚀。

800系列合金虽然对氯离子应力腐蚀开裂没有免疫力，但是对其耐蚀性能还是很好的。在石油、化工、食品、纸浆和造纸等工业领域有良好的耐蚀性能。显然800系列合金可以在使普通奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂的中等腐蚀环境下使用。然而，800系列合金对MgCl2溶液的应力腐蚀断裂没有免疫力。

800合金最典型的应用是高温下的应用，如焚烧炉元件、石化重整装置、加氢裂化管件、常规电厂和核电站的过热蒸汽处理设备。高含量的铬和镍使800系列合金对氧化和碳化有良好的抵抗力。

800系列归纳起来有如下特性：

1、按ASME标准在9℃下应用有很高的设计强度； 2、管子可应用在982℃以下的温度； 3、在1038℃温度下仍有抗氧化性； 4、耐氯离子腐蚀。

五、力学性能

800系列合金的典型室温力学性能如下表所示。其中800合金在982℃退火，800H和800AT合金在1149℃退火，退火温度不同主要因为材料的强度不同的缘故。

800合金的力学性能 测试温度 (℃) 21 93 260 427

0.2%屈服强度(MPa) 295 274 234 230 29

抗拉强度(MPa) 600 563 525 514 延伸率δ5 (%) 44 43 39 40 538 9 760 816 219 200 156 98 496 372 221 171 39 56 85 91

800H和800AT的力学性能 测试温度 (℃) 21 93 316 427 538 9 760 871 982 0.2%屈服强度(MPa) 200 166 131 125 114 102 99 80 61 抗拉强度(MPa) 531 490 459 454 438 384 223 128 70 延伸率δ5 (%) 52 53 53 53 51 50 78 120 120

六、加工和热处理

1、冷成形

800系列合金表现出优良的成形性能，高镍含量阻止奥氏体向马氏体的转变，在301和304不锈钢冷加工时就可能产生这种转变，大范围的成形操作会使合金表面产生波纹状的“橘皮”现象，主要因为其晶粒较大的缘故，但这种现象对材料的性能并没有坏处。

2、热处理

800合金的退火处理一般在982-1038℃之间，目的主要是细化晶粒。

800H和800AT的热处理温度一般在1121-1177℃之间进行，除软化材料目的之外，还有就是使材料的晶粒长大，改善抗蠕变和应力断裂性能。

3、焊接

800系列合金可以使用GTAW或MIG等焊接方法焊接。

现在有大量的焊条和焊丝可以用来焊接800合金。800合金的焊缝附近会产生紧密的氧化物，只可以打磨去除。另外焊接时最好采用惰性气体保护焊。

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蒙乃尔400(monel 400)

一、引言

蒙乃尔400是一种单相固溶体Ni-Cu合金，它在很多介质环境下有良好的耐蚀性能。从轻微的氧化性介质环境到中性环境，到适宜的还原性环境，都有良好的耐蚀性能。这种合金作为耐蚀材料使用有很长的历史。在20世纪早期，人们就试图以高含量铜的镍矿石来冶炼合金，如今的蒙乃尔400中镍铜含量的比例还和当初的矿石相似。

和商业纯镍一样，蒙乃尔400在退火状态下的强度很低，因为这个原因，此材料常常要求回火处理，以提高其强度。

其特性可以归纳为如下几点：

1、在海洋和化工环境下有良好的耐蚀性能； 2、对氯离子应力腐蚀开裂很不敏感； 3、从零度以下到550℃都有良好的机械性能； 4、被ASME认可可以用作在-10~425℃下的压力容器； 5、良好的加工和焊接性能。

二、化学成分 元素 最小 最大 Ni 63.0 Fe 1.0 2.5 C 0.15 Mn 1.25 Si 0.5 Cu 28.0 34.0 Al 0.5 S 0.02

三、材料标准 标准 产品形式 ASTM B127 板材和带材 B163 无缝管 B165 B1 棒材和锻件 B5 丝 4731 SB5 4730 SB165 SB1 4675 SB163 4574 ASME SB127 AMS 4544 ASTM:美国材料试验协会标准；ASME:美国机械工程师协会标准；AMS:美标

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四、物理性能

密度：8.8g/cm3 熔点范围：1300~1350℃ 温度 ℃ -130 -75 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 比热 （J/kg-k） 430 445 465 478 490 热传导系数（W/m-k） 22 24 26 29.5 33 36.5 40 44 48.5 52 56 58 电阻率 （μΩcm） 51.3 54 55.5 57.5 58.5 60 61.8 63.5 65.5 67.5 弹性模量 （Gpa） 182 180 177 170 165 150 热膨胀系数 (20℃~T) 10-6/k 11.5 12.1 13.9 15.5 15.8 16.0 16.3 16.6 17.0 17.4 17.5

五、 性能和应用

蒙乃尔400对中性环境和碱、盐环境有优异的耐蚀性能，现在已成为盐厂的标准应用材料。

这种合金材料是少有的几种可以耐氟、氢氟酸、氟化氢或它们的衍生物的金属。它在烧碱中也很耐蚀，在海水环境中有和铜基合金相似的耐空泡腐蚀性能，在硫酸、盐酸等环境中，尤其是没有空气中的情况下，效果更好。但是，由于材料中不含Cr，在氧化性环境中腐蚀率会大大增加。

虽然蒙乃尔400对氯离子应力腐蚀开裂具有很好的抵抗力，但是在有汞或潮湿暴露的氟化氢气体的环境中会产生应力腐蚀开裂。此时要注意对材料进行消应力热处理。

其典型的工程应用如下：

1、电站的给水和蒸汽发生器管道系统； 2、盐厂的加热器和蒸发器主题部分； 3、硫酸和氢氟酸的烷化装置； 4、工业换热器；

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5、原油蒸馏装置中的复合板； 6、近海装置的防浪罩； 7、海水系统中推进器和泵的轴；

8、核燃料生产中的铀和同位素分离系统； 9、烃氯化生产中的泵和阀； 10、 MEA再沸器管道。

六、 力学性能

室温下的最小力学性能 抗拉强度状态 标准 DIN 退火 ASTM 、ASME 480 BS DIN VdTüV-Wbl 消应力 ASTM 、ASME 550~600 BS DIN 硬化 ASTM 、ASME 690~760 620 2 700 650 3 ~210 275~415 20 550 580 300 400 25 18 ~170 195 220* 35 （MPa） 450 0.2%屈服强度（Mpa） 180 1.0%屈服强度（MPa） 210 延伸率δ5 （%） 35 布氏硬度 （HB） ≤150 * 仅为英国国家标准规定值

德国国家标准VdTüV-Wbl中的最小力学性能 退火 最小0.2%屈服强度 状况 温度℃ MPa 100 150 200 135 300 130 400 130 425 130 100 420 200 390 300 380 400 370 425 360 抗拉强度

ISO标准V形槽冲击强度：（平均值） 退火状态 ≥150J/cm2

应力消除状态 ≥100J/cm2

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七、制造与热处理

蒙乃尔400可以很容易地用传统的工艺方法来制造。

1、加热

在热处理之前要确保蒙乃尔400表面洁净，这点非常重要。

如果在加热过程中蒙乃尔400表面存在S、P、Pb或其他低熔点的金属等污染物，则合金的性能可能会被削弱。污染物的来源主要有标记笔痕迹、温度指示漆、润滑油脂和炉气。其中炉气的含硫量必须低。

炉气应该是中性的，或有轻微的还原性，切不可让炉气在还原性和氧化性之间波动。炉中火焰不可以直接冲击材料。

2、热加工

蒙乃尔400可以在800~1200℃范围内进行热加工，但在925℃以下时只可以做轻微的锻造。热弯曲可以在1025~1200℃之间进行。为了进行热加工要求装炉热处理时，则要把炉温首先加热到1200℃，然后把蒙乃尔400材料放入加热。

材料加热要遵循一个准则：每100mm厚加热60分钟。加热时间一到，立刻取出材料进行热加工，如在热加工过程中材料温度下降到最小热加工温度以下则要重新加热。

3、冷加工

冷加工的蒙乃尔400材料必须是退火状态。因为它具有比碳钢稍高的加工硬化率，所以成形装备要作适宜的改变。冷加工成形要做工序间退火处理。

冷变形有时也用来改善机械性能。如果材料要用在如汞、潮湿暴露的氟化氢气体等易产生应力腐蚀开裂的环境下，建议进行消应力热处理。

4、热处理

蒙乃尔400材料退火温度一般在700~900℃，在825℃时效果最宜。处理后快速空冷可以获得很好的耐蚀性能。

退火温度和退火时间直接关系到材料的最终晶粒尺寸，因此要仔细考虑退火参数。 而且退火炉中气体含硫量必须要低，以免使材料脆化。消除应力热处理一般在300℃的低温下保温1~3小时即可。

对于管材，应力消除热处理温度一般控制在550~650℃。 任何热处理之前材料表面的清洁必须重视。 5、除垢

蒙乃尔400材料焊缝附近的氧化物和污点比不锈钢材料的要紧密，在和氢氟酸混酸中酸洗之前可以用砂轮打磨，或在盐浴中预处理。

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6、机加工

蒙乃尔400材料应该在退火状态下进行机加工。冷成形和应力消除后的材料更加容易加工，对此种材料的加工硬化要有足够的认识，例如：表面切削速度和碳钢相比要小一些，刀具要连续运转，为避开表面硬化层，进刀量要大等。

机加工刀具应该是镍基合金和高合金不锈钢专用刀具，刷焊缝要采用不锈钢刷。制造和加工机械如：剪板机、压力机、卷板机等要采取避免含铁杂质污染的措施。加工场地要清洁，并和碳钢加工场地分开。

7、焊接

蒙乃尔400材料的焊接坡口适宜用机械 加工方法完成，若对坡口打磨应避免产生局 部过热。由于镍合金和高合金不锈钢相对碳 钢有明显的物理性质上的差异，它们热传导 系数低，并且热膨胀系数较大，对于这点焊 接时要采用夹紧、大的焊脚（1-3mm）等方 法来解决。因为蒙乃尔400材料焊接熔化金 属的流动性较差，所以要采用大的坡口角度 （60-70°）的设计，以让焊丝能填满焊缝。 焊前对坡口和焊条用丙酮清洗,焊接方法用 GTAW即可，焊丝用ERNiCu-7.

蒙乃尔400焊接前不需要预热，一般也不

需要焊后热处理，因为加工后的材料强度有 所提高，对以后的使用有一定的益处。

常用焊接坡口形式如右图所示。

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钽(Tantalum)

钽材在大多数无机酸中耐蚀性能非常优良，和玻璃非常相似，在化学工业中具有重要用途，除了氢氟酸、氟、发烟硫酸和碱外，几乎能耐一切化学介质（包括沸点的盐酸、和175℃以下的硫酸）的腐蚀。

钽对75%以下稀硫酸耐蚀性能优良，可使用于任何温度；对不充气的浓硫酸可用于160~170℃；对充气的浓硫酸可用于250~260℃，超过此温度腐蚀就增大。一般在170℃以上高温使用前要先进行试验研究。钽材对磷酸的耐蚀性能也较好，但酸中如含有微量的氟(＞4ppm)时，则腐蚀率加大。

钽材在碱中通常不耐蚀，会变脆，在高温、高浓度下腐蚀更快。

钽能与高温气体(惰性气体除外)反应，O2、N2、H2等可渗入内部使之变脆，如与初生态H接触，也会吸氢变脆。因此，钽材设备不可与较活性金属(如Fe、Al、Zn)等接触，因为易构成钽—铁(Al、Zn)原电池，由此原电池反应产生的氢将破坏钽阴极，使设备失效。如果用氢超电压极小的一小块铂(面积大约为钽的万分之一)与钽连接，那么所有的氢将在铂上放出，可以避免氢对钽的破坏。

钽材耐蚀性能优异，但价格昂贵，所以其应用形式主要是复合板和衬里,并且为了降低成本，钽层的厚度希望尽可能的薄，所以复合板或衬里焊接非常困难，因为钽材和钢材的熔点相差悬殊，(钽材的熔点为2996℃，钢材的熔点为1400℃)且Fe与Ta在高温下会形成Fe2Ta脆性金属间化合物，如果措施不当，容易导致焊缝开裂。

在薄层钽钢复合板或衬里的焊接中，复层的厚度对其可焊性有重要影响，图1是Ta1/16MnR复合板焊接示意图，复层厚度h越小，复合界面上的温度T越高。当T＞1500℃时，界面上的16MnR就会出现一个熔化区。而Fe和Ta在1460℃时将发生共晶反应，产生Fe2Ta脆性金属间化合物，在焊接应力作用下，很容易产生裂纹并且在界面上钽的一侧会向钽焊缝熔池方向扩展，严重时会产生贯穿性的裂纹，这时基层被熔化的铁将穿过贯穿性裂纹向钽焊缝熔池中扩散，并与钽发生反应生成Fe2Ta脆性化合物，使焊缝开裂。

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为了防止产生这种现象的首要因素就是适当增加复层厚度或采取其他措施降低界面温度，例如在界面预先复合异常外一层其它导热迅速的金属，以便把焊接时产生的热量向四周迁移。关于复层厚度和复合板可焊性的关系，经过大量试验，可以建立一个界面温度Ts与复层厚度h之间关系的模型。如图2。

当h≤2.0mm时，界面钢发生熔化，铁扩散到焊缝中，焊缝出现裂纹。当h＞2.0mm时，可以实现钽钢复合板的焊接，且复层厚度越大，可焊性越好。一般情况下，复层厚度选用2.5~4.0mm为宜。而用作衬里时，则用0.3~0.5mm即可。

锆(Zirconium)

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一、 引言

锆是一种活性金属，很容易产生氧化反应。如在室温下就能和空气里的氧起反应，形成一层氧化物保护膜。这层保护膜给了锆和锆合金最好的防腐能力。此氧化膜可以通过热处理工艺来进一步加强，表面显微硬度大致可以达到维卡硬度计480（洛氏硬度C标度47）。处理适当的加强氧化膜如同优良的轴承面，可以抵御各种不同介质的腐蚀，给高速系统设备带来相当强的耐磨能力，同时也给某些高腐蚀环境带来强大的抗腐蚀能力。锆对还原性环境的耐蚀性非常好，对大多数酸的抗蚀能力优良，其中对小于10%的沸腾硫酸有良好的耐蚀性能，对10~40%的硫酸可适用至100℃，对50~60%的硫酸可适用至60℃，对70~80%的硫酸可适用至35℃，只在氢氟酸、浓硫酸、王水等介质中腐蚀严重。对氧化性环境如、铬酸也有良好的耐蚀性，但如含有氯化物（如FeCl3,CuCl2），则腐蚀激增。在含有Fe3+和Cu2+的环境还会产生孔蚀。对碱液、熔碱、盐液的耐蚀性能优良，但不耐湿氯。在化学工业中主要应用于盐酸、熔碱、醋酸等行业。

下表是锆材在醋酸等化工过程中腐蚀数据

腐蚀性能表 介质 浓度，% 5 25 醋酸 50 75 99.5（无水） 醋酐65.43%+醋酸 34.3%+苯0.27% 氯醋酸 二氯醋酸 三氯醋酸 100 100 100 100 100 100 144 144 144 0 0.214 11.6 沸腾 144 0.0015 温度，℃ 100 100 100 100 沸腾 时间，h 144 144 144 144 144 腐蚀速率，mm/a 0 0 0.0007 0 0 锆合金即使在低温下也有良好的延展性，以及与其它工程合金相仿的强度。氧元素除了是氧化膜不可缺少的组成成分外，还是锆合金填补结构空隙，增加其强度的合金元素。锆合金在低温下没有从可塑到脆化的倾向。

二、化学成分

锆合金的锆、铪总含量达95.5%到99.2%。其中铪的含量最高可以达到4.5%。非

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核用锆合金分为两个级别：Zr702和Zr705，这两种级别的材料都具有优良的防腐蚀性能，只在物理性能和机械性能方面稍有不同。Zr702是商用材料，Zr705则是锆和铌的合金，以增强其强度和改善其模锻的性能。表1列出了锆合金的化学成分。其中铪含量的变化对材料物理性能、机械性能和防腐性能没有大的影响。

表1 化学成分 级别 元素 锆+铪 最低 铪 最高 铁+铬 最高 锡 最高 氢 最高 氮 最高 碳 最高 铌 氧 最高 Zr702 重量% 99.2 4.5 0.20 - 0.005 0.025 0.05 - 0.16 Zr705 重量% 95.5 4.5 0.20 - 0.005 0.025 0.05 2.0~3.0 0.18

三、热力学性质

锆及锆合金的热力学性质如下表所示。 项目 熔点 比热KJ/Kg-K(0-100℃) 2000℃ 蒸汽压mmHg 3600℃ 导热系数W/m-K(300-800K) 38℃ 149℃ 热膨胀系数10/℃ 260℃ 371℃ 熔化潜热 Cal/gm 蒸发潜热 Cal/gm 7.0 7.4 60.4 1550 5.6 5.9 - - -6Zr702 1852℃ 0.2847 0.01 900 22 5.8 6.3 Zr705 1840℃ 0.2805 - - 17.1 3.6 4.9

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四、机械性能

表1列出了锆及锆合金的物理性能。从表中可以看出：锆及锆合金的弹性模量随着

温度升高而迅速减小。锆及锆合金的比重要比以镍铁为主的不锈钢合金低20%多。

图1、图2和表2显示了典型的锆及锆合金在退火后的机械性能数据。这些图表的数据显示了不同温度下纵向和横向性能的平均数值。屈服强度和延伸率数据是用0.2%永久变形测定法测定的。和大部分有色金属一样，锆及锆合金逐渐地从弹性过度到塑性。其某些物理和力学性能受到有向性的影响。这些性能包括热膨胀、屈服强度、极限抗拉强度、延伸率、缺口韧性和弯曲塑性都随方向不同而有不同程度的变化。

两个级别的锆及锆合金的延伸率都随温度的增高而有明显的增加。这个延展性的增加和摄氏204度时的低屈服强度，为某些成形制造减少了工艺上的困难。

表1 物理性质 项目 室温 38℃ 93℃ 149℃ 弹性模量，Gpa 204℃ 260℃ 316℃ 371℃ 切变弹性模量，Gpa 泊松比 （室温） 比重 g/cm3 (20℃) 80.7 75.2 69.9 .1 36.2 0.35 6.51 84.2 81.0 77.8 74.7 34.5 0.33 6. Zr702 99.2 98.6 93.1 86.9 Zr705 94.7 93.8 90.5 87.3 表2 机械性质(冷加工，经退火) Zr702 项目 极限抗拉强度（Mpa） ASTM最低值 室温 93℃ 149℃ 204℃

Zr705 极限抗拉强度（Mpa） 552 615.0 - 388.9 - 屈服强度 延伸率0.2%永（Mpa） 379 506.1 - 272.3 - 久变形法（%） 屈服强度 延伸率0.2%永（Mpa） 207 321.1 267.5 195.8 139.3 久变形法（%） 379 468.1 3.0 303.7 229.6 16 28.9 31.5 42.5 49.0 41

16 18.8 - 31.7 - 260℃ 316℃ 371℃ 200.6 197.9 156.5 128.9 97.2 82.0 49.0 40.1 44.1 326.1 - - 195.8 - - 28.9 - -

五、热处理

1、退火

冷加工的纯锆，其消应力退火温度约为300℃。为降低其腐蚀和吸氢速率及稳定组织，一般都在冷加工后进行消应力退火。消应力退火后，锆合金强度变化不大，而塑性明显提高。

2、淬火

锆在迅速冷却时，可能发生切变型马氏体的转变，一般来说，锆及其合金在β区淬火可得到一定程度的硬化。如含有0.02%C，0.03%O，0.135%Al及微量其他杂质的晶条锆在1000℃淬火，抗拉强度从269Mpa上升到310Mpa，400℃回火后强度还会增加。

3、淬火时效

在研究和使用过程中发现Zr705是典型的通过淬火时效而强化的合金。

大量的试验结果也表明：热处理规范强烈地影响着Zr705合金的力学性能、腐蚀性能等，而且也只有通过热处理和冷加工才能得到满意的高强度和高的耐蚀性能。

Zr705的固溶处理温度通常是880℃，保温0.5小时，然后淬火，淬火后的维氏硬度值为245±5kg/mm2.

时效温度通常是500℃，合金的硬度在最初的3-6小时内增加，然后保持在最大值265±7kg/mm2（维氏硬度），如在较低的300℃和400℃时效，则将缓慢地达到硬度峰值。

锆及锆合金的成品硬化迅速。在565℃下作半小时至一小时的应力消除热处理就可以把残留应力消除。

图1 Zr702

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图2 Zr705

五、美国机械工程师协会允许应力

两种级别的锆合金都经批准用于制造按ASME的锅炉与高压容器标准设计的压力容器。Zr705材料则需要在焊接后14天内作应力消除热处理。表3列出了根据ASME锅炉与高压容器标准第二部分，D段，用2001版对安全系数的重新规定对1997年修订版所要求的允许应力值进行了修改。

六、疲劳极限

锆合金的疲劳极限（即低于此应力值无破损）和大部分铁合金相似。但在常温下，

锆合金在轧制方向的横向上，具有稍高的极限抗拉强度。这个横向上稍高强度的性能和大部分铁合金不同。这是由于密排六方晶体结构的α相锆和体心立方晶体结构的α相铁在定位方向上性能不同而造成的。这个横向强度的增加在应力高于疲劳极限时更明显。 图3显示了有缺口和无缺口圆锆试样的S-N强度曲线。理论上的弹性应力集中系数Kt是3.5。强度降低系数Kf，其定义为无缺口疲劳强度与有缺口疲劳强度之比，在室温下其数值为2.6，在400℃时为1.6。表4列出了非合金典化法制锆和锆合金的疲劳极限数据。

表3 ASME允许应力值（Ksi）

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形式 平辊 SB551 级别 状态 100°F 200°F 300°F 400°F 500°F 600°F 700°F Zr702 Zr705 15.8 22.9 13.7 19.0 11.1 16.2 9.1 14.3 7.7 12.9 6.6 11.9 5.8 11.3 管材 SB523 Zr702 Zr705 无缝 无缝 15.8 22.9 12.0 16.6 11.1 16.2 9.1 14.3 7.7 12.9 6.6 11.9 5.8 11.3 管材 SB523 Zr702 Zr705 焊接* 焊接* 13.4 19.4 11.7 16.1 9.5 13.7 7.8 12.1 6.5 11.0 5.6 9.7 4.9 8.7 锻件 SB493 Zr702 Zr705 棒材 SB550 Zr702 Zr705 15.8 22.9 13.7 19.0 11.1 16.2 9.1 14.3 7.7 12.9 6.6 11.9 5.8 11.3 15.8 22.9 12.0 16.6 11.1 16.2 9.1 14.3 7.7 12.9 6.6 11.9 5.8 11.3 *焊接管的允许应力值以85%接合效率为基准；

*焊管制作时不能用填充金属

表4 疲劳极限 疲劳极限（psi） 合金 无缺口 非合金，碘化法制锆 Zr705经4小时556℃热处理 21，000 42，000 有缺口 8，000 8，000

图3 疲劳曲线

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华氏度与摄氏度换算关系：

OF=1.8×OC+32

不锈钢(stainless steel)

由于现代冶金技术的进步，不锈钢产品取得了重大的飞跃，其中一部分高性能不锈

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钢在一定环境下的耐蚀性能已经可以代替某些镍基合金、钛合金等高级合金，使设备的造价有所降低，并同样拥有优越的综合性能。

高性能不锈钢主要可以分为三类：超级奥氏体不锈钢；超级铁素体不锈钢；双相钢。其中超级奥氏体不锈钢的代表有：AL-6XN、904L、33、20Cb-3、926合金等；超级铁素体不锈钢的代表有：AL-29-4C、E-BRITE26-1等；双相钢的代表有：2205、225等。

对于不锈钢和其它合金来说腐蚀破坏大部分仍然是由于点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀造成的。

1：点腐蚀

评价耐蚀合金抗点腐蚀的性能可以通过合金成分用“点蚀当量”（PREN）来衡量。其公式如下所示。

PREN=(%Cr)+3.3(%Mo)+30(%N)

此公式是总结出来的经验公式，只可以用做参考，不可以做选材依据。从上式可以看出N含量对抗点蚀有优异的促进作用；其次是钼。

2：缝隙腐蚀

评价耐蚀合金抗缝隙腐蚀的能力可以用“临界缝隙腐蚀温度-CCCT”来衡量，下表列出了几种合金在10%FeCl3的溶液中的临界缝隙腐蚀温度。

合金牌号 温度℃ 合金牌号 温度℃ 316L -3 E-B26-1 21 825 -3 G Alloy 30 317L 2 625 38 904L 15 AL-6XN 43 2205 20 C-276 55 3：晶间腐蚀

晶间腐蚀是由于对耐蚀合金采用了不恰当的焊接、热处理或热加工造成碳化铬及金属间相（如σ相）在晶界沉淀而产生的一种局部腐蚀，

4：应力腐蚀

合金的应力腐蚀失效的主要表现形式是应力腐蚀断裂，它是由于合金在腐蚀和一定方向拉应力的同时作用下产生破裂。防止应力腐蚀的方法有以下一些：消应力热处理、改进结构设计，避免应力集中、表面采用喷丸处理产生压应力等

以下两表归纳了我国和世界上其他国家常用不锈钢牌号的对照。

国内外不锈钢标准钢号对照表 中国 GB1220-92[84]

日本 JIS 美国 AISI 46

英国 BS 970 德国 DIN 17440 法国 NFA35-572 GB3220-92[84] UNS Part4 BS 1449 Part2 DIN 17224 NFA35-576~582 NFA35-584 0Cr13 1Cr13 2Cr13 3Cr13 3Cr13Mo 3Cr16 1Cr17Ni2 7Cr17 11Cr17 8Cr17 1Cr12 4Cr13 9Cr18 9Cr18Mo 9Cr18MoV 0Cr17Ni4Cu4Nb 0Cr17Ni7Al 0Cr15Ni7Mo2Al 00Cr12 0Cr13Al[00Cr13Al] 1Cr15 1Cr17 [Y1Cr17] 00Cr17 1Cr17Mo 00Cr17Mo

SUS410S- SUS410 SUS420J1 SUS420J2 --- SUS429J1 SUS431 SUS440A SUS440C SUS44013 SUS420J2 SUS440C SUS440C SUS440B SUS630 SUS631 SUS410 SUS405 SUS429 SUS430 SUS430F SUS430LX SUS434 SUS436L 410S S41000 410 420 S4200 --- --- 431 S43100 440A S44002 440C S44004 44013 S44003 440C 440C 440B 630 S17400 631 S17700 632 S15700 405 S40500 429 S42900 430 S43000 430F S43020 434 S43400 47

410S21 420S29 420S27 420S45 --- --- 431S29 405S17 430S15 434S19 X7Cr13 X10Cr13 X20Cr13 --- --- X22CrNi17 X4DCr13 X105CrMo17 X90CrMoV18 X7CrNiAl177 X7CrAl13 X8Cr17 X12CrMoS17 X6CrMo17 Z6C13 Z12Cr13 Z20Cr13 --- --- Z15CN-02 Z40C13 Z100CD17 Z6CN17.12 Z6CNU17.04 Z8CNA17.7 Z8CND15.7 Z6CA13 Z8C17 Z10CF17 Z8CD17.01 00Cr18Mo2 00Cr27Mo 00Cr30Mo2 1Cr17Mn6Ni5N 1Cr18Mn8Ni5N 2Cr13Mn9Ni4 1Cr17Ni7 1Cr17Ni8 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Si3 Y1Cr18Ni9 Y1Cr18Ni9Se 0Cr18Ni9 00Cr19Ni10 0Cr19Ni9N 00Cr19Ni10NbN 00Cr18Ni10N 1Cr18Ni12 [0Cr20Ni10] 0Cr23Ni13 0Cr25Ni20 0Cr17Ni12Mo2 00Cr17Ni14Mo2 0Cr17Ni12Mo2N

SUS444 SUSXM27 SUS447J1 SUS201 SUS202 SUS301 SUS301J1 SUS302 SUS302B SUS303 SUS303Se SUS304 SUS304L SUS304N1 SUS304N SUS304LN SUS305 SUS308 SUS309S SUS310S SUS316 SUS316L SUS316N XM27 S44625 201 S20100 202 S20200 301 S30100 302 S30200 302B S30215 303 S30300 303Se S30323 304 S30400 304L S30403 304N S30451 XM21 S30452 305 S30500 308 S30800 309S S30908 310S S31008 316 S31600 316L S31603 316N S31651 48

284S16 301S21 302S25 303S21 303S41 304S15 304S12 305S19 316S16 316S12 X12CrNi177 X12CrNi177 X12CrNi188 X12CrNiS188 X2CrNi X2CrNi1 X2CrNiN1810 X5CrNi1911 X5CrNiMo1812 X2CrNiMo1812 Z01CD26.1 Z12CN17.07 Z10CN18.09 Z10CNF18.09 Z6CN18.09 Z2CN18.09 Z5CN18.09A2 Z2CN18.10N Z8CN18.12 Z6CND17.12 Z2CND17.12 00Cr17Ni13Mo2N 0Cr18Ni12Mo2Ti 0Cr18Ni14Mo2Cu2 00Cr18Ni14Mo2Cu2 0Cr18Ni12Mo3Ti 1Cr18Ni12Mo3Ti 0Cr19Ni13Mo3 00Cr19Ni13Mo3 0Cr18Ni16Mo5 0Cr18Ni11Ti 1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni11Nb 0Cr18Ni13Si4 0Cr18Ni9Cu3 1Cr18Mn10NiMo3N 1Cr18Ni12Mo2Ti 00Cr18Ni5Mo3Si2 0Cr26Ni5Mo2 1Cr18Ni11Si4AlTi 1Cr21Ni5Ti SUS316LN SUS316J1 SUS316J1L SUS317 SUS317L SUS317J1 SUS321 SUS347 SUSXM15J1 SUSXM7 SUS329J1 317 S31700 317L S31703 321 S32100 347 S34700 XM15 S38100 XM7 S31500 320S17 317S16 317S12 347S17 320S17 X2CrNiMoN1812 X10CrNiMo1810 X2CrNiMo1816 X10CrNiTi1 X10CrNiNb1 X10CrNiMoTi1810 3RE60(瑞典) Z2CND17.12N Z6CND17.12 Z6CNT18.10 Z6CNNb18.10 Z6CNU18.10 Z8CND17.12

国内应用的不锈钢非标准钢号与国外钢号对照表

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介绍几种典型高级不锈钢，以帮助了解它们的基本性能。

中 国 00Cr25Ni4Mo4 00Cr29Ni2Mo4 00Cr22Ni5Mo2N 00Cr21Ni7Mo2N 00Cr25Ni7Mo3N 00Cr25Ni6Mo2CuN 0Cr25Ni5Mo2Cu3 00Cr25Ni7Mo3WCuN 00Cr26Ni6Ti 00Cr26Ni7Mo2Ti 00Cr23Ni4MoN 00Cr25Ni22Mo2N 00Cr20Ni25Mo4.5Cu 0Cr20Ni29Mo3Cu4 0Cr20Ni30Mo3Cu4Nb 0Cr27Ni31Mo3Cu 00Cr20Ni18Mo6CuN 00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN 00Cr25Ni20Mo6CuN 00Cr17Ni14Si4Nb 00Cr18Ni20Si6MoCu 00Cr13Ni4Mo 0Cr12Ni5Ti 0Cr13Ni8Mo2Al 0Cr13Ni5Cu3Nb 0Cr16Ni6MoCuNb 00Cr12Ni10AlTi 0Cr17Ti 00Cr17Ti 1Cr28 日 本 329J2L DP8 DP3 NAR-SN-1 美 国 UNS S44635 UNS S44800 UNS S31803 UNS S32404 UNS S32550 Frralium 255 CD4MCu UNS S31260 IN744 UNS S32304 904L UNS N004 Carpenter 20 Carpenter 20Cb UNS N08082 UNS S31254 UNS S32654 AM363 PH13-8Mo 15-5 PH Custom 450 Unimar CR-1 瑞 典 Avesta Monit SS 2377 SAF 2205 SAF 2507 SAF 2304 2RE69 2RK65 SS 2562 Sanicro 28 SS 2504 254 SMO SS 2378 654 SMO Sandvik SX 法 国 Uranus 45N Uranus 50 Z3CN2304 AZ UR 35N UB-6 Z5CND13-04 ZBCT17 德 国 DZN 1.4462 AF22 X2CrNiMoN2522 X2CrNiMoCu25205 DIN 1.4563 X1NiCrMoCuN31274 X1NiCrMoCuN25206 X8CrTi17 X8CrTi17 X8CrMoTi17

1：AL-6XN超级奥氏体不锈钢

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一、引言

AL-6XN是美国Allegheny Ludlum公司生产的低碳、高纯氮系超级奥氏体不锈钢。它对氯离子的点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀有优异的抵抗力，它本身的属性使其在酸或碱性环境下都表现出良好的性能。它主要的应用场合如下所示。

1、化工储罐和管道； 2、海洋油气田平台；

3、海水冷凝器、热交换器和管道；原道； 4、纸浆漂白过程中的洗滤器、桶和压力辊； 5、电站烟气冲刷环境； 6、脱盐设备和泵； 7、核电站给水管道系统； 8、海洋环境下的变压器外壳； 9、高纯药品生产设备。

二、 化学成分

AL-6XN化学成分 含量，Wt.% 化学元素 典型的AL-6XN C Mn P S Si Cr Ni Mo N Cu Fe 0.02 0.40 0.020 0.001 0.40 20.5 24.0 6.2 0.22 0.2 余量 ASTM标准 0.03max 2.00max 0.040max 0.030max 1.00max 20.00/22.00 23.50/25.50 6.00/7.00 0.18/0.25 0.75max 余量 三、材料标准

ASME和ASTM关于AL-6XN材料的标准如下表所示。 产品形式

ASME 51

ASTM 板材和带材 棒材和丝 焊管 焊接管件 无缝管和管件 锭 锻造管法兰及接头 可锻焊接件 锻件 填料金属焊接管 铸件 SB688 SB691 SB675 SB676 SB690 - SB462 SB366 SB5 - - B688 B691 B675 B676 B690 B472 B462 B366 B5 B804 A743/A744

四、耐蚀性能

重要的设计选择决定经常是依据实验室和现场挂片试验所得的结果，对金属在一定环境下的耐腐蚀性能的预测，要考虑金属本身的特性和环境的因素。

一般来说，不锈钢的最通常的失效形式是由于氯离子的点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀断裂而造成的局部腐蚀。

用在海水和烟气系统的不锈钢的一个重要特征就是有良好的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力。Al-6XN含有较高水平的Cr、Mo、Ni，其中Mo的含量达到6~7%，使Al-6XN有优异的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力。下表是依据ASTM标准对几种合金所进行的耐腐蚀性能测试结果。 成分（Wt.%） 合金 Cr 304 316 317 904L AL-6XN 18.0 16.5 18.5 20.5 20.5 Mo - 2.1 3.1 4.5 6.5 N 0.06 0.05 0.06 0.05 0.22 19.8 24.9 30.5 36.9 47.6 ＜-2.5 ＜-2.5 1.7 20 43 - 15 19 40 80 - - 25 45 78 PREN1 CCCT2 ℃ CPT3 ℃ CPT4 ℃ 1 PREN=Cr+3.3(%Mo)+30(%N) “点蚀当量”

2 基于ASTM G-48B标准（6%FeCl372小时，有缝隙）“临界缝隙腐蚀温度” 3 基于ASTM G-48A标准（6%FeCl372小时）“临界点蚀温度”

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4 测试溶液：4%NaCl+1%Fe2(SO4)3+0.001 M HCl “临界点蚀温度”

在AL-6XN中Cr是对抗中性和氧化性环境腐蚀的主要元素。Cr、Mo、N增加了Al-6XN的抗点蚀和缝隙腐蚀的能力，Ni,Mo增加了材料对氯离子应力腐蚀和缝隙腐蚀的抵抗能力，也让合金在还原性环境下有良好的耐蚀性能（如稀硫酸）。

下表是不同腐蚀环境下的腐蚀性能试验结果。 腐蚀速率 mm/a 试验环境 316 （沸腾） 基本试样 20%醋酸 45%蚁酸 10%草酸 20%磷酸 10%氨基磺酸 10%硫酸 10%硫酸氢钠 50%氢氧化钠 65% 1%盐酸 ＜0.01 0.28 1.02 0.18 1.62 9.44 1.06 3.12 0.87 5.33 焊接试样(自熔) ＜0.01 0.26 0.99 0.16 1.58 9.44 1.06 3.45 0.74 5.49 基本试样 ＜0.01 0.06 0.19 ＜0.01 0.24 1.83 0.12 0.29 0.66 5.16 焊接试样(自熔) ＜0.01 0.07 0.23 ＜0.01 0.27 1.94 0.17 0.28 0.66 5.16 Al-6XN

下表表明了不同合金在化工环境中的腐蚀对比情况。 腐蚀速率 mm/a 试验溶液和温度 ℃ 304 0.1%盐酸 90 0.2%盐酸 70 60%硫酸 50 95%硫酸 30 85%磷酸 70 10% 90 65% 116 65%+2%盐酸 50 10%+3%氢氟酸 70

316 0.06 0.87 .4 53

20 alloy 0.10 0.23 7. C-276 0.22 23.1 0.28 6.70 Al-6XN ＜0.01 ＜0.01 0.12 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 0.66 0.21 2.62 0.46 0.28 0.21 157 80%醋酸 103 50%蚁酸 105 0.13 0.46 ＜0.01 0.06

实验室模拟了电站烟气冲刷高酸性环境，硫酸、盐酸和氯化盐溶液在试样上的实验结果如下表所示。（试样采用焊接态） 模拟冲刷溶液 H2SO4-7VOL% HCL-3VOL% CuCl2-1Wt% FeCl3-1Wt% 50℃ 基材金属 317L(4.2%Mo) 317L(4.2%Mo) 317L(4.2%Mo) 904L 904L AL-6XN 填料金属 匹配 G合金 625（覆盖电极） G合金 625 625 重量损失(mg/cm2) 26.9 22.1 18.6 22.5 23.3 2.2 点蚀区域 焊缝 基材、焊缝 熔合线、基材 基材、焊缝 焊缝 焊缝 1、点腐蚀

AL-6XN耐氯离子的点蚀和缝隙腐蚀性能非常优良，在美国，现在已经有超过30000000英尺的薄壁管材应用在海水和盐水工程的换热器上，有的使用已经超过10年，但仍然完好无损，没有发生点蚀和缝隙腐蚀情况。

下表是依据ASTM G48B标准对四种金属在10%FeCl3溶液中的缝隙腐蚀发生情况所做的试验。 合金 304 316 AL-6XN Inconel625 缝隙腐蚀发生温度(℃) ＜-2.5 -2.5 45 45 当然，缝隙腐蚀发生的温度与很多因素有关，例如：缝隙的几何形状、尺寸；缝隙表面的光洁度等。所以此试验的数据有其典型性和普遍性。

试验已经证明AL-6XN对纸浆漂白溶液（含有氯离子或氯的氧化离子）有很好的耐

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蚀性能。对317L不能使用的场合AL-6XN也可以使用，所以AL-6XN还经常用来维修或升级低合金不锈钢设备。

2、应力腐蚀

不锈钢材料对抗氯离子的应力腐蚀断裂主要依靠合金中的镍成分。试验表明：合金中的镍含量超过12%时，对氯离子的应力腐蚀就有明显的抵抗力。AL-6XN中的镍含量在24%左右，在沸腾的MgCl2溶液中有良好的耐应力腐蚀性能。同样，当合金中的Mo含量超过3%时，材料对氯离子的应力腐蚀也有良好的抵抗力。AL-6XN中的Mo含量在6%左右，相对来说应该是比较大的Mo含量，同样也增加了它对应力腐蚀的抗性。高含量的Ni和Mo使得AL-6XN对氯离子的应力腐蚀抵抗比304、316、20号合金等要好得多。

3、冲刷腐蚀

AL-6XN不象铜基合金，它在高冲刷的环境下不会增加腐蚀率。 4、晶间腐蚀

AL-6XN是采用先进的AOD工艺冶炼制得，在其中添加了N，但是因为它有极低的含碳量，所以它同样有良好的耐晶间腐蚀性能。

下表是AL-6XN典型的晶间腐蚀试验数据。 试验方法 ASTM A262A (电解刻蚀溶液) ASTM A262B(G28A) 0.39mm/a (Fe2(SO4)3-50%H2SO4) ASTM A262E (Cu-CuSO4-16%H2SO4) ASTM A262F 0.577mm/a (Cu-CuSO4-50%H2SO4) 0.599mm/a 没有裂纹 通过 没有裂纹 通过 0.372mm/a 基本材料 通过 焊接试样 通过

五、物理性能

密度：8.06g/cm3 熔点范围：1320-1400℃ 导磁率：1.0028（磁强度200） 热传导系数：20-100℃ 13.7W/m-k 比热：500J/kg-k

动态弹性模量

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温度 o弹性模量 ℃ 24 93 204 316 427 538 106psi 28.3 27.4 26.1 24.8 23.4 22.1 GPa 195 1 180 171 161 152 F 75 200 400 600 800 1000

线性热膨胀系数 温度范围 o线性热膨胀系数 ℃ 20-100 20-200 20-300 20-400 20-500 20-600 20-700 20-800 10-6/ oF 8.5 8.6 8.8 8.9 9.1 9.3 9.5 9.8 10-6/ oC 15.3 15.5 15.7 16.0 16.4 16.7 17.1 17.6 F 68-212 68-392 68-572 68-752 68-932 68-1112 68-1292 68-1472

六、力学性能

1、室温下的力学性能

AL-6XN中N的存在，使它比其他奥氏体不锈钢有更高的强度。同时，它具有稳定的奥氏体结构，甚至在极度变形的情况下也不会转变成马氏体。当然，AL-6XN也有一定的延展性和成形性能。

下面列举了退火板材的典型的力学性能 屈服强度：380Mpa 抗拉强度：760Mpa 延伸氯 ：45% 断面收缩率：60%

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硬度： RB 90 BHN 185 R30T 72

2、高温下的拉伸性能 试验温度 (℃) 21 93 149 204 260 316 371 427 482 538 0.2%屈服强度 (MPa) 365 325 290 270 255 235 230 230 220 215 抗拉强度 (MPa) 770 725 670 0 620 605 595 585 580 560 延伸率δ5 (%) 50 45 45 45 45 45 45 45 44 42

3、抗冲击性能

退火状态下的AL-6XN材料有良好的韧性，尤其是在零度以下还有极好的抗冲击性能。下表是却贝V形槽冲击试样的结果（试样在试验温度下保温1小时）。 试验温度 Ft-1bs oJ 190 135 115 F ℃ 20 -129 -196 140 100 85 68 -200 -300 七、制造

1、冷成形

对普通奥氏体不锈钢的冷成形加工工艺同样适用于AL-6XN。由于AL-6XN有更高的强度，所以变形加工要有更大的载荷。

2、热成形

AL-6XN的热加工温度应该在1000-1260℃之间，在这个温度下，AL-6XN的强度

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介于普通300系列不锈钢和镍基合金之间，如625和276合金。

热加工过后，为了获得更好的耐蚀性能，在除垢和酸洗后要进行整体退火和淬火热处理。

3、机械加工

和其他奥氏体不锈钢一样，AL-6XN机械加工比较困难，因为其强度和加工硬化倾向比较大，所以，机械加工时要采用大的切削力。机加工速度一般是304不锈钢的2/3。

八、焊接

在AL-6XN和自身的焊接过程中，为了使焊缝有良好的耐蚀性能，可以选用高一级的焊丝如625、112和276。采用高合金填料的焊缝具有延展性。

而对于匹配的填料金属和自熔焊一般不采用，因为其焊缝的耐蚀性能无法保障。自熔焊焊缝的耐蚀性能可以通过在1107℃下的退火加快速冷却来改善。为了使焊缝不受腐蚀环境的支配，可以采用普通奥氏体填料金属。

为了避免产生热裂纹，在焊接和退火前要避免和铜和黄铜接触。 ※管子和管板的焊接

AL-6XN的管子和管板的密封焊可以采用自动焊和手工焊接设备。焊接可以采用自熔焊或适宜的耐蚀材料填料金属。管板材料如果是典型316或高级别的合金，焊接可以采用自熔焊。特殊的腐蚀环境可以改变管板材料的选择。焊接试验显示：AL-6XN管子和管板的焊接，其焊缝及热影响区不会因为中间相的产生而导致耐蚀性能有较大的下降。

九、热处理

AL-6XN应该在1107-1232℃之间退火并快速冷却，相对缓慢的冷却速度会增加中间相的产生，导致材料耐蚀性能下降。材料中N元素的加入在540-1040℃延迟了中间相的产生，但并不能阻止它的产生。

AL-6XN在空气或氧化性气体中退火会产生富Cr的氧化物。和其它高钼合金一样，对于可能使Mo大量流失的加工工序（如长时间的退火）要避免，如果无法避免将使材料表面很容易产生点蚀。

一旦富Cr的氧化物形成，则材料表面也会产生贫Cr现象。所以在退火后，贫Cr表面必需以机械方法去处，然后在和氢氟酸的混合液中酸洗。但是AL-6XN很强的耐蚀性能使它很难酸洗，必需有高的酸浓度，加上高温，长时间浸泡等方法才可以达到酸洗的效果。

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十、AL-6XN+增强型新材料

AL-6XN+是在AL-6XN材料的基础上升级型的材料。它完全符合美国UNS N08367标准，但有更高的Cr、Mo、N合金元素的含量以提高耐蚀性能。下表是AL-6XN和AL-6XN+的成分对比和点蚀当量(PREN)对比情况。

成分对比表 元素 C Mn P S Si Cr Ni Mo N Cu Fe PREN AL-6XN 0.02 0.40 0.020 <0.001 0.40 20.5 24.0 6.2 0.22 0.2 余量 47.5 AL-6XN0.02 0.35 0.020 <0.001 0.35 21.8 25.3 6.7 0.24 0.2 余量 50.0(min) +

下表是临界点蚀温度和临界缝隙腐蚀温度的试验对比情况。

腐蚀对比试验 试验方法 ASTM G48 酸性FeCl3溶液 PracticeB ASTM G48 酸性FeCl3溶液 PracticeC ASTM G48 酸性FeCl3溶液 PracticeD

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+ 试验溶液 试验表面 光滑酸洗表面 AL-6XN CCCT=43℃ AL-6XNCCCT=55℃ 光滑酸洗表面 CPT=75℃ CPT=90℃ 光滑酸洗表面 CCCT=35℃ CCCT=45℃ ASTM G150 1M NaCl 普通表面 ECPT=78℃ ECPT=90℃ CCCT=临界缝隙腐蚀发生温度 CPT=临界点蚀温度 ECPT=电化学临界点蚀温度

力学性能

由于AL-6XN+的化学成分在UNS N08367标准规定的范围内，所以其力学性能和AL-6XN基本上没有区别。可以参考AL-6XN的力学性能。

2：904L奥氏体不锈钢

一、引言

904L是一种可用于中高级别腐蚀的奥氏体不锈钢，具有较高含量的Cr和Ni，同时在其中还加入了一定量的Mo和Cu，以增加耐蚀性能。此合金有极低的含碳量，可以在焊接情况下用在多种腐蚀环境下。

904L高含量的Ni和Mo使合金对氯离子应力腐蚀断裂有良好的抵抗力，虽然不能完全抵抗沸腾的MgCl2溶液的腐蚀，但仍然不失为一种良好的耐蚀材料。904L中的Cr、Mo、Ni使其在很多均匀腐蚀和氯离子点蚀环境下有比典型316和317更好的耐蚀性能。

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合金中铜的加入让合金在还原性环境如热磷酸、稀硫酸中具有较好的耐蚀性能。

904L合金在ASTM和ASME标准中都有一致的说明可以参考。其产品形式也很多样，在后面将有详细叙述。

二、化学成分

下表是ASTM标准对904L的化学成分的规定

化学成分 元素 C Mn P S Si Cr Ni Mo Cu Fe 典型成分 0.015 1.60 0.035 0.003 0.50 20.50 24.5 4.50 1.50 余量 ASTM标准（N004） 0.020max 2.00max 0.045max 0.035max 1.00max 19.00-23.00 23.00-28.00 4.00-5.00 1.00-2.00 余量

三、耐蚀性能

下表是904L和典型316不锈钢的耐蚀性能对比试验情况 腐蚀率(mm/a) 沸腾溶液 典型316 20%醋酸 45%蚁酸 1%盐酸 10%草酸 20%磷酸 10%硫酸氢钠 50%氢氧化钠

904L 0.02 0.20 0.55 0.69 0.01 0.23 0.24 <0.01 0.28 >5 1.02 0.18 1.06 >2.5 61

10%氨基磺酸 10%硫酸 1.62 >5 0.23 2.57 1、点腐蚀

904L较高含量的Cr和Mo使它具有比典型316不锈钢更好的耐氯离子点蚀和缝隙腐蚀能力。904L的最终用途一直被认为是海水换热器的管板和纸浆和造纸工业漂白系统的设备，因为在这样有氯离子的高腐蚀环境下，904L比典型316有更强的耐蚀性能。但是，在充气的海水环境下，904L并不能完全胜任。

下表列举了几种合金在ASTM G48标准下的试验情况。在此试验中，首先观察到有缝隙腐蚀情况发生的温度称为缝隙腐蚀发生温度，这也是衡量材料耐蚀性能的参数之一。

缝隙腐蚀发生温度试验结果 合金 典型315 典型317 904L AL-6XN Inconel625 AL-29-4C 缝隙腐蚀发生温度(℃) -3 2 18 45 45 52 ASTM G-48标准=6%FeCl3溶液

2、氯离子应力腐蚀断裂

对抗氯离子应力腐蚀断裂的主要合金元素是Ni，具有25%Ni含量的904L比典型304不锈钢在这方面有明显的优势。

904L的耐蚀性能还得宜于其4.5%Mo的含量，但是904L并不能耐实验室中沸腾MgCl2溶液的腐蚀，具体对比试验结果如下表所示。

氯离子应力腐蚀试验结果 U形弯曲试样-测试时间1000小时 沸腾溶液 42%MgCl2 33%LiCl 26%NaCl 典型316 失败 失败 失败 904L 失败 通过 通过 20号合金 失败 通过 通过 3、电偶腐蚀

904L和相对耐蚀性能较差的金属同时存在于导电的溶液中时，有可能产生电偶腐

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蚀，事实上，904L可以被视作贵金属，即使被用作管板并和更好的耐蚀合金管材配套使用时，904L同样用足够的耐蚀性能抵抗电偶腐蚀。

4、晶间腐蚀

904L很低的含碳量使它即使以焊接状态使用也不容易产生晶间腐蚀。ASTM标准的A708或A262的Practice E晶间腐蚀试验方法很适合904L。下表是试验结果。

晶间腐蚀试验 腐蚀率(mm/a) 晶间腐蚀试验方法 典型315 Cu-CuSO4-16%H2SO4 (ASTM A262 Practice E) 弯曲试样 Fe2(SO4)3-H2SO4 (ASTM A262 Practice B) 65%HNO3 (ASTM A262 Practice C) 0.87 0.39 0.90 0.36 没有开裂 没有开裂 904L

四、物理性能

密度：7.95g/cm3

平均热膨胀系数：15.3×10-6/℃ （20-100℃）

16.5×10-6/℃ （20-400℃）

18.2×10-6/℃ （20-800℃）

热传导率： 20℃ 11.5W/m-k 100℃ 12.9 W/m-k 200℃ 15.2 W/m-k 磁导率：<1.02 弹性模量：190Gpa

904L的热传导率属于典型的高合金奥氏体不锈钢的性能，由于合金中Ni成分较高，所以没有铁素体相的形成，同时，即使在强烈冷变形的情况下导磁率也很低。

五、力学性能

1、材料标准 产品形式

ASTM标准 63

ASME标准 板、带 焊管 焊接管件 无缝管 棒、丝 B625 B673 B674 B677 B9 SB625 SB673 SB674 SB677 SB9 2、固溶处理材料典型力学性能 项目 屈服强度 抗拉强度 延伸率δ5（%） 断面收缩率（%） 硬度 布氏硬度 洛氏硬度 典型数据 270Gpa 605Gpa 50 55 150 79 ASTM和ASME要求 220 Gpa min 490Gpa min 36 min -- 70-90* *此硬度值仅供参考

ASME锅炉和压力容器标准的第Ⅷ部分对904L的许用应力作了如下表的规定，材料标准是UNS N004，对于焊接管及管件，焊缝系数取0.85。

许用应力 材料最高温度(℃) 38 93 149 204 260 316 371 最大许用应力(MPa) 123 115 104 95 88 83 79 3、抗冲击性能

退火的904L显示出典型的奥氏体不锈钢的性能，即使在零度以下也有良好的韧性。

4、成形性能

904L可以象标准的奥氏体不锈钢一样加工成形，但由于其强度比典型的304和316要稍高一些，所以需要更高的成形载荷。

5、焊接

904L焊接时，为了保证焊缝的耐蚀性能，填料金属建议使用与之匹配的金属或高级别的合金材料。高等级焊接填料金属主要应用在耐冲刷腐蚀的元件制造。对于高合金填料金属可以使焊缝具有延展性。

对904L有适度腐蚀的环境，匹配的填料金属就可以胜任。 6、热处理

904L要在1050-1090℃之间退火（固溶处理）并快速冷却。

3：33奥氏体不锈钢

一、引言

33号合金是一种高Cr奥氏体不锈钢。它对强氧化性环境有突出的耐蚀性能，如浓硫酸环境。尽管33合金含Mo量较低，但是对卤化物的局部腐蚀同样有优异的耐蚀性能。合金中N元素使材料有良好的延展性。

33号合金有以下几点性质：

1、对强氧化性环境的突出耐蚀性能； 2、卤化物溶液中良好的耐局部腐蚀性能； 3、对和氢氟酸混酸的良好耐蚀性能； 4、对烧碱有良好的耐蚀性能； 5、高强度和韧性； 6、加工成形容易； 7、良好的焊接性能；

65

8、良好的冶金稳定性能；

9、已被证明在压力容器上可以使用于-196-450℃之间。

二、化学成分

33号合金的化学成分如下表所示。

化学成分(Wt%) min max Ni 30.0 33.0 Cr 31.0 余量 35.0 0.015 2.0 0.5 1.2 2.0 0.6 0.020 0.010 Fe C Mn Si Cu 0.3 Mo 0.5 N 0.35 P S

三、耐蚀性能及应用

33号合金的开发主要面对的是强氧化性环境，其Cr含量高达33%，对其耐氧化性环境的腐蚀有重要的意义。同时，少量的Mo的加入改善了合金在磷酸中的耐蚀性能，而铜的加入则使合金在硫酸环境中加速钝化，提高耐蚀性能。

33号合金除了在-氢氟酸混酸环境中有良好的耐蚀性能外，对碱性介质也同样具有抵抗力。

33号合金对氯离子点蚀、缝隙腐蚀和氯离子应力腐蚀断裂也有优异的耐蚀性能。 33号合金对使用环境和本身工作表面情况有一定的敏感性。

下表是几种合金在6%FeCl3溶液中临界点蚀温度的试验情况（24小时）。

临界点蚀温度对比试验情况 合金 904L 28 926 31 33 临界点蚀温度（℃） 45 60 70 88 88 下表是33号合金和其它几种合金在-氢氟酸混酸溶液中以两种不同温度对比试验情况。

耐蚀性能对比试验 20% 合金 +3%氢氟酸 +5%氢氟酸 试验温度25℃

66

20% +7%氢氟酸 +3%氢氟酸 +5%氢氟酸 试验温度50℃ +7%氢氟酸 316 28 33 3.7mm/a 0.03 mm/a 0.01 mm/a 6.8 mm/a 0.04 mm/a 0.01 mm/a 6.3 mm/a 0.07 mm/a 0.02 mm/a 19.0* mm/a 0.20 mm/a 0.09 mm/a 27.0* mm/a 0.32 mm/a 0.12 mm/a 37.0* mm/a 0.45 mm/a 0.19 mm/a 试验时间3×7天 *试验时间7天 下表是33号合金在不同介质、不同温度和浓度的情况下的腐蚀试验数据。

33号合金腐蚀试验数据 介质 温度（℃） 100 H2SO4-98% 150 200 100 H3PO4-85% 100 154 75 25% 104(沸腾) NaOH 50% 75 100 146(沸腾) 28 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 试验时间（天） 7 7 7 1 7 1 腐蚀率（mm/a） 0.04 0.08 0.04 0.20 0.08 1.07 ＜0.01 33号合金主要应用场合如下： 1、硫酸生产设备；

2、硫酸热回收或硫酸分配系统； 3、-氢氟酸酸洗设备； 4、海水系统；

5、海水或咸水换热中的板式和管式换热器； 6、纸浆漂白系统设备。

四、物理性能

密度：7.9g/cm3 熔点范围：1330-1370℃ 磁导率：(20℃) ≤1.001 温度 ℃

比热 J/kg-k 热传导系数W/m-k 电阻率 μΩcm 67

弹性模量 GPa 室温到T的热膨胀系数 10-6/k 0 20 100 200 300 400 500 ≈500 13.4 14.6 16.0 17.5 19.0 20.4 ≈104 107 109 112 114 116 195 185 176 170 163 159 15.3 15.7 16.1 16.4 16.7

五、力学性能

下列二表是33号合金的不同产品形式的力学性能 0.2%屈服强度产品形式 (MPa) 带材(薄板) 其它 500 380 (MPa) 550 420 (MPa) 900 720 35 40 1.0%屈服强度抗拉强度 延伸率δ5 (%) HB - Max 240 布氏硬度 产品 形式 所有 100 320 {温度℃}0.2%屈服强度(MPa) 200 270 300 240 400 220 500 210 100 350 {温度℃}1.0%屈服强度(MPa) 200 300 300 270 400 250 500 240

ISO V形槽冲击强度（依据德国国家标准DIN EN 10045-1，室温状态）。 板材：≥188J/cm2 棒材、锻件：≥150J/cm2

下表是33号合金在不同温度下的许用应力(依据ASME标准2227规范)。 温度 ℃ 38 93 100 149 200

o最大许用应力 F MPa 188 170 68

Ksi 27.3 27.3 25.7 100 200 212 300 392 204 260 300 316 371 400 427 400 500 572 600 700 752 800 157 150 24.5 23.5 22.8 22.1 21.5

六、晶体结构

33号合金的晶体结构是面心立方晶格结构，大约0.4%含量的N和31%的Cr使奥氏体结构稳定，不易产生中间相。

七、制造和热处理

33号合金是一种可锻合金，可以轻松地用常规加工工艺进行制造，但在热处理之前和热处理过程中必须保证其表面不可有污染物。热处理过程中如果有硫、磷、铅和其它低熔点金属，标记笔痕迹，油脂等都可能使合金破坏。

热处理炉的炉气含硫量要尽可能的低，最好在0.1Wt%以下，炉气应该显中性或轻微的氧化性，不可以在氧化性到还原性之间波动。不可让炉火直接冲击合金表面。

1、热加工

33号合金可以在1000-1200℃之间进行热加工，冷却要以水急冷或以最快的其他方法冷却。热加工之前的加热要让加热炉温度首先升高到约1200℃左右，然后把合金放入炉中。

2、冷加工

冷加工的33号合金必须经过固溶处理，而且33号合金有比其它奥氏体不锈钢更高的加工硬化率，因此，成形设备要作相应的调整。

冷加工在进行的过程中，工序间的退火热处理是必要的。 冷加工变形量超过15%时，推荐做固溶热处理。 3、热处理

33号合金固溶热处理温度应该在1100-1150℃之间，在1120℃时最好。退火后的冷却3mm厚以上的材料采用水急冷，3mm以下的材料用快速空冷。在任何热操作过程中，首先要考虑材料表面的清洁。

4、除垢

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33号合金焊缝附近的污点和其它奥氏体不锈钢相似，在和氢氟酸溶液中酸洗前，可以用金属刷或细砂轮打磨掉。

5、机加工

33号合金应该以固溶热处理状态进行机加工，其具有较高的表面硬化率，所以在机加工时，加工速度要比低合金奥氏体不锈钢低，而且刀具要处于连续运转状态，为了避开表面硬度较高的硬化层，进刀量要大。

八、焊接

1、加工场地

33号合金的加工场地应该是的区域，最好和碳钢加工场地分开，并且保持清洁，避免气流吹入。

2、着装

要穿着干净的皮革手套和工作衣物。 3、加工工具

33号合金的加工工具应该是专用不锈钢加工工具。刷子应该由不锈的材料制作。制造和加工工具，象剪板机、卷板机等在加工时工作台上要垫上毛毡、纸板、塑料等，让合金和铁污染物分开，以免导致腐蚀。

4、清理

33号合金焊接前坡口附近要双面清理，焊丝、电极等要用丙酮清洗。不要使用其它清理物。

5、焊接坡口准备

33号合金的焊接坡口成形可以采用机械方法，如车削成形、磨削成形或刨制成形；等离子切割也是可以的，不过切割后的坡口要打磨干净，并且不可以使坡口附近过热。

6、坡口角度

镍基合金和特种不锈钢相对于普通碳钢的一般区别在于其有较低的热传导系数和有较高的热膨胀率。其焊接焊脚要大(2.0mm±0.5)，坡口角度要在70°左右，主要因为33号合金的熔化金属有较高的粘性，而且其焊后收缩倾向比较大。

7、引弧

引弧时只可以在即将焊接的焊缝区域内进行，不可以在已完成的焊接件上，以免造成耐蚀性能的下降。

8、焊接工艺

33号合金是可以焊接的，不过在焊接前要清理污垢、油脂、标记物等。

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依据当前的条件状况，33号合金应该以GTAW方法焊接，用匹配的填料金属。以GTAW方法焊接时，氩气中最大可以含有氢5%。

9、焊接参数和有关影响因素

焊接时要谨慎选择热输入量，一般要采用较低的热输入量，层间温度不要超过120℃。有一点很重要的要说明的是，由于33号合金含N量相对较高，所以要采用较薄的焊道(少进料，多焊道技术)，让液态的金属有机会排尽气体，避免气孔的形成。一层焊完时，焊道上的残留物要以铣削的方法除去，不可以用砂轮打磨。

一般的焊接参数如下表所示。

33号合金焊接参数 焊接方板厚 法 mm 2.0 6.0 12.0 手工GTAW 手工GTAW 手工GTAW 填料金焊脚参数 属直径 mm 2.0 2.0-2.4 2.4 A 70 90 100 V 9 10 10 中间层和最后焊接参数 A 120 140 V 11 14 焊接速度 cm/min 15 15 15 保护气流量 l/min 8 8 8 热输入量 kJ/cm Max3.5 Max6.5 Max6.5

上表没有考虑热损失。在GTAW操作过程中，为了防止不纯的氧化物的产生，要确保保护气体的纯度在99.99%以上。这张表可以做焊接参考使用。

一般焊接后迅速用不锈钢刷子把焊缝上的氧化层刷去，可以的到希望的表面质量。

附：焊接热输入量计算方法 焊接热输入量可以用下式计算。

Q= U×I×60 (kJ/cm) V×1000 U=弧电压，V I=焊接电流强度，A V=焊接速度，cm/minute

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4：926超级奥氏体不锈钢

一、引言

926合金是一种高性能超级奥氏体不锈钢，它是在904L合金的基础上通过增加Mo和N的含量，而形成的一种新型合金。926合金显著地提高了合金的机械和耐腐蚀性能。同904L相比，926合金具有极高的抗卤素介质局部腐蚀能力和更高的机械性能。

926合金有如下性质：

1、对卤素环境下的点蚀和缝隙腐蚀优良的抵抗力； 2、能抵御氯离子引起的应力腐蚀开裂；

3、在多种氧化和还原性介质中有良好的耐均匀腐蚀的能力； 4、比904L有更高的机械性能；

5、比含镍量为18%的同类不锈钢具有更高的合金组织稳定性；

6、获准按VDTüV和ASME标准制造工作温度在-196~400℃的压力容器。

二、化学成分

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926合金的化学成分如下表所示。 成分 Ni 含量 Min Max 24.0 26.0 20.0 余量 21.0 0.020 1.0 0.5 1.5 7.0 0.030 0.010 0.25 0.5 6.0 0.15 Cr Fe C Mn Si Cu Mo P S N

三、耐蚀性能及应用

926合金是一种基本成分同904L相近的奥氏体不锈钢，但其含氮量和含钼量分别

提高到0.2%和6.5%。提高N和Mo的含量是为了增强合金在卤素介质中抗点 蚀和缝隙腐蚀的能力。下表是几种合金在6%FeCl3溶液中按ASTM G-48C标准所做的临界点蚀温度试验情况。

另外，Ni和N的高含量又保证了合金组织的高稳定性，因此减少了在热加工及焊接过程中中间相析出的倾向，而其它Ni和N含量较低的合金则不然。

25%的高Ni含量，再加上合金本身具有优良的抗局部腐蚀性能，使926合金具有极高的抗氯离子应力腐蚀开裂的能力。

926合金具有优良的抗众多介质腐蚀的能力，甚至在高温高浓度的情况下，这些腐蚀介质包括：硫酸、磷酸、酸性气体、海水、盐类和有机酸。

临界点蚀温度试验情况(ASTM G-48C) 合金 316 825 318LN 317LN 904L 926 31 临界点蚀温度(℃) 15 29 36 39 50 73 85

926合金的主要应用如下所示

1、消防系统、海水过滤系统及设备、海洋工业液压管道系统； 2、纸浆生产中的漂白系统； 3、海洋工业中的柔性管道系统；

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4、酸气生产中的管件、接头等元件； 5、烟气脱硫系统元件；

6、磷酸生产中的蒸发器、换热器、过滤和混合装置； 7、硫酸分布器和冷凝器； 8、盐生产中的浓缩和结晶设备；

9、使用污水作为冷凝水的电站的冷凝器和管道系统； 10、腐蚀性化学品的运输容器；

11、以酸性氯化物作为催化剂的有机衍生物的生产； 12、反渗透法海水脱盐工厂设备。

四、物理性能

密度：8.1g/cm3 熔点范围：1320-1390℃ 磁导率：（20℃） ≤1.01

926合金具体物理性能可以参照下表。

926合金在高温下的物理性能 室温→T的热膨温度 ℃ 20 100 200 300 400 500 600 比热 热传导系数 J/kg-k 415 435 470 495 510 520 525 W/m-k 12.0 12.9 14.4 16.5 18.5 20.1 21.6 电阻率 弹性模量 胀系数 µΩcm 96 99 104 108 112 115 117 GPa 10 -6 /K 193 186 179 173 168 163 15.5 16.2 16.4 16.6 16.7 17.1

五、力学性能

下表是固溶处理状态926合金在室温下的最小力学性能表。

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最大尺寸 产品形式 (mm) 板材 带才(薄板) 棒 d 锻件 s 50 5 300 0.2%屈服强度 (Mpa) 300 400 300 1.0%屈服强度 (Mpa) 340 450 340 抗拉强度 延伸率δ5 (%) (Mpa) 650 780 650 35 40 40 160 下表是高温下的屈服强度 温度 ℃ MPa 温度 °F Ksi 温度 ℃ MPa 温度 °F Ksi 100 270 200 39.3 200 225 400 33.3 100 230 200 33.5 200 190 400 27.4 0.2%屈服强度 300 170 600 24.5 400 150 800 23.0 500 120 900 18.1 550 105 1000 16.7 1.0%屈服强度 300 205 600 28.9 400 190 800 27.3 500 150 900 23.2 550 135 1000 21.0 ISO V型槽冲击强度

平均纵向和横向冲击功：≥150J/cm2 最大许用应力值可以参照下表。

许用应力 温度 ℃ 100 200 300

最大许用应力值 °F 100 200 300 400 500 MPa ① 160 138 125 75

ksi ①② 162 151 139 23.5 23.5 21.3 19.9 18.7 ② 23.5 23.5 22.9 21.8 20.8 400 600 650 700 750 121 132 17.9 17.7 17.6 17.5 20.0 19.6 19.3 19.2 ①=内插法确定值 ②=有条件的应力值

此实验依据德国容器规范2120。

六、晶体结构

926合金的晶体结构是面心立方晶体结构。

七、制造和热处理

926合金可以轻松地用常规加工工艺进行制造，不过由于其强度相对较大，对机械设备有一定的要求；同是此合金也有良好的焊接性能，可以以常规焊接工艺执行焊接。

1、加热

让926合金加热前和加热过程中远离污染物是非常重要的。

在含有诸如S、P、Pb和其它低熔点金属的环境下加热合金会使合金变脆。污染物的来源主要有：标记笔的痕迹、温度指示漆、粉笔、润滑油脂和加热炉燃料。燃料必须有较低的含硫量；例如，天然气和液化石油气的硫最大质量含量0.1%，煤气的含硫量最大0.25%,燃油的含硫量要低于0.5%。

电炉加热是比较好的选择，因为电炉可以精确地控制温度，并且和污染物隔离。如果采用燃料加热，不可以让火焰直接冲击合金材料。

2、热加工

926合金可以在900-1200℃之间进行热加工。则加热时要把加热炉温度首先升高到1200℃，然后把材料放入加热。热加工过后的冷却应该以水急冷或以其它最快的方法冷却。

3、冷加工

冷加工的926合金应该是固溶处理状态的。和其它奥氏体Cr-Ni不锈钢一样，926合金有较快的加工硬化率，所以对成形设备有一定的要求。

冷加工过程中有必要进行工序间的退火处理。 变形量超过15%的工件使用前要进行固溶热处理。 4、热处理

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固溶热处理的温度一般在1150-1200℃之间，最好在1170℃时进行固溶处理。热处理后如果材料的厚度超过1.5mm，建议采用水冷方式冷却；如果厚度在1.5mm以下，可以采用快速空冷。

需要提醒的是：任何加热操作，材料和加热环境必须干净。 5、除垢

926合金表面的氧化物比其它奥氏体不锈钢附着力大的多，可以采用机械或化学的方法加以清除。机械方法清除时应避免产生金属污染物和较大的变形，一般采用钢丝刷和细砂轮来清理。

八、焊接

焊接高合金特种不锈钢时，应该遵守下面的操作规程： 1、工作场地

926合金的焊接场地应该是的，最好和碳钢加工场地分开，同时不可以有气流扰动。

2、着装

焊接着装应该采用皮革手套和工作服。 3、加工工具和机械

工具要采用不锈钢专用工具，制造和加工机械如：剪板机、卷板机、压制机械等，其工作台面要用毛毡、纸板、塑料等覆盖，防止926合金表面在加工过程中被压入污染物，导致最终的腐蚀。

4、清理

基材金属的焊缝区域清理和填料金属的清理应该使用丙酮。 5、坡口准备

926合金的焊接坡口成形可以采用机械方法，如车削成形、磨削成形或刨制成形；等离子切割也是可以的，不过切割后的坡口要打磨干净，并且不可以使坡口附近过热。

6、坡口角度

镍基合金和特种不锈钢相对于普通碳钢的一般区别在于其有较低的热传导系数和有较高的热膨胀率。其焊接焊脚要大(1-3 mm)，坡口角度要在60-70°左右，主要因为926合金的熔化金属有较高的粘性，而且其焊后收缩倾向比较大。

7、引弧

引弧时只可以在即将焊接的焊缝区域内进行，不可以在已完成的焊接件上，以免造成耐蚀性能的下降。

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8、焊接工艺

926合金可以用多种常规焊接工艺焊接，如：TIG/GTAW，MIG/MAG，手工金属焊接、等离子弧焊等。不过焊接前的清理是必要的。

9、焊接参数和有关影响因素

焊接时要谨慎选择热输入量，一般要采用较低的热输入量，层间温度不要超过120℃。一般采用较薄的焊道焊接工艺。

下表是各种焊接方法使用的能量输入值。

单位长度焊接能量输入值 单位长度能量输入值 焊接工艺 kJ/cm GTAW手工或自动 热焊丝TIG/GTAW 等离子弧焊 Max8 Max6 Max10 MIG/MAG手工或自动 水下弧焊 SMAW 焊接工艺 kJ/cm Max11 Max10 Max7 单位长度能量输入值

下表是926合金焊接参数

焊接参数 填料金属 根部焊层 板焊接 厚 方法 mm 尺寸 mm 速度m/cm A V A V 速度cm/min 量 流量 l/min l/min 尺寸 mm 3.0 6.0 8.0 10.0 手工GTAW 手工GTAW 手工GTAW 手工GTAW 2.4 110-120 11 130-140 12 10-15 8-101 2.4 110-120 11 130-140 12 10-15 8-101 2.0-2.4 100-110 10 120-130 12 10-15 8-101 2.0 90 10 110-120 11 10-15 8-101 嘴焊接参数 中间和上部 等离焊接 气流子气焊等离子 78

自动3.0 5.0 GTAW 自动GTAW 等离子 4.0 弧焊 等离子 6.0 弧焊 8.0 MIG/MAG2 2 1.2 1.2 0.5 0.5 手工控制 手工控制 150 150 10 10 25 25 15-201 15-201 1.2 0.5 165 25 25 301 3.0 3.2 1.2 1.0 1.2 1.61.63 3 0.5 ~8 ~5 190-200 GTAW GTAW 40–70 40–70 25 130-140 130-150 240-280 240-280 23-27 23-27 28 28 ~21 ~22 ~22 25 24-30 20-26 45-55 45-55 301 18-201 3.5 3.2 参照填料10.0 MIG/MAG12.0 20.0 6.0 8.0 16.0 18-20 1 金属生产水下弧焊 水下弧焊 SMAW SMAW SMAW 商说明 2.5 2.5-3.25 4.0 ~21 ~21 40-70 70-100 90-130 1、2、3的说明如下

1=纯氩气或氩气+3%氢气； 2=建议使用氦气保护焊接； 3=Nicrofer S 6020焊丝。 此表仅供参考。

一般焊接后应该立即用不锈钢丝刷刷去氧化部分。

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5：AL 29-4C超级铁素体不锈钢

铁素体不锈钢应用相对较少，在此不做详细介绍，只把相关重点介绍一下。 合金商业牌号 合金主要特性和用途 UNS牌号 AL 29-4C UNS S44735 该合金是美国Allegheny公司的专利产品。属高级超级铁素体不锈钢，具有广泛的抗氯化物点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀能力，在氧化性环境、中度的还原性环境中具有较好的耐均匀腐蚀的能力，合金成本低。 Allegheny生产的AL 29-4C管材在发电厂的冷凝器和热交换器中、在盐水冷却装置中使用已经超过2000英里。 主要用途：发电厂的冷凝器、换热器；化学处理设备，如盐水冷却、处理塔衬套；石油提炼设备，如脱盐装置、氨分离装置、塔顶分馏物冷凝器；CO2预冷却器；家用加热设备等。 Fe 余量 余量 Nb+Ti Co 0.20-1.00 0.03 ASTM标准 板材、薄板和带材 A176 板材、薄板和带材 A240 普通无缝管和焊接管 (tubing):A268 机械加工管(tubing):] A511 Si Cr Ni Mo N Ti Nb ≤1.00 28.0-30.0 ≤1.00 3.60-4.20 ≤0.045 0.35 29.00 0.30 3.80 0.02 0.30 0.30 620 620 500 典型力学性能(管材) 515 比重 7.66g/cm3 25 22 P S ≤0.040 ≤0.030 0.03 0.01 ≥515 ≥415 典型力学性能(带材) ≥18 C Mn ≤0.030 ≤1.00 0.02 0.30 ≥550 ≥415 ASTM标准(管材) ≥18 元素 wt% ASTM标准 典型成分 σb MPa σ0.2 MPa ASTM标准(带材) δ % 硬度 退火 产品形式和相应的化学成分 抗拉强度 屈服强度 抗拉强度 供货状态 6、AL 29-4-2超级铁素体不锈钢

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合金商业牌号 合金主要特性和用途 UNS牌号 AL 29-4-2 UNS S44800 高纯度超级铁素体不锈钢。合金成分是在AL 29-4C的基础上综合众多腐蚀问题而设计。不仅具有良好的抗氯化物点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂的能力，而且显著地许多苛刻外界条件下的均匀性腐蚀，如海水、盐水、稀硫酸、、烧碱、有机酸等；同时合金具有较好的塑性、韧性和加工特性。由于合金具有良好性价比，因此在许多苛刻的环境中替代昂贵的钛合金、高镍和镍基合金。 主要用途：蒸汽、海水、酸、碱、盐等化工处理设备；环境处理设备；食品、发电、炼油等工程设备。 Fe 余量 余量 ASTM标准 板材、薄板和带材 A176 板材、薄板和带材 A240 普通无缝管和焊接管 (tubing):A268 棒材和型材:A276 锻造用坯和棒材： A314 棒材和型材：A479 无缝管和焊接管： A731 Si Cr Ni Mo Cu N C+N ≤0.20 28.0-30.0 ≤2.0-2.5 3.5-4.2 ≤0.15 ≤0.020 ≤0.025 0.10 29.00 2.10 4.00 0.06 0.015 0.018 690 655 515 典型力学性能(管材) 550 比重 7.70g/cm3 25 25 RB92 退火 RB95 P S ≤0.025 ≤0.020 0.02 0.01 ≥550 ≥415 典型力学性能(板材) ≥20 RB≤100 退火 C Mn ≤0.010 ≤0.30 0.003 0.05 ≥550 ≥415 ASTM标准(管材) ≥20 Rc≤20 退火 元素 wt% ASTM标准 典型成分 σb MPa σ0.2 MPa ASTM标准(板材) δ % 硬度 退火 产品形式和相应的化学成分 抗拉强度 屈服强度 抗拉强度 供货状态

七、E-BRITE26-1高纯铁素体不锈钢 合金商业牌号

合金主要特性和用途 产品形式和相应的化学成分 82

抗拉强度 屈服强度 抗拉强度 供货状态 UNS牌号 E-BRITE26-1 UNS S448627 高纯度铁素体不锈钢。具有优秀的抗应力腐蚀性能，抗点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀的性能优于传统的铁素体和奥氏体不锈钢，而且具有成本低的优势。合金具有良好的塑性和加工特性。 主要用途：化工厂与化学处理设备；碱液蒸发设备；食品加工设备；耐高温、抗氧化和硫化环境；炼油厂有关设备。 ASTM标准 板材、薄板和带材 A176 板材、薄板和带材 A240 普通无缝管和焊接管 (tubing):A268 棒材和型材:A276 锻造用坯和棒材： A314 棒材和型材：A479 无缝管和焊接管： A731 Si Cr Ni Mo Cu N Nb Fe ≤0.40 25.0-27.5 ≤0.50 0.75-1.5 ≤0.20 ≤0.015 ≤0.05-0.20 余量 0.20 26.0 0.15 1.0 0.02 0.010 0.10 余量 515 485 345 典型力学性能(管材) 415 比重 7.66g/cm3 25 30 Rb83 退火 RB88 P S ≤0.02 ≤0.02 0.01 0.01 ≥450 ≥275 典型力学性能(板材) ≥20 RB≤90 退火 C Mn ≤0.010 ≤0.40 0.002 0.05 ≥450 ≥275 ASTM标准(管材) ≥22 RB≤90 退火 元素 wt% ASTM标准 典型成分 σb MPa σ0.2 MPa ASTM标准(板材) δ % 硬度 退火

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※双相不锈钢(Duplex stainless steel)※

双相不锈钢是一种铁素体相和奥氏体相共存的不锈钢，同时也是集优良的耐蚀性能、高强度和易于加工制造等诸多优异性能于一身的钢种。

双相不锈钢已经有60多年的历史，世界上第一批双相不锈钢于1930年在瑞典生产出来并用于亚硫酸盐造纸工业。

1968年不锈钢精炼工艺——氩氧脱碳工艺(AOD)的发明，使一系列新的不锈钢的产生成为可能。AOD工艺带来的诸多进步之一就是合金元素N的添加。双相不锈钢添加N元素可以使焊接状态下热影响区的韧性和耐蚀性能接近于基体金属的性能，还可以降低有害金属间相的形成速率。

双相不锈钢同奥氏体不锈钢一样，是一种按腐蚀性能排序的钢种，腐蚀性能取决于它们的合金成分。双相不锈钢一直在不断发展，现代的双相不锈钢可以分为四种类型：

1、不含Mo的低级双相不锈钢2304；

2、标准双相不锈钢2205，占双相钢总量的80%以上；

3、25%Cr的双相不锈钢，典型代表合金255，可归为超级双相不锈钢；

4、超级双相不锈钢，含25-26%Cr,与255合金相比Mo和N的含量增加。典型代表钢种2507。

双相不锈钢中的合金元素主要是Cr、Mo、N、Ni，它们在双相钢中的作用如下： 1、Cr

钢中最少含有10.5%的Cr才能形成保护钢不受大气腐蚀的稳定的钝化膜。不锈钢的耐蚀性能随Cr的含量提高而增强。Cr是铁素体元素，它可以使具有体心立方晶格的铁组织稳定，也可以提高钢在高温下的抗氧化能力。

2、Mo

Mo与Cr协同作用能提高不锈钢的抗氯化物腐蚀的能力。Mo在氯化物环境下的抗点蚀和缝隙腐蚀的能力是Cr的3倍(参见CPT公式)。Mo是铁素体形成元素，同样能促进形成金属间相。因此，通常奥氏体不锈钢中Mo含量小于7.5%，双相钢中小于4%。

3、N

N元素可增加奥氏体和双相不锈钢的抗点蚀和缝隙腐蚀的能力，并可以显著地提高钢的强度，它是固溶强化最有效的一个元素。在提高钢强度的同时，N元素还可以增加奥氏体不锈钢和双相不锈钢的韧性，延缓金属间相的形成，使双相不锈钢有足够的时间进行加工和制造，还可以抵消因高Cr、Mo所带来的易于形成σ相的倾向，

N是强烈的奥氏体元素，在奥氏体不锈钢中能部分取代Ni。双相不锈钢中一般加入几乎接近溶解度极限的N和用以调整达到相平衡的Ni。铁素体元素Cr和Ni与奥氏体形成元

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素Ni和N需要达到平衡，才能获得期望的双相组织。

4、Ni

Ni是稳定奥氏体组织的元素。铁基合金中添加Ni可促使不锈钢从体心立方晶体结构(铁素体)转化为面心立方晶体结构(奥氏体)。

Ni可以延缓金属间相的形成，但效果远不如N有效。

下面介绍两种双相不锈钢，帮助了解其性能。

1：2205标准双相不锈钢

一、引言

2205是一种加N双相不锈钢。N的加入明显地改善了2205的耐腐蚀性能，尤其是焊接的情况。早期的双相不锈钢可以耐中等强度的均匀腐蚀和氯应力腐蚀断裂，但是在焊接情况下使用时，其性能就会大大下降。为了改善这种情况，N元素就加入了2205双相不锈钢，这样不仅使耐腐蚀性能上升，而且焊接使用情况也很良好。ASTM标准对2205双相钢的含N量要求是0.08-0.2%，Cr、Mo、Ni的含量也有要求，所以2205双相钢的点蚀当量PREN值达到了35.8，进一步提高了耐蚀性能。

当有恰当的热处理时，2205中22%的Cr和3.5%的Ni、3%的Mo、0.16%的N就会产生包括奥氏体相和铁素体相平衡的显微组织结构，这种结构和化学成分让2205不锈钢有比316和317不锈钢更好和更广泛的耐蚀性能，同时还有比普通奥氏体不锈钢两倍还高的屈服强度。

2205是使用最广泛的双相不锈钢材料，在出厂前的所有2205不锈钢都要金相检验，以防止加工过程中产生σ相。2205最常见的应用形式是焊管和管件，在有较强的均匀腐蚀和应力腐蚀的情况下，板材应用也很广泛。

二、化学成分和产品标准

2205双相钢的化学成分如下表所示。

化学成分 元素 C Mn P S Si

典型成分 0.02 0.07 0.025 0.001 0.40 85

ASTM标准 0.030max 2.0 max 0.030 max 0.020 max 1.0 max Cr Ni Mo N Fe 22.4 5.8 3.3 0.16 余量 21.0-23.0 4.5-6.5 2.5-3.5 0.08-0.20 余量

2205材料的ASTM和ASME标准如下表所示 产品形式 棒 A479 板、带 管(焊管和无缝管) 管件(焊接管件和无缝管件) A240 A790 A7 SA240 SA790 SA7 ASTM标准 A276 -- ASME标准

三、耐蚀性能

1、氯化物应力腐蚀断裂

不含镍的铁素体钢对氯化物的应力腐蚀断裂有天生的免疫力，即使在苛刻的42%的MgCl2溶液中也是如此，从另一方面来说，含镍的奥氏体不锈钢则很容易受到氯离子应力腐蚀断裂的影响。奥氏体和铁素体不锈钢对氯离子的应力腐蚀断裂的抵抗取决于合金中镍的含量。

从某种意义上说，双相合金是奥氏体相和铁素体相的合成，但在双相合金中的成分都会倾向于某一相。例如，铁素体相中的Ni要比奥氏体相中的Ni含量少的多，因此，双相合金对氯离子的应力腐蚀断裂的抵抗性要比传统300系列不锈钢好的多。

下表是是304和2205在几种沸腾溶液中的腐蚀性能试验结果。 合金 304L(8%Ni) 439(铁素体型) 2205 2205(焊接) 沸腾42%MgCl2 失败(20h) 通过(2000h) 失败(h) 失败(h) 应力腐蚀断裂试验情况 沸腾33%LiCl 失败(96h) 通过(2000h) 通过(1000h) 通过(1000h) 沸腾26%NaCl 失败(850h) 通过(1000h) 通过(1000h) 通过(1000h) 2、点蚀和缝隙腐蚀

对氯离子的点蚀和缝隙腐蚀的评定可以使用ASTM标准G-48试验方法

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(10%FeCl3-6H2O)，并且逐渐提高温度直到发现缝隙腐蚀发生为止。则首先发现缝隙腐蚀发生的温度称为临界缝隙腐蚀温度，可以用来衡量材料耐缝隙腐蚀的能力，但在氯化溶液中不必要标明合金的使用温度。

下表是退火2205钢板材和316L、317L等合金的缝隙腐蚀温度试验对比情况。

10%FeCl3溶液中的缝隙腐蚀数据 合金 典型316 典型317 2205 E-BRITE26-1 AL-6XN Inconel625 AL 29-4C 缝隙腐蚀发生温度(℃) -3 2 20 24 45 45 52 3、均匀腐蚀

2205对稀的还原性酸和高浓度的氧化性酸有抵抗性，对低浓度的有机酸也有抵抗性，但在高温高浓度下要小心使用。下表是316和2205普通状态和焊接状态的腐蚀试验对比情况。

腐蚀对比试验数据 腐蚀率(mm/a) 试验溶液(沸腾) 基材 20%醋酸 45蚁酸 1%盐酸 65% 10%草酸 20%磷酸 10%硫酸氢钠 50%氢氧化钠 10%氨基磺酸 10%硫酸

典型316L 焊接材料 ＜0.01 0.53 1.61 0.46 1.13 0.03 1.43 2.17 3.03 16.7 87

2205 基材 ＜0.01 0.01 0.02 0.52 0.20 0.02 0.65 0.61 0.56 5.23 焊接材料 ＜0.01 0.01 0.02 0.49 0.13 0.03 0.51 0.57 0.44 5.08 ＜0.01 0.60 0.02 0.56 1.22 0.02 1.82 1.97 3.15 16.1 硫酸铁+50%硫酸0.66 (A262B) 0.59 0.51 0.45 4、2205焊接状态抗晶间腐蚀试验可以按ASTM A262E执行(16%H2SO4+CuSO4溶液)

四、物理性能

密度：7.88g/cm3 比热：420J/kg-k

热传导系数：(20-100℃) 19w/m-k 热膨胀系数：(20-100℃) 13.7×10 -6 /℃ 平均弹性模量：190 Gpa

五、力学性能

典型室温下的力学性能如下表所示。

室温力学性能 ASTM和ASME 项目 最小性能值 0.2%屈服强度 抗拉强度 延伸率δ5(%) 硬度 450MPa 625 MPa 25 32Rc/290HB(max) 板系列 ＞4.76mm 515 Mpa 760 MPa 35 235HB 板系列 ＜4.76mm 585 MPa 860 MPa 30 27 Rc 高温下的拉力性能

2205双相钢在ASME锅炉与压力容器规范中被允许使用在316℃以下温度。其强度可以通过ASME锅炉与压力容器标准中的许用应力来表示。下表是典型316和2205的许用应力对比情况。焊接管件的焊缝系数取0.85。

如此大的许用应力可以和有很利地使用在过程装备设计中。

最大许用应力(依据ASME规范) 最大温度(℃) 38

2205（MPa） 155 88

典型316（MPa） 130 93 149 204 260 316 155 150 144 141 139 112 101 92 86 81 ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section II, Part D, Table 1A.

冲击性能

2205双相钢可以从高温塑性破坏向低温脆性断裂转变，此塑性-脆性的转变温度可以通过在343-538°C长时间的保温来充分地提高。不恰当的焊接工艺，例如使用纯粹的Cr不锈钢填料，可以提高焊缝向冲击脆性转变的敏感性。

高温对力学性能的影响

ASME锅炉与压力容器规范中明确规定2205双相钢的使用温度上限是316℃，因为双相钢有一个“475℃脆化”的问题，主要是由于铁素体相在343-538℃之间加热时会出现脆化现象。但这种脆化是可逆的，只要通过在593℃以上加热就可以还原。然而，另外一个脆化温度区间是538-1000℃，因为有有害于冲击性和腐蚀性的中间相析出。整体退火和快速冷却处理可以消除脆性相，同时也是消除成形应力和“475℃脆化”首选方案。

六、成形和热处理

2205可以很成功地冷弯和拉伸。相对于普通奥氏体不锈钢来说，2205有很高的强度，对成形设备要求有很高的要求。双相钢中铁素体相的延伸率比奥氏体相要小，所以2205在弯曲时其弯曲半径要比奥氏体不锈钢大。

此外，2205管材和管板胀接时，由于其弹性延伸率较低，所以其胀接程度要受到。2205相对于很多管板材料来说其强度是很高的，因此，2205管材和其它材料的管板胀接时要十分小心。

重度弯曲变形后要整体退火(不只是消应力退火)，以防止在使用环境中应力腐蚀开裂，消应力热处理的温度一般在316-927℃之间，至于对材料性能的影响不作考虑。

七、热处理

2205的退火温度一般在1020-1100℃并快速冷却，在1100℃附近热处理时，会让铁素体相含量大大增加。

八、焊接

2205双相钢中的铁素体相和奥氏体相含量基本相同，氧炔焊会让基材的焊缝和热影响区的铁素体含量上升，并行的退火处理可以恢复两相的平衡。然而退火处理后焊缝的铁素体含量还是要稍高一点。焊缝中的铁素体含量不可以过高。

匹配的填料金属对2205的焊接来说是有经济性的，象AWS 2209这样的填料金属有比基材金属更高的含Ni量，主要是为了使焊区域产生相平衡，让焊缝区域和基材金属有用样的化学成分。当2205和异种钢焊接时，填料金属中要含有一些奥氏体形成元素，以便可以形成一条奥氏体焊缝。焊缝区域如含有大量铁素体晶粒，就会让材料的室温冲击韧性大大降低。

2：255超级双相不锈钢

一、引言

255合金是含Cr25%的双相不锈钢，具有高强度和高耐蚀性能。此合金中奥氏体相和

铁素体相有很好的平衡，就是这种平衡使255合金有很高的强度的同时。还有良好的耐氯

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离子应力腐蚀断裂的性能。

255主要应用在海洋腐蚀环境、磷酸和化肥工业、环保、纸浆和造纸、石油化工等工业领域。

二、化学成分

255合金的化学成分如下表所示(依据ASTM A240)。

化学成分 元素 C Mn P S Si Cr Ni Mo Cu N Fe Wt% ≤0.040 ≤1.5 ≤0.040 ≤0.030 ≤1.0 24.0-27.0 4.50-6.50 2.90-3.90 1.5-2.5 0.10-0.25 余量

三、物理性能

密度：7.73g/cm3

比热 温度(℃) 52 102 202 302 402 502 比热(J/g-k) 0.481 0.496 0.525 0.554 0.583 0.665 热传导系数

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温度(℃) 23 100 200 300 400 500 600 热传导系数(W/cm-k) 0.133 0.147 0.163 0.182 0.198 0.229 0.233

线性热膨胀系数 温度(℃) 23-100 23-150 23-200 23-250 23-300 23-350 23-400 23-500 线性热膨胀系数(10-6/k) 12.1 12.5 12.7 12.9 13.2 13.3 13.5 13.8

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