Incoloy800HT是一种与Incoloy 8同系列的全奥氏体低碳的镍-铁-铬合金,该合金中的钴含量可以严格控制在0.01%以下。Incoloy 8HT能耐很多腐蚀介质腐蚀。其较高的镍含量使其在水性腐蚀条件具有很好的抗应力腐蚀开裂性能。高铬含量使之具有更好的耐点腐蚀和缝隙腐蚀开裂性能。该合金具有很好的耐硝酸、有机酸腐蚀性,但是在硫酸和盐酸中的耐腐蚀性有限。除了在卤化物有可能发生点腐蚀外,在氧化性和非氧化性盐中有很好的耐腐蚀性。在水、蒸气以及蒸汽、空气、二氧化碳的混合物中也具有很好的耐腐蚀性。应用于硝酸冷凝器——耐硝酸腐蚀、蒸汽加热管——很好的机械性能、加热元件管——很好的机械性能等。对于应用于高达5℃的环境,合金供货态为退火态。 Incoloy800HT具有以下特性: ●在高达5℃的极高温的水性介质中具有出色的抗腐蚀性 Incoloy800HT牌号和标准: 牌号和标准 材料牌号 技术规范 化学成分 管材 板材 棒材 带材 焊丝 锻件 无缝管 焊接管 德国 DIN W.Nr.1.4959 X10NiCrAlTi3220 17744 432 17751 432/2 17750 432/1 17752 432/3 17750 432/1 17754 432/3 法国 AFNOR Z8NC32.21 英国 BS NA15 3074 3072 3076 3073 美国 ASTM ASME AMS Incoloy800HT UNS N08811 B 423 SB 423 B 163 B 704/705 SB 163 B424 SB424 B425 SB425 B424 SB424 ISO FeNi32Cr21AlTi Incoloy800HT化学成分: % 镍 铬 铁 钼 钴 碳 锰 硅 硫 磷 铜 铝 钛 最小 30.0 19.0 0.06 0.15 0.15 最大 35.0 23.0 39.5 0.1 1.5 1.0 0.015 0.75 0.60 0.60 Incoloy800HT物理性能: 密度:ρ=8.0g/cm3 熔化温度范围:1350~14℃ 温度℃ 比热容J/Kg K 热导率W/mK 电阻率μΩcm 弹性模量KN/mm2 热膨胀系数10-6/K 20 440 10.8 112 195 93 1 462 12.4 114 190 14.1 2 488 14.1 118 185 14.9 204 3 514 15.6 120 179 15.2 316 4 540 16.9 124 174 15.6 427 5 565 18.3 126 168 15.8 538 6 590 19.6 126 161 16.0 649 7 615 21.0 127 154 16.7 760 8 655 23.2 128 142 17.2 871 9 680 25.7 129 130 17.6 982 1 710 28.1 130 119 17.9 Incoloy800HT机械性能:(在20℃检测机械性能的最小值) 下表中所列性质适用于Incoloy800HT合金的指定规格产品软化退火(稳定化退火)后的情况。非标准尺寸材料的特殊性能可以根据特定应用场合的要求提供。 室温机械性能(最小值) 产品 规格 屈服强度 RP0.2 N/mm2 屈服强度 RP1.0 N/mm2 抗拉强度 Rm N/mm2 延伸率 A50% 布氏硬度 HB 薄板带材/冷轧 板材/热轧 0.5-6.4 240 265 585 30 <=2 5-1 135-165 棒材 冷加工 热加工 1.6-64 25-1 >1-240 220 250 550 35 管材 冷加工 热加工 64-240 180 - 530 30 - 5-1 240 265 585 30 冷凝和热交换器 16-76 高温机械性能(最小值) 产品 屈服强度RP0.2 N/mm2 屈服强度RP1.0 N/mm2 温度℃ 1 2 3 4 450 1 2 3 4 450 板、带、管 205 180 170 160 155 235 205 195 185 180 棒 190 165 155 145 140 220 190 180 170 165 Incoloy800HTISO V型缺口冲击试验: 室温平均值:轴向>=150J/cm2 径向>=1J/cm2 时间-温度-敏化曲线 Incoloy800HT条件应力值: 达到90%屈服强度的高条件应力值可应用于允许略大一点变形量的应用场合。这些应力引起的永久应力会导致尺寸的变化,因此不推荐用于法兰和密封垫圈连接件。 Incoloy800HT金相结构: Incoloy800HT合金具有稳定的面心立方结构。化学成分和恰当的热处理保证了耐腐蚀性不受敏化性的削弱。 Incoloy800HT耐腐蚀性: Incoloy800HT是一种通用的工程合金,在氧化和还原环境下都具有抗酸和碱金属腐蚀性能。 高镍成份使合金具有有效的抗应力腐蚀开裂性。 在各种介质中的耐腐蚀性都很好,如硫酸、磷酸、硝酸和有机酸,碱金属如氢氧化钠、氢氧化钾和盐酸溶液。 Incoloy800HT较高的综合性能表现在腐蚀介质多样的核燃烧溶解器中,如硫酸、硝酸和氢氧化钠都在同一个设备中处理。 Incoloy800HT应用范围: Incoloy800HT广泛应用于各种使用温度不超过550℃的工业领域。 典型应用为: ● 硫酸酸洗工厂用的加热管、容器、筐及链等。 ● 海水冷却热交换器、海洋产品管道系统、酸性气体环境管道。 ● 磷酸生产中的热交换器、蒸发器、洗涤、浸渍管等。 ● 石油精炼中的空气热交换器 ● 食品工程 ● 化工流程 ● 高压氧气应用的阻燃合金。 Incoloy800HT加工和热处理 Incoloy 8HT适合于热加工和冷加工,但由于具有高强度,需要大功率的加工设备。 Incoloy 8HT都适合于用各种方便的焊接方法焊接。 Incoloy800HT加热: 1.在热处理之前及热处理过程中应始终保持工件清洁。 Incoloy800HT热加工: 1.Incoloy 8HT的热加工温度范围12℃~9℃,冷却方式为水淬或在760℃~540℃之间尽量快速冷却。热弯曲应在1150℃-1℃之间进行。 Incoloy800HT冷加工: 1.Incoloy 8HT 的加工硬化率大于奥氏体不锈钢,因此需要对加工设备进行挑选。冷加工材料应为退火热处理态,并且在冷加工时应进行中间退火。 Incoloy800HT热处理: 1.Incoloy 8HT的软化退火处理温度范围都是920℃~980℃,最佳处理温度是950℃。 Incoloy800HT去氧化皮及酸洗: 1.Incoloy 8HT 的表面氧化物和焊缝周围的焊渣的附着性比不锈钢更强,机械方法和化学方法都可以使用,选择机械方法时要避免会产生金属污染或产生表面变形的方法。 Incoloy800HT机加工: Incoloy 8HT须在退火热处理之后进行机加工,由于材料的加工硬化,因此宜采用比加工低合金标准奥氏体不锈钢低的切削速度和重进刀进行加工,才能车入已冷作硬化的表层下面。 Incoloy800HT焊接: Incoloy 8HT适合采用任何传统焊接工艺焊接,如钨电极惰性气体保护焊、等离子弧焊、手工亚弧焊、金属极惰性气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊、保护气体电弧焊等。 Incoloy800HT清理: 去除氧化皮、油污和各种标记印痕,并用丙酮对焊接区域的基体金属和填充合金(如焊条)进行清洁,注意不能使用三氯乙烯TRI、全氯乙烯PER 和四氯化物TETRA。 Incoloy800HT边缘准备: 最好采用机加工,如车、铣、刨,也可以进行等离子切割,若采用后者,切割边缘(焊接面)一定要研磨干净平整,允许不过热的精磨。焊缝两边的母材约25mm 宽度的区域要打磨至露出光亮金属。 Incoloy800HT
●很好的抗应力腐蚀的性能
●很好的加工性
2.在热处理过程中不能接触硫、磷、铅及其它低熔点金属,否则会损害材料的性能,应注意清除诸如标记漆、温度指示漆、彩色蜡笔、润滑油、燃料等污物。
3.燃料中的含硫量越低越好,天然气中的硫含量应少于0.1%,重油中硫含量应少于0.5%。
4.考虑到温度控制和保持清洁的需要,最好在真空炉或气体保护炉中进行热处理。
5.也可以在箱式炉或燃气炉中加热,但炉气必须洁净并以中性至微氧化性为宜,应避免炉气在氧化性和还原性之间波动,加热火焰不能直接烧向工件。
2.为得到最佳抗腐蚀性能和抗蠕变性,热加工后要进行退火处理。
3.材料可以直接送入已升温至12℃的炉中,材料的保温时间为每1mm 厚度保温60 分钟。保温足够的时间后迅速出炉,在规定的温度范围进行热加工。当材料温度降到低于热加工温度时,需重新加热。
2.若冷加工量大于10%,则在使用前需要对工件进行软化退火处理。
2.为得到最佳的抗腐蚀性,冷却方式采用水淬,厚度小于1.5mm 的材料也可采用快速空冷。
3.在热处理过程中,都要按照前述的加热过程中必须保持清洁的事项操作。
2.在用HNO3/HF 混合酸进行酸洗前必须小心打磨或盐浴预处理将氧化膜打碎。
Incoloy 8HT的焊接必须在退火态进行,并清理干净污渍、粉尘和各种记号。
采用低热量输入,层间温度不超过150℃。
无需焊前或焊后热处理。
与碳钢相比,镍基合金和特种不锈钢的物理性能特点主要是低的热导率和高的膨胀系数,这些特性都要在焊接坡口准备时予以考虑,包括加宽底部间隙(1~3mm),同时由于熔融金属的粘滞性,在对接焊时应采用更大的坡口角度(60~70°)以抵消材料的收缩。
Incoloy800HT起弧:
不能在工件表面起弧,应在焊接面起弧,以防起弧点导致腐蚀。
Incoloy800HT焊接工艺:
Incoloy800HT适合采用任何传统焊接工艺与同种材料或其他金属焊接,如钨电极惰性气体保护焊、等离子弧焊、手工亚弧焊、金属极惰性气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊,其中脉冲电弧焊是首选方案。在采用手工电弧焊时,推荐使用(Ar+He+H2+CO2)多种成份混合的保护气体。
Incoloy800HT的焊接必须在退火态进行,并使用不锈钢丝刷清理干净污渍、粉尘和各种记号。在焊缝根部焊接时,为得到最佳的根部焊缝质量,操作必须非常小心(氩气99.99),这样在根部焊接完后焊缝就不产生氧化物。焊接热影响区产生的颜色要在焊缝区域未冷却时用不锈钢刷刷去。
Incoloy800HT推荐使用的焊接材料:
GTAW/GMAW Nicrofer S 7020
W.-Nr.2.4806
SG-NiCr20Nb
AWS A 5.14 ER NiCr-3
BS 2901-NA 35
SMAW
W.-Nr.2.4648
EL-NiCr19Nb
AWS A 5.11 EniCrFe-3
Incoloy800HT焊接参数及影响(热输入量):
焊接操作应在热量输入表规定的低热量输入下进行,采用叠珠焊缝技术,层间温度不超过120℃,必须遵守焊接规范。
热量的输入Q 按下面的公式计算:
U=弧电压,伏特
I=焊接电流,安培
V=焊接速度,厘米/分钟。
Incoloy800HT焊后处理(酸洗、刷除氧化物及热处理):
焊接后应立即用不锈钢丝刷刷除氧化物,也就是说,在金属还没有产生焊接色的时候就刷,这样可以得到理想的表面质量而不需要酸洗。
若没有特别要求或规定,酸洗通常是焊接中的最后一道工序,请参考去氧化皮及酸洗一节。
焊接前后均不需要热处理。
高温合金是指以铁、镍、钴为基,能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料;并具有较高的高温强度,良好的抗氧化和抗腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织,在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。 基于上述性能特点,且高温合金的合金化程度较高,又被称为“超合金”,是广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。按基体元素来分,高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金。铁基高温合金使用温度一般只能达到750~780℃,对于在更高温度下使用的耐热,则采用镍基和难熔金属为基的合金。 镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位,它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。 发展历史编辑 1、国际发展 从20世纪30年代后期起,英、德、美等国就开始研究高温合金。第二次世界大战期间,为了满足新型航空发动机的需要,高温合金的研究和使用进入了蓬勃发展时期。40年代初,英国首先在80Ni-20Cr合金中加入少量铝和钛,形成γ'相以进行强化,研制成第一种具有较高的高温强度的镍基合金。同一时期,美国为了适应活塞式航空发动机用涡轮增压器发展的需要,开始用Vitallium钴基合金制作叶片。 此外,美国还研制出Inconel镍基合金,用以制作喷气发动机的燃烧室。以后,冶金学家为进一步提高合金的高温强度,在镍基合金中加入钨、钼、钴等元素,增加铝、钛含量,研制出一系列牌号的合金,如英国的“Nimonic”,美国的“Mar-M”和“IN”等;在钴基合金中,加入镍、钨等元素,发展出多种高温合金,如X-45、HA-188、FSX-414等。由于钴资源缺乏,钴基高温合金发展受到限制。 40年代,铁基高温合金也得到了发展,50年代出现A-286和Incoloy901等牌号,但因高温稳定性较差,从60年代以来发展较慢。苏联于1950年前后开始生产“ЭИ”牌号的镍基高温合金,后来生产“ЭП”系列变形高温合金和ЖС系列铸造高温合金。70年代美国还采用新的生产工艺制造出定向结晶叶片和粉末冶金涡轮盘,研制出单晶叶片等高温合金部件,以适应航空发动机涡轮进口温度不断提高的需要。 发展至今,国际市场每年高温金属合金消费量在30万吨,广泛应用于各个领域:过去多年,全球航天业对新能源飞机需求旺盛,空客与波音已有超万架此类飞机等待交付。而精密机件公司是全球高温合金复杂金属零部件和产品制造的龙头企业,也为航空航天、化学加工、石油和天然气的冶炼以及污染的防治等行业提供所需的镍钴等高温合金。精密机件公司就是波音、空客、劳斯莱斯、庞巴迪等军工航天企业的指定零配件制造商 [1] 。 2、国内发展 自1956年第一炉高温合金GH3030试炼成功,迄今为止,我国高温合金的研究、生产和应用已历经60年的发展历程。60年的高温合金发展可以分为三个阶段。 第一个阶段:从1956年至20世纪70年代初是我国高温合金的创业和起始阶段。本阶段主要是仿制前苏联高温合金为主体的合金系列,如:GH4033,GH4049,GH2036,GH3030,K401和K403等。 第二个阶段:从20世纪70年代中至90年代中期,是我国高温合金的提高阶段。主阶段主要试制欧美型号的发动机,提高高温合金生产工艺技术和产品质量控制。 第三阶段:从20世纪90年代中至今,是我国高温合金的全新发展阶段。本阶段主要是应用和开发了一批新工艺,研制和生产了一系列高性能、高档次的新合金。 我国的高温合金研究主要研究单位是钢铁研究总院、北京航空材料研究院、中国科学院金属研究所、北京科技大学、东北大学、西北工业大学等,主要生产企业有:中航工业、钢研高纳、炼石有色、抚顺特钢、高钢特钢和第二重型机械集团万航模锻厂(二重)等。在此基础上,我国已具备了高温合金新材料、新工艺自主研发和研究的能力。 虽然高温金属合金材料在我国已发展近60年,但行业发展仍处于成长期。由于高温金属合金材料领域具有较高技术含量,该行业企业拥有较深护城河。我国高温金属合金每年需求量在2万吨以上,国内年生产量在1万吨左右,市场容量超过80亿元,其中进口占比较大。未来20年我国各类军机采购需求在2800架左右,民用飞机采购数量在5400架左右,对应的高温合金需求在1500亿以上,再加上500亿的燃气轮机需求,仅高温合金空间一项就有2000亿的市场空间即将打开。 我国生产能力与需求相比存在两个缺口: (1)生产能力不足。我国高温合金生产企业数量有限,生产能力与需求之间存在较大缺口,在燃气轮机、核电等领域的高温合金主要还依赖进口。 (2)高端产品难以满足应用需求。我国的高温合金生产水平与美国、俄罗斯等国有着较大差距,随着我国研制更高性能的航空航天发动机,高温合金材料在供应上存在无法满足应用需求的现象 [1] 。 制备工艺编辑 1、铸造冶金工艺 各种先进铸件制造技术和加工设备在不断开发和完善,如热控凝固、细晶工艺、激光成形修复技术、耐磨铸件铸造技术等,原有技术水平不断提高完善从而提高各种高温合金铸件产品的质量一致性和可靠性。 不含或少含铝、钛的高温合金,一般采用电弧炉或非真空感应炉冶炼。含铝、钛高的高温合金如在大气中熔炼时,元素烧损不易控制,气体和夹杂物进入较多,所以应采用真空冶炼。为了进一步降低夹杂物的含量,改善夹杂物的分布状态和铸锭的结晶组织,可采用冶炼和二次重熔相结合的双联工艺。冶炼的主要手段有电弧炉、真空感应炉和非真空感应炉;重熔的主要手段有真空自耗炉和。 固溶强化型合金和含、钛低(铝和钛的总量约小于4.5%)的合金锭可采用锻造开坯;含铝、钛高的合金一般要采用挤压或轧制开坯,然后热轧成材,有些产品需进一步冷轧或冷拔。直径较大的合金锭或饼材需用水压机或快锻液压机锻造。 2、结晶冶金工艺 为了减少或消除铸造合金中垂直于应力轴的晶界和减少或消除疏松,近年来又发展出定向结晶工艺。这种工艺是在合金凝固过程中使晶粒沿一个结晶方向生长,以得到无横向晶界的平行柱状晶。实现定向结晶的首要工艺条件是在液相线和固相线之间建立并保持足够大的轴向温度梯度和良好的轴向散热条件。此外,为了消除全部,还需研究单晶叶片的制造工艺。 3、粉末冶金工艺 粉末冶金工艺,主要用以生产沉淀强化型和氧化物弥散强化型高温合金。这种工艺可使一般不能变形的铸造高温合金获得可塑性甚至超塑性。 4、强度提高工艺 ⑴固溶强化 加入与基体金属原子尺寸不同的元素(铬、钨、等)引起基体金属的畸变,加入能降低合金基体堆垛层错能的元素(如钴)和加入能减缓基体元素扩散速率的元素(钨、钼等),以强化基体。 ⑵ 沉淀强化 通过时效处理,从过饱和固溶体中析出第二相(γ’、γ"、碳化物等),以强化合金。γ‘相与基体相同,均为面心立方结构,点阵常数与基体相近,并与晶体共格,因此γ相在基体中能呈细小颗粒状均匀析出,阻碍位错运动,而产生显著的强化作用。γ’相是A3B型金属间化合物,A代表镍、钴,B代表、钛、、钽、、钨,而铬、钼、铁既可为A又可为B。镍基合金中典型的γ‘相为Ni3(Al,Ti)。 γ’相的强化效应可通过以下途径得到加强: ①增加γ‘相的数量; ②使γ’相与基体有适宜的错配度,以获得共格畸变的强化效应; ③加入铌、钽等元素增大γ’相的反相畴界能,以提高其抵抗位错切割的能力; ④加入钴、钨、钼等元素提高γ‘相的强度。γ"相为体心四方结构,其组成为Ni3Nb。因γ"相与基体的错配度较大,能引起较大程度的共格畸变,使合金获得很高的屈服强度。但超过700℃,强化效应便明显降低。钴基高温合金一般不含γ相,而用强化。