英康乃爾和英康洛依合金概述：
CY-40,Inconel(英康乃爾);Incoloy(英康洛依)是鎳基合金中的Ni-Cr-Fe系合金,其中含Fe量較低的稱其為Inconel合金;含Fe量較高的稱其為Incoloy合金, 英康洛依合金(Incoloy)因含Fe量高達(dá)45%,因此,它實(shí)際上是鎳基合金中的Fe-Ni-Cr合金。在目前耐蝕鎳基合金中，它們?cè)陂y門生產(chǎn)上的應(yīng)用量,是僅次于Monel(蒙乃爾)合金的重要合金。
耐蝕鎳基合金中主要幾種經(jīng)典的合金都有自己的“商業(yè)名稱”,按“商業(yè)名稱”叫法,分別有Monel(蒙乃爾合金)；Hastelloy(哈氏合金)等。對(duì)CY-40、Inconel 600它們的商業(yè)名稱,統(tǒng)稱為Inconel——“英康乃爾”合金;Incoloy 800它的商業(yè)名稱為“英康洛依”合金。
化學(xué)成分(%)為：72Ni-16Cr-8Fe-2Si合金是典型的Inconel 合金，其鑄造合金牌號(hào)是ASTM A494標(biāo)準(zhǔn)中的CY-40合金(日本《鑄件手冊(cè)》中稱CY-40為：“Cast Inconel”(鑄造英康乃爾),見日本《鑄件手冊(cè)》P1466頁(yè)表21.24),其對(duì)應(yīng)的軋材牌號(hào)為Inconel 600合金。
32Ni-21Cr-45Fe合金是典型的Incoloy 800合金,在ASTM A494標(biāo)準(zhǔn)中無(wú)對(duì)應(yīng)的鑄造合金牌號(hào)。
英康乃爾合金主要用于抗應(yīng)力腐蝕,尤其適用于高濃度的氯化物介質(zhì)。當(dāng)Ni含量大于45%時(shí)，對(duì)氯化物的應(yīng)力腐蝕幾乎是免疫的。此外,它還能抗沸濃硝酸、發(fā)煙硝酸、含硫和釩的高溫氣體及燃燒物的腐蝕；CY-40還被廣泛用于制造核動(dòng)力工廠的鍋爐給水系統(tǒng)的部件，因?yàn)樗炔讳P鋼的安全性更好；同時(shí),它還適用于需要高強(qiáng)度、高壓密封狀態(tài)的高抗腐蝕性能以及在高溫下具有抗機(jī)械磨損和抗氧化能力的工業(yè)生產(chǎn)中。我公司為不少煤化工廠氣化車間,用CY-40、Inconel 600及Inconel 625合金生產(chǎn)了用于PN6.4MPa、100MPa及Class900Lb、Class1500Lb高壓、高純度的氧氣閥門等。
CY-40鑄造合金：
CY-40的商業(yè)名稱為Inconel(英康乃爾)合金,在ASTM A494《鎳及鎳合金鑄件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》,規(guī)定了它的化學(xué)成分和力學(xué)性能(分別見表1和表2)。
表1.CY-40合金的化學(xué)成分(%)
|
C max
|
Mn max
|
Si max
|
P max
|
S max
|
Cu
|
Mo
|
Fe max
|
Ni
|
Cr
|
|
0.40
|
1.50
|
3.00
|
0.03
|
0.03
|
/
|
/
|
11.0
|
余
|
14.0~17.0
|
表2. CY-40合金的力學(xué)性能
|
抗拉強(qiáng)度(MPa)
|
屈服強(qiáng)度(MPa)
|
延伸率[50mm](%)
|
硬度 HB
|
|
≥485
|
≥195
|
≥30.0
|
……….
|
在ASTM A494標(biāo)準(zhǔn)第5條“材料與制造”中表述了：“CY-40鑄件通常以鑄態(tài)供給,而不經(jīng)固溶處理。”
在美國(guó)“By. Donald E. Wenschhof Huntington合金有限公司;R0bert B. Herchenroeder高技術(shù)材料制造公司Cabot分部;C.R.Bird不銹鋼鑄造工程有限公司”的《鑄造鎳合金》資料中對(duì)CY-40作了如下介紹：
CY-40主要應(yīng)用：適用于需要高強(qiáng)度的，高壓密閉狀態(tài)的,對(duì)化學(xué)破壞和危害作用有高的耐蝕性能的,以及在高溫下具有抗機(jī)械磨損和抗氧化能力的工業(yè)生產(chǎn)上。
砂型鑄件的機(jī)械性能：
抗拉強(qiáng)度：480~655MPa,屈服強(qiáng)度：195~310MPa,延伸率[在50mm]：30%~10%.
抗壓性能(壓縮性能)：
抗壓屈服強(qiáng)度：在偏移0.001%時(shí)為115MPa;偏移0.01%時(shí)屈服強(qiáng)度為160MPA;偏移0.2%時(shí)屈服強(qiáng)度為250MPa.
硬度(HB)：160~190.
彈性模數(shù)：處于張力時(shí)為155GPa.
沖擊值：夏氏沖擊試驗(yàn)：81 J; 埃左沖擊試驗(yàn)：115~95 J.
密度：8.3 t/m3；
鑄造性能：
熔化溫度：1370~1400℃(2500~2550°F)；用鎂作脫氧劑對(duì)合金液進(jìn)行脫氧處理; 澆注溫度：1540~1620℃(2800~2950°F);凝固收縮率21 mm/m (0.25 in/f t);
熱膨脹系數(shù)：線收縮在20~100℃(77~212°F)范圍內(nèi)為11.5μm/m.K.
磁性能：受磁力：25℃~100℃(77~212°F)時(shí)是無(wú)磁性的.
磁性轉(zhuǎn)變溫度：-101℃(-150°F)。
美國(guó)金屬學(xué)會(huì)1986年出版的《金屬手冊(cè)》的《鎳和鎳合金》中對(duì)CY-40論述如下：
鑄造Ni-Cr-Fe合金CY-40的成分與其相應(yīng)的軋材(Inconel 600)不同，它具有較高的C、Mn和Si的含量,以保證使其獲得所需要的鑄造性能和緻密性。
CY-40鑄態(tài)使用，因?yàn)樵摵辖鹪阼T態(tài)時(shí)對(duì)晶間腐蝕不敏感,而不銹鋼則很敏感。應(yīng)用于核工業(yè)中的鑄造英康乃爾合金,通常是改進(jìn)型的鑄造Ni-Cr-Fe合金,其最大碳含量為0.12%。低C、低Si的核工業(yè)用CY-40鑄件,其屈服強(qiáng)度較低,但其抗拉強(qiáng)度不低于最小抗拉強(qiáng)度值。
《美國(guó)鑄鋼手冊(cè)(第5版)》中指出：經(jīng)過(guò)改進(jìn)的用于原子能方面的鑄造Ni-Cr-Fe合金(碳最高含量為0.12%),作為附加的預(yù)防措施,通常要作固溶化處理。
典型成分(%)：0.20%C;1.50%Si;1.0%Mn;15.5%Cr;8.0%Fe;剩余為Ni的CY-40合金的機(jī)械性能最小值見表3。
表3.化學(xué)成分為 0.20%C1.50%Si1.0%Mn15.5%Cr8.0%Fe剩余為Ni
的CY-40的機(jī)械性能(a)
|
合金牌號(hào)
|
最小抗拉強(qiáng)度(MPa)
|
最小屈服強(qiáng)度
(MPa)
|
延伸率
(%)
|
硬度( HB)
|
|
CY-40
|
483
|
193
|
30
|
………….
|
注：(a).資料來(lái)自：Metals handbook Desk Edition. American society for Metals 1986《Nickel and Nickel Alloys》中的表7.
CY-40經(jīng)常于高溫狀態(tài)與相似成分的軋材配套使用，典型CY-40的高溫性能見表4和表5。
表4.典型CY-40高溫力學(xué)性能(a),(b)
|
溫 度
|
抗拉強(qiáng)度(MPa)
|
屈服強(qiáng)度(MPa)
|
延伸率(%) (c)
|
|
℃
|
°F
|
|
室溫
|
486
|
293
|
16
|
|
480
|
900
|
427
|
………………..
|
20
|
|
650
|
1200
|
372
|
………………..
|
21
|
|
730
|
1350
|
314
|
………………...
|
25
|
|
815
|
1500
|
186
|
…………………
|
34
|
注：(a). 資料來(lái)自：Metals handbook Desk Edition. American society for Metals 1986《Nickel and Nickel Alloys》中的表8.
(b).數(shù)據(jù)是“公稱成分”0.20%C和1.50%的熔模鑄造試棒;
(c).在25mm即1in之內(nèi)。
表5.典型CY-40高溫蠕變?cè)囼?yàn)性能(a),(b)
|
溫 度
|
蠕變?cè)囼?yàn)100h (MPa)
|
|
℃
|
°F
|
|
650
|
1200
|
165
|
|
730
|
1350
|
103
|
|
815
|
1500
|
62
|
|
925
|
1700
|
38
|
注：(a) .資料來(lái)自：Metals handbook Desk Edition. American society for Metals 1986《Nickel and Nickel Alloys》中的表9.
(b).數(shù)據(jù)是“公稱成分”0.20%C和1.50%的熔模鑄造試棒。
3. Inconel 600和Incoloy 800:
Inconel 600(UNS N06600)和Incoloy 800(UNS N08800)均為鎳基合金中的Ni-Cr-Fe系合金的軋材牌號(hào)，它們的化學(xué)成分,分別見表6和表7.
表6. Inconel 600的“公稱化學(xué)”成分(%)
|
C
|
Mn
|
Si
|
S
|
Cr
|
Ni
|
Cu
|
Fe
|
注
|
|
0.08
|
0.5
|
0.25
|
0.008
|
15.5
|
76.0(a)
|
0.25
|
8.00
|
(1)
|
|
0.05
|
/
|
/
|
/
|
15.5
|
75.5※
|
/
|
8.00
|
(2)
|
注：(a).包括Co在內(nèi)；
(1).資料來(lái)自：Metals handbook Desk Edition. American society for Metals 1986《Nickel and Nickel Alloys》中的表4；；
表7. Incoloy 800的“公稱化學(xué)”成分(%)
|
C
|
Mn
|
Si
|
S
|
Cr
|
Ni
|
Cu
|
Ti
|
Fe
|
其它
|
注
|
|
0.05
|
0.75
|
0.50
|
0.008
|
21.0
|
.32.5
|
0.38
|
0.38
|
46.0
|
Al 0.38
|
(1)
|
|
0.04
|
/
|
/
|
/
|
21.0
|
32.0
|
0.30
|
0.40
|
45.0
|
Al 0.30
|
(2)
|
附：Incoloy 800H的“公稱化學(xué)”成分(%)
|
0.08
|
/
|
/
|
/
|
21.0
|
32.0
|
/
|
0.40
|
45.0
|
Al 0.30
|
(2)
|
注：(1).資料來(lái)自：Metals handbook Desk Edition. American society for Metals 1986《Nickel and Nickel Alloys》中的表4；
Inconel 600及Incoloy 800合金有棒材、板材、管材和線材，它們的供貨狀況及其對(duì)應(yīng)的機(jī)械性能見表8.
表8. Inconel 600/Incoloy 800的機(jī)械性能(a)
|
材料類別及熱處理狀態(tài)
|
抗拉強(qiáng)度(MPa)
|
屈服強(qiáng)度(MPa)
|
延伸率(%)
|
|
棒材： 退火
冷拉
熱成型
|
552~690/517~690
724~1034/552~827
586~827/690~1034
|
172~345/204~414
552~862/241~621
241~621/517~862
|
55~35/60~30
30~10/50~25
50~30/30~10
|
|
板材： 熱軋
退火
|
586~758/552~758
552~724/517~724
|
241~448/207~448
207~345/207~414
|
50~30/50~25
55~35/50~30
|
|
薄板：退火
淬火
|
552~690/517~724
586~1034/
|
207~310/207~379
621~862/
|
55~35/50~30
15~2/
|
|
帶材：退火
調(diào)質(zhì)
|
552~690/517~690
1000~1172/
|
207~310/207~379
827~1103/
|
55~35/50~30
10~2/
|
|
管材：熱成型
冷拉和退火
|
517~690/517~724
552~690/517~690
|
172~345/172~414
172~345/207~414
|
55~35/50~30
55~35/50~30
|
|
線材：退火
調(diào)質(zhì)
|
552~827/552~758
1172~1517/965~1207
|
241~517/241~448
1034~1448/896~1172
|
45~20/45~25
5~2/5~2
|
注：(a).此資料來(lái)自：Metals handbook Desk Edition. American society for Metals 1986《Nickel and Nickel Alloys》中的表2.
Inconel 600和Incoloy800具有較強(qiáng)的抗氧化能力和在高溫下有較高的強(qiáng)度，在潮濕的環(huán)境中這些合金能阻止氯化物離子引起的金屬應(yīng)力腐蝕裂紋的形成。Inconel 600經(jīng)常大量地代替全鎳用于抗燒堿腐蝕及高溫條件下鹵素的腐蝕。
通常Inconel 600和Incoloy 800都不用于硫酸裝置,但在室溫下，它們均可用于低濃度的硫酸介質(zhì)中。Incoloy 800在120℃(250°Ｆ)時(shí)可使用于濃度為99%的硫酸。
Inconel 600和Incoloy 800對(duì)鹽酸有較弱的耐蝕性。
Inconel 600和Incoloy 800在室溫下,對(duì)所有濃度的純磷酸具有耐蝕性,但會(huì)隨著溫度的升高腐蝕率而急速加劇。
Inconel 600和Incoloy 800對(duì)于熱的長(zhǎng)化學(xué)鏈有機(jī)酸有良好的耐蝕性。硬脂酸、油酸和松香酸的油脂分離塔,通常都用Inconel 600合金制造。
Inconel 600中的高Cr含量,為該合金提供了較好的防止硫脆變的能力，因此，在包括含S的高溫堿性介質(zhì)中或要求高強(qiáng)度時(shí),Inconel 600常被用來(lái)代替Ni201。Inconel 600和所有的鎳合金一樣(除商業(yè)純Ni),當(dāng)與高溫、高濃度的堿性介質(zhì)接觸時(shí),均會(huì)經(jīng)受應(yīng)力腐蝕的威脅,所以,用Inconel 600合金制作的設(shè)備,在使用前應(yīng)進(jìn)行完全消除應(yīng)力處理(見表9),以保證運(yùn)行時(shí)應(yīng)力最小化。
表9. Inconel 600耐熱合金的消除應(yīng)力處理或退火(a)
|
合金牌號(hào)
|
消除應(yīng)力處理
|
退火
|
|
Inconel 600
|
900℃ 1h
|
1010℃ 1/4h (d)
|
注：(a). 此資料來(lái)自：Metals handbook Desk Edition. American society for Metals 1986《Nickel and Nickel Alloys》中的表6；
(d).為了防止晶粒粗化,所以退火的時(shí)間要求短。
Inconel 600對(duì)鹽類的耐蝕性與Ni200和Monel 400非常相似,但對(duì)于氧化性酸鹽, Inconel 600更優(yōu)異,而它對(duì)于非氧化性酸鹽則不耐蝕。Inconel 600對(duì)于硝酸銀有良好的耐蝕性，當(dāng)用于光學(xué)處理(加工)及用于熱、濃的氯化鎂時(shí)也是如此。在溫度大于43℃(110°F)的亞硝酸基氯化物中, Inconel 600合金優(yōu)于Ni200。
Inconel 600合金可用于870℃(1600°F)既要求保持高強(qiáng)度,又要求具有抗氧化性能的緊固件上。
4. Inconel 625合金
Inconel 625(UNS N06625)合金和Inconel 600合金既有相同點(diǎn),即它們都是含有Ni-Cr-Fe的鎳基合金,所以它們的商業(yè)名稱,均稱為Inconel合金；但還有不同之處：Inconel 600合金是典型的Ni-Cr-Fe的鎳基合金；而Inconel 625合金是含有Mo的合金(見表10),嚴(yán)格地分：Inconel 625合金是耐蝕鎳基合金中的Ni-Cr-Mo系合金，Ni-Cr-Mo系鎳基合金的典型合金是Hastelloy C(哈氏C)合金，因此Inconel 625合金是Hastelloy C(哈氏C)合金。Inconel 625合金對(duì)應(yīng)的鑄件材質(zhì)牌號(hào),是ASTM A494《鎳及鎳合金鑄件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》中的CW-6MC(見表10)。
Inconel 625合金和CW-6MC合金均要求在t≥1175℃（2150°F）水淬,作固溶化處理。
在鎳基合金中將不同合金成分叫一種商業(yè)名稱是常有的,例如哈氏合金(Hastelloy),它就包括Ni-Mo-Fe系合金(HastelloyA; HastelloyB);Ni-Cr-Mo系合金(HastelloyC; HastelloyN; HastelloyF);Ni-Cr-Cu-Mo系合金（HastelloyG）；Ni-Si系合金(HastelloyD)等等。所以,把Inconel 600和Inconel 625都稱為Inconel 合金就不奇怪了。
表10 Inconel 625和CW-6MC的化學(xué)成分(%).
|
合金
|
C max
|
Mn max
|
Si max
|
P
max
|
S max
|
Mo
|
Fe max
|
Ni
|
Cr
|
其它
|
注
|
|
Inconel 625
|
0.05
|
0.50
|
0.50
|
|
|
9.0
|
2.5
|
61.0
|
21.5
|
Al≤0.40
Ti≤0.40
Nb：3.65
|
(1)
|
|
CW-6MC
|
0.06
|
1.00
|
1.00
|
0.015
|
0.015
|
8.0~10.0
|
5.0
|
余
|
20.0~23.0
|
Nb3.15~4.50
|
(2)
|
資料來(lái)自：ASTM A494《鎳及鎳合金鑄件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》。
5.結(jié)語(yǔ)：
Inconel ——英康乃爾合金及Incoloy——英康洛依合金是耐蝕鎳基合金中的Ni-Cr-Fe系的鎳基合金，它不但耐蝕而且耐高溫、耐高壓，它廣泛地用于制造核工業(yè)和用于需要高強(qiáng)度、高壓密封狀態(tài)的、高抗腐蝕性能以及在高溫下具有抗機(jī)械磨損和抗氧化能力的工業(yè)生產(chǎn)中的閥門和設(shè)備。Inconel 合金其鑄造合金為CY-40;軋材牌號(hào)是Inconel 600。 Incoloy——英康洛依合金：軋材牌號(hào)為Inoloy 800合金。
相關(guān)信息：氧氣閥門、閥門標(biāo)準(zhǔn)、閥門型號(hào)、波紋管閥門 |
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