耐腐蚀性金属Inconel 合金:Inconel 600与Inconel 601
洛阳赛特瑞高温回转炉、雾化热分解炉经常遇到耐高温且耐方式的合金配件。
Inconel 合金具有优异的耐腐蚀性,其具体牌号如下:
常见耐腐蚀Inconel合金牌号
1、 Inconel 600 (UNS N06600):含镍≥72%,铬14-17%,铁6-10%,在核工业高纯水环境中抗应力腐蚀能力突出。
2、 Inconel 601 (UNS N06601):镍58-63%,铬21-25%,铁余量,700℃时屈服强度保持140MPa以上,适用于含氯、硫的化工环境。
3、Inconel 750 :含镍、铬及钼,熔点1300-1370℃,在氧化和还原环境中耐腐蚀性优异,广泛应用于航空航天和核工业。
耐腐蚀特性
Inconel合金通过镍、铬等元素协同作用,形成致密氧化膜,可有效抵抗酸性、氯化物及高温氧化腐蚀。例如,Inconel 600在硝酸等强酸环境中抗氧化性优异,Inconel 750则对高温氯化物腐蚀表现突出。
Inconel 合金
Inconel 是一类以镍(Ni)为基体、铬(Cr)为主要合金元素的高温高强耐蚀合金的总称,由美国 Special Metals(SMC)公司注册,现已成为全球公认的高性能金属材料之一。它通过添加钼、铌、钛、铝、钴、钨等多种微量元素,形成多种牌号,分别针对极端温度、强腐蚀、高应力等不同服役环境优化。下面从成分、强化机理、常见牌号、典型性能与应用做系统介绍。
一、合金体系与强化机理
1、固溶强化型(如 600、601、625、617)
依靠 Mo、W、Co 等元素对 γ 基体的固溶强化,室温-高温强度中等,但加工、焊接性能优异,可在 900-1100 °C 范围内抗氧化。
2、沉淀强化型(如 718、X-750、706、783、713C)
通过 γ′(Ni?Al,Ti) 或 γ″(Ni?Nb) 相在晶内弥散析出实现时效硬化,屈服强度可达 1000 MPa 以上;典型服役温度 550-750 °C,短时 800 °C 仍能保持强度。
3、铸造或粉末冶金型(如 713C、738、792)
加入更多 Al+Ti+Ta 形成 γ′ 强化,适合复杂薄壁涡轮叶片,但铸造缺陷需通过 HIP(热等静压)改善
典型牌号与化学成分(wt%)
三、综合性能
高温强度
718 在 650 °C 下 σ_b≥1275 MPa,σ_0.2≥1034 MPa;783 在 750 °C 仍保持 σ_b≈1105 MPa。
耐腐蚀与抗氧化
高 Cr 提供抗氧化/硫化皮膜,Mo、W 提高抗点蚀、缝隙腐蚀;625 在海水、化工介质中长期使用无点蚀。
焊接与加工
固溶型(625、601)焊接后无需热处理;沉淀型(718、706)可在固溶或时效态焊接,焊后一般需时效恢复强度。
物理特性
密度 8.19-8.44 g/cm3(718),熔点 1260-1360 °C;线膨胀系数 13-15 μm/m·℃,导热率 11-15 W/m·K(室温),电阻率 1.25-1.35 μΩ·m。
四、主要应用领域
航空航天
涡轮盘、压气机盘、燃烧室、机匣、紧固件、喷管、火箭发动机推力室。
能源与核工业
压水堆蒸汽发生器管、快堆燃料元件包壳、燃气轮机热端叶片、高温换热管。
石油化工
加氢裂化炉管、醋酸、海水淡化、酸性油气田阀门、泵壳、紧固件。
汽车与船舶
高性能发动机排气阀、涡轮增压器壳体、潜艇耐压壳体密封环。
五、选材与工艺提示
需 700 °C 以上长期抗氧化 → 选 601、617;
需 650 °C 高强度且可焊 → 选 718、706;
需铸造复杂叶片 → 713C、738;
需低膨胀抗氧化 750 °C → 783;
焊接件优先固溶退火态,沉淀强化件焊后 720 °C/8 h + 620 °C/8 h 双时效。
综上,Inconel 合金通过多元合金化和不同强化机制,实现了在极端环境下的“强度-耐蚀-可制造性”平衡,成为航空航天、能源、化工等高技术领域不可替代的关键材料。
77镍合金
“77镍合金”并非一个单一牌号,而是行业内对镍含量约77%、具备特定性能的镍基合金的统称。根据成分体系和用途,可细分为以下几类典型合金:
1. Inconel 600(77Ni-16Cr-6Fe)
成分:Ni ≥72%,Cr 14–17%,Fe 6–10%
特性:
高镍赋予优异的抗氯化物应力腐蚀开裂能力;
铬元素提升氧化环境下的耐蚀性;
在700°C以下具备良好热强性与塑性;
可冷加工强化(冷轧后抗拉强度可达1500 MPa);
应用:航空发动机燃烧室、碱金属处理设备、硫化物环境。
2. Ni77Cu5Mo5(精密合金)
成分:Ni ≈77%,Cu 5%,Mo 5%,Fe余量
特性:
可控热膨胀系数(室温~400°C),适用于与玻璃/陶瓷封接;
高耐腐蚀(还原气氛、碱性介质);
良好加工与焊接性能;
应用:精密仪器、电子封装、真空器件结构件。
3. Ni77Mo4Cu5(耐蚀合金)
成分:Ni ≈77%,Mo 4%,Cu 5%
特性:
高耐点蚀、缝隙腐蚀;
适用于含氯离子、还原性酸环境;
应用:化工设备、海洋工程紧固件。
4. 1J77(软磁合金)
成分:Ni ≈77%,Fe ≈17%,Cu+Cr少量
特性:
高磁导率、低矫顽力;
低磁滞损耗,优良的温度稳定性;
应用:高灵敏度磁头、变压器铁芯、电磁屏蔽
常用耐高温不锈钢对比表
(氧化或中性气氛,连续服役 10⁴ h 以上;若存在硫化、卤素或还原气氛需再降低 100–250 °C)
快速选型提示
-
> 1 100 °C 长期氧化 → Inconel 601(抗氧化最佳)或 310S/310L(不锈钢中最高)。
-
≈ 1 000 °C 经济耐热 → 310/310S(成本低于 601,寿命略短)。
-
≤ 870 °C 且需耐蚀 → 316L(超低碳,焊后耐晶间腐蚀)。
高温耐硫化、耐卤素能力综合对比表
(温度范围:600–1000 °C,气氛含 H₂S、S、Cl₂、HCl、HF、NaCl 等典型硫化/卤化介质)
合金/材料 | 典型成分(wt%) | 最高长期服役温度(氧化+硫化/卤素) | 耐硫化性能(失重/渗层) | 耐卤素性能(失重/点蚀) | 机理与备注 |
---|---|---|---|---|---|
Inconel 600 |
Ni≥72, Cr 14–17 | ≈ 850 °C(含 H₂S) | Δm ≈ 20–30 mg/cm²@900 °C/100 h;Cr₂O₃ 膜+Ni₃S₂ 层,局部剥落 | 中等;Cl⁻ 可引发点蚀(CPT≈35 °C) |
缺 Al 与 Mo,硫化膜不连续,卤素易穿透
|
Inconel 601 |
Ni 58–63, Cr 21–25, Al 1–1.7 | ≈ 1 050 °C(含 H₂S) | Δm < 5 mg/cm²@1000 °C/100 h;Cr₂O₃+Al₂O₃ 双层膜,抗硫化剥落 | Al₂O₃ 层阻挡 Cl⁻ 扩散,CPT>90 °C |
Al 与 Cr 共同形成致密氧化膜,优于 600
|
AISI 310/310S |
Fe 余量, Cr 24–26, Ni 19–22 | ≈ 900 °C(含 SO₂) | Δm 25–40 mg/cm²@950 °C/100 h;Cr₂O₃ 膜,>950 °C 挥发加速 | 差;Cl⁻ 下点蚀严重(CPT≈25 °C) |
高 Cr 抗氧化,但无 Al/Mo,卤素易穿透晶界
|
AISI 316L |
Fe 余量, Cr 16–18, Ni 10–14, Mo 2–3 | ≈ 700 °C(含 H₂S) | Δm > 50 mg/cm²@800 °C/100 h;FeS 层疏松 | Mo 提高耐 Cl⁻,CPT≈45 °C;>600 °C 卤素挥发失稳 |
中温耐卤素良好,高温硫化迅速失效
|
Hastelloy C-276 |
Ni 余量, Mo 15–17, Cr 14.5–16.5 | ≈ 1 000 °C(含 H₂S+Cl₂) | Δm < 2 mg/cm²@900 °C/100 h;Mo 形成 MoS₂ 膜,致密 | Mo+W 抑制 Cl⁻ 点蚀,CPT>100 °C |
Mo、W 提供硫化/卤素双重保护,工业标杆
|
Haynes 188 |
Co 余量, Ni 20–24, Cr 20–24, W 13–15 | ≈ 950 °C(含 H₂S) |
硫化层厚度 1.6 mil@760 °C/215 h,优于 310、617
|
W+Cr 形成稳定氧化物,Cl⁻ 渗透率低 | 钴基合金,抗硫化、卤素优于镍基 625/310 |
UMCo-50 |
Co 余量, Cr 25–30, Fe ≤20, Si 1–2 | ≈ 1 000 °C(含 SO₂+NaCl) | 硫化失重 < 10 mg/cm²@950 °C/100 h | Si 形成 SiO₂ 玻璃膜,阻挡 Cl⁻ |
钴基,高温硫化/熔盐腐蚀极佳
|
-
耐硫化排序(优→劣)
C-276 > 601 > Haynes 188 > UMCo-50 > 310S > 600 > 316L -
耐卤素(Cl、F)排序(优→劣)
C-276 > 601 > 188 > UMCo-50 > 316L > 600 > 310S -
选材建议
-
>950 °C 强硫化+卤素共存:首选 C-276 或 601+Al涂层
-
900–950 °C 硫化主导:Haynes 188 或 UMCo-50(钴基)
-
<800 °C 含 Cl⁻ 烟气:316L(经济)或601(长寿命)
20Cr25NiNb
从成分、性能、应用三方面做系统介绍。
1. 典型化学成分(wt %)
C | Si | Mn | Cr | Ni | Nb | 其他 | Fe |
---|---|---|---|---|---|---|---|
≤0.10 | ≤0.75 | ≤2.0 | 24–26 | 19–22 | 0.60–1.0 | N≤0.11 | 余量 |
-
Cr≈25 %:在 ≥1000 °C 氧化环境中形成致密 Cr₂O₃ 保护膜。
-
Ni≈20 %:稳定奥氏体,提高高温强度和耐硫化、耐渗碳能力。
-
Nb(0.6–1.0 %):与 C 结合生成 NbC,抑制晶界 Cr₂₃C₆ 析出,防止晶间腐蚀(敏化)。
2. 性能特点
性能维度 | 数据/表现 |
---|---|
最高长期使用温度 | 连续 1100 °C(氧化气氛);间断 1150–1200 °C |
短时蠕变强度 | 100 MPa / 1000 h / 1000 °C(与 310S 相当) |
抗氧化增重 | 1000 °C×100 h:≤2 mg/cm²(Cr₂O₃ 膜) |
耐硫化/卤素 | 优于普通 310;Nb 稳定晶界,降低晶间腐蚀风险 |
热老化脆化 |
650 °C×3000 h 后,冲击功 KV₂ 下降约 30 %,但仍 ≥35 J;晶界析出 M₂₃C₆ + G 相是主要原因
|
焊接性 | 良好,焊前不需预热,焊后可空冷;推荐 ER310Nb 焊丝 |
加工性 | 热加工温度 1150–950 °C;冷加工硬化率中等 |
3. 应用领域
-
超临界锅炉/气冷堆:高温包壳、过热器吊架、炉管支撑
-
石化重整炉:转化管、集气总管、炉内辐射管
-
垃圾焚烧/煤制气:高温耐硫、耐氯腐蚀部件
-
汽车排气:高功率柴油机排气管、歧管(替代 310S 以延长寿命)
4. 与常见 25Cr-20Ni 系列的对比
牌号 | Nb | 敏化倾向 | 最高长期温度 | 典型用途 |
---|---|---|---|---|
310S | 无 | 中 | 1100 °C | 一般炉用 |
310H | 无 | 高 | 1100 °C | 需固溶处理后使用 |
20Cr25NiNb | 有 | 极低 | 1100–1150 °C | 核电、化工等苛刻环境 |