金属材料特种不锈钢专业设计

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耐蚀的一种。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，如热的浓硝酸。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)
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。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硝酸和 的混合液中酸洗，后用清水冲洗干净。

GH230  固溶强化的抗氧化合金，在1200℃以下具有高的热强性，具有优良的抗氧化性能和良好的冲压、焊接工艺性能，长期使用组织性能。是我国使用温度的合金之一。
GH500 Udimet500 合金采用高Al高Ti沉淀强化的时效合金，具有高的屈服强度和断裂强度，应用于直升机的发动机涡部分。
GH520 Udimet520 该合金是一种合金化程度较高的沉淀强化镍基合金，可在980℃以下长期使用，在高温下具有良好的抗拉强度、较高的高温硬度和好的抗氧化性能。
GH536 HastelloyX 合金性能水平与GH3044合金相当，适用于制作在900℃以下长期使用的发动机室及其它高温部件。
GH586  为我国自行研制的难变形镍基高温合金，合金在-196℃~800℃范围内，具有高的屈服强度和持久蠕变强度和良好的抗氧化性能，现阶段国内综合性能的涡材料。在1050℃以上对钠盐的耐蚀能力稍差。
GH600 Inconel600 固溶强化的耐热耐蚀合金，具有良好的抗高温腐蚀性能、抗氧化性能、冷热加工性能、低温机械性能、冷热疲劳性能。650℃下具有较高的强度，成型性好，易于焊接。
GH625 Inconel625 合金具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能，从低温到980℃具有良好的拉伸性能和疲劳性能，以及耐盐雾下的应力腐蚀。
GH648 эп648 高铬合金，在高温条件下具有良好的耐蚀性能和综合力学性能。
GH698 эи698 >在550~800℃范围内具有高的持久强度和良好的综合性能，与Waspaloy合金性能水平相当。
GH708 эп708 新型镍基时效合金，该合金具有较高的高温强度，优良的抗氧化性能和一定的可焊性能，可在900℃下长期使用。
GH864 Waspalloy 合金在540~815℃温度范围内具有良好的耐燃气腐蚀能力、较高的屈服强度和疲劳性能，工艺塑性良好，组织。
GH742 эп742ид rowspan="2"      合金在750~950℃具有良好的高温性能，是目前变形高温合金中合金化程度的涡材料，在大推力发动机上广泛应用。

2、新型高温合金的研究
市场分析新型高温合金主要包括：粉末高温合金、金属间化合物、ODS合金和高温金属自润材料等四种：
粉末高温合金技术：FGH51粉末高温合金是采用粉末冶金工艺制备的相沉淀强化型镍基高温合金。该合金γ相的体积分数为$,-左右，其形成元素的原子分数为50%左右。合金盘件的制造工艺路线是采用真空感应熔炼制取母合金，然后雾化制取预合金粉末，进而制成零件毛坯。与同类铸、锻高温合金相比，它具有组织均匀、晶粒细小、屈服度高和疲劳性能好等优点，是当前650度工作条件下强度水平的一种高温合金。该种高温金主要用于高性能发动机的转动部件，如涡 和承力环件等 [7]  。
金属间化合物用于制作各类先进运载工具动力推进系统的构件，减少自重、提能；
ODS合金具有优良的高温蠕变性能、高温抗氧化性能、抗碳、硫腐蚀性能，可用于制造发动键部件，也可用于火力发电系统、煤气化炉、工业燃气轮机和工业锅炉、玻璃制造、汽车柴油发动机、核反应堆等；
高温金属基自润滑材料主要用于生产高温自润滑轴承，主要用于替代含油轴承、镶嵌式固体自润滑轴承、双金属轴瓦及铸硫钢固体润滑轴承（包括铸钢表面硫化处理轴承）在冶金设备上的应用，该高温自润滑轴承具有强度高、承载能力大、润滑效果好、结构设计合理、噪音小、使用寿命长等优点 [6]  。

镍基高温合金指的是以镍为基体(含量一般大于50%) 在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。
镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从 700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。镍基高温合金的发展趋势见图1。