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020合金
2019-07-29 13:32:54合金020
NS1403/0Cr20Ni35Mo3Cu3Nb
UNS N08020
020 铁-镍-铬合金
020合金是在高镍可变性奥氏体不锈钢——0Cr20Ni28Mo3Cu3Nb基础上发展的一种铁-镍基耐蚀合金。在其它成分基本等同于0Cr20Ni28Mo3Cu3Nb的条件下,只将钢中镍量由27%~29%提高到33%~38%,既可以提高钢的耐应力腐蚀断裂性能,又极大地改善了钢在还原性算中的耐蚀性和可加工性能。由于此合金具有良好的耐蚀性,在化学加工等工业中得到较广泛的应用。
主要应用:- 合金冶金工艺良好,可生产板、管。丝、带、棒材,锻件以及各种铸件;
- 用于化学加工工业的硫酸、硫酸+硝酸混酸、磷酸等介质中;
表1 牌号及标准材料
牌号标准
系列标准 化学
成分管材 板材 棒材 带材 焊丝 锻件 无缝管 焊接管 美标
N08020ASME (SB) 729
829464
468463
473
424
AWS A5.14
462
国标
NS 1403GB/T 15007
15011
/ 2054
15009
15010/ 15008 / 26030 NB/T 47019
47047/ 47046 / / / 47028
表2 020合金化学成分元素 C Si Mn P S Ni N08020 ≤0.07 ≤1.0 ≤2.0 ≤0.045 ≤0.035 32~38 NS1403 ≤0.07 ≤1.0 ≤2.0 ≤0.03 ≤0.03 32~38 元素 Cr Mo Nb+Ta Fe Mg Cu N08020 19~21 2~3 8×C~1.0 余量 — 3~4 NS1403 19~21 2~3 8×C~1.0 余量 — 3~4
表3 物理性能密度 8. 08g/cm³ 熔点 1357~1430℃ 机械性能
以下是相应规格020合金退火后(稳定化热处理)的机械性能。
表5 020合金常温下机械性能合金和状态 抗拉强度,MPa 0.2%屈服强度,MPa 延伸率A5,% 管材 冷加工退火 ≥550 ≥240 ≥30 板材 热轧、冷轧(退火) ≥551 ≥241 ≥30 锻件 锻件(退火) ≥551 ≥241 ≥30
图1高温力学性能(实线表示典型的使用温度)金相结构
020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。耐腐蚀性
全面腐蚀- 硫酸
在80℃各浓度的硫酸中的试验结果指出,67%~74%之间的硫酸出现一个腐蚀率峰值(图3)。在低于65℃的酸中不出现这种现象,其原因可能是富镍、铌相的选择腐蚀,鉴于这种事实,在选用时应予以注意。
图2 020合金在硫酸中的等腐蚀图
图3 020合金在80℃硫酸中的腐蚀行为- 磷酸
- 酸
晶间腐蚀
020合金的晶间腐蚀行为类似于825合金。在正常情况下次合金焊接件具有良好的耐晶间腐蚀性能。中温敏化的合金由于M23C6的析出将加剧晶间腐蚀。合金的敏化温度范围为650~870℃,最敏感温度为760℃。
应力腐蚀
由于合金020的镍含量提高至35%,因此在高浓氯化物环境中,耐应力腐蚀断裂性能得到提高,但不及825合金。加工及热处理
预热
温度控制对于保证合金的耐腐蚀性能不受敏化性的削弱非常重要。工件在加热之前和加热过程中都必须进行表面清理,保持表面清洁。若加热环境含有硫、磷、铅或其他低熔点金属,020合金将变脆。杂质来源于做标记的油漆、粉笔、润滑油、水、燃料等。燃料的硫含量要低,如液化气和天然气的杂质含量要低于0.1%,城市煤气的硫含量要低于0.25g/m3,石油气的硫含量低于0.5%是理想的。
热处理最好在真空电阻炉或惰性气体保护气氛中进行,因为这样可以控温精确并且不受杂质污染。若燃气的杂质含量较低时也可考虑使用燃气加热炉,这样可以得到中性或弱氧化性的气氛。应避免炉气成分在氧化性和还原性中波动,燃烧火焰不能直接烧向工件。
热加工
此合金的热成型温度为927~1065℃,不宜在晶间腐蚀敏感温度(650℃)下进行成型操作,如果在高于1065℃成型,最终成型应在870~980范围内进行,已获得良好的综合性能。此合金亦适于冷加工成型,具有良好的冷加工性能。
热处理:
软化退火或稳定化处理的温度范围是920-980℃,最合适为940±10℃。在任何热处理过程中,都要注意前面提到的关于保持清洁的事项。
打磨和酸洗
在020合金工件焊缝附近的氧化物要比不锈钢的更难以去除,需要用细砂带或砂轮打磨。为保持金属的光泽,打磨时要非常小心。在硝酸和氢氟酸的混合酸中酸洗之前,也要用砂纸去除氧化物或进行盐浴预处理。酸洗的时间尤其要注意。
机加工
020合金的机加工需在固溶处理后进行,要考虑到材料的加工硬化性,与奥氏
体不锈钢不同的是,需要采用低表面切削速度和重进刀量。焊接方面的建议
在对镍基材料进行焊接时,应遵循以下规程:
1. 工作场地:工作场地应单独分开或与碳钢的加工区域有足够远的距离,尽可能保持清洁,设有隔板并避免两区域间通风;
2. 工作服和辅助用品:应佩戴干净的细纹皮手套,穿着干净的工作服。
3. 工具和机器设备:应该有镍基合金和镍铬钢的专用工具,钢丝刷应采用不锈钢材料制成,机器设备如剪切机、冲床、轧机等应该盖上毡、纸板或塑料纸以防铁碳金属掉在机器表面而使加工材料粘上,导致腐蚀。
清理:
需用丙酮对母材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。
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。母材的焊接边缘大约25mm 宽的区域必须打磨至光亮金属变面。
坡口角度:
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。
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。
焊接工艺:
020合金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。
020合金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。