028合金

2019-07-29 13:38:16

合金028
00Cr27Ni31Mo3Cu
W.Nr.1.4563，Nicrofer 3127LC
UNS N08028
028 铁-镍合金
028合金属于铁镍基超低碳奥氏体合金。在化学工业苛刻的腐蚀介质中具有优异的耐蚀性；在湿法磷酸中其耐全面腐蚀性能良好，此外亦具有优异的耐点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等性能。合金的工艺性能与一般奥氏体不锈钢类似。鉴于其优良的综合性能，因此近年来此合金在化学加工、油气田开发等工业中得到了较广泛的应用。
主要应用：

湿法磷酸的生产；
海水冷却；
含Cl^—^、F^—的化学加工工艺介质；
有机酸的生产；、
在硫酸的生产中，用于制作管道和热交换器；

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 N08028	ASME （SB）		668		709			709

表2 020合金化学成分

元素	C	Si	Mn	P	S
ASME SB709	≤0.03	≤1.0	≤2.5	≤0.030	≤0.030
元素	Ni	Mo	Cr	Fe	Cu
ASME SB709	29.5~32.5	3.0~4.0	26.0~28.0	余量	0.6~1.4

表3 物理性能

密度	8. 0g/cm³
熔点	1370~1430℃

机械性能

以下是相应规格028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，%	硬度HRB
管材
冷加工退火	≥500	≥214	≥40	70-90
板材
薄板、板材、带材（退火）	≥550	≥214	≥40

金相结构

028合金具有稳定的面心立方结构。

耐腐蚀性

全面腐蚀
由于028合金具有碳、铬、镍、钼、铜的良好配合，因此在一些苛刻的腐蚀环境中具有良好的耐全面腐蚀性能

硫酸

028合金在硫酸中的耐蚀性示于图1和表6。在50℃以下的全浓度硫酸中，合金的腐蚀速率小于0.1mm/a，在40%%~70%硫酸和浓度＜10%,，＞80%的硫酸中其实用温度可相应提高。合金在硫酸中的耐蚀性优于00Cr20Ni25Mo4.5Cu，接近于HastelloyC合金。
表6 028合金在硫酸中的腐蚀数据

H₂SO₄/%	试验温度/℃	试验时间/h	腐蚀速率/（mm/a）
50	80	24+72+72	0.23
60	60	24+72+72	0.08
65	60	24+72+72	0.07
70	60	24+72+72	0.08
96	80	24+72+72	0.29

图2 028合金在硫酸中的等腐蚀图（图中数字为腐蚀率mm/a）

磷酸

在化学纯的磷酸中，028合金在沸腾温度以下的各种浓度的酸中均具有良好的耐蚀性。
湿法磷酸较化学纯磷酸具有更强的腐蚀性。湿法磷酸有硫酸分解磷石灰所制取，在这种酸中必然含有由磷石灰带入的F^—、Cl^—等杂质和残留的硫酸，这些杂质加剧了介质的腐蚀性，其中尤以F^—、Cl^—最为有害。在湿法磷酸厂中，磷酸浓缩工序热交换器的腐蚀环境最为恶劣，致使许多高性能不锈钢收到严重腐蚀。面对解决这一腐蚀难题而开发的028合金具有耐湿法磷酸的优良性能，一些实验结果件图3~图6以及表7。

图3 在湿法磷酸中温度对合金腐蚀率的影响图4 在100℃含杂质磷酸中Cl^—、F^—浓度的综合介质：H₃PO₄70%，H₂SO₄4%，影响，介质：H₃PO₄70%，H₂SO₄4%，
F^—0.5%， Cl^—，60×10^-6，Fe³⁺0.6% F^—0.5%，Fe³⁺0.45%

图5 F^—含量对028合金在含杂质磷酸中耐蚀性的影响图6 Cl^—和自由F^—浓度的综合影响
介质：H₃PO₄70%，H₂SO₄4%，60ppm Cl^—， H₃PO₄70%，H₂SO₄4%，
Fe³⁺0.6,100℃% Fe³⁺0.45%，100℃

表7 在湿法磷酸中的耐蚀性

牌号	70%H₃PO₄+4%H₂SO₄+0.5% F^—+60×10^-6Cl^—+0.6%Fe³⁺，90℃（二水法模拟液）	42%P2O5+2%SO3+0.57% F^—+0.23 Cl^—+1.36% Fe³⁺, 90℃（半水法模拟液）
00Cr20Ni25Mo4Cu	0.80	0.27
028合金	0.12	0.06
C-276合金	0.52	—

晶间腐蚀
028合金的含碳量极低，所以具有良好的耐晶间腐蚀性能，在经多次焊接后并不使其耐蚀性下降。合金的敏化温度区间为500~720℃，最敏感温度为670℃。

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，028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950~1150℃，设备制造的热成型温度也以上述温度为宜，应避免在500~720℃敏化温度进行热成型操作。
热处理：
固溶处理温度为1080~1140℃，保温时间取决于工件的最大截面积尺寸，冷却方式最好为水冷，对于截面尺寸小的也可采取快速空冷。
打磨和酸洗
在028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
028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：
028合金焊接性能良好，无热裂倾向。焊前不需要预热，焊后也不需要热处理。可采用常规的焊接方法，如手工电弧焊和TIG焊。最理想的方法为TIG焊。焊接应使用低的热输入。TIG焊的最大电流为100~120A。