Inconel 600

概览

INCONEL® (镍-铬-铁)合金600 (UNS N06600/W.Nr.2.4816)因其卓越的耐腐蚀和耐热性能，成为工程领域的标准材料之一。该合金不仅机械性能优异，而且兼具高强度和良好的加工性，非常适合在各种极端环境下使用。INCONEL合金600的化学成分限制如表1所展示，其中高含量的镍使得该合金能够抵抗众多有机及无机化合物的腐蚀，甚至对氯离子引起的应力腐蚀开裂也几乎免疫。铬元素的加入则增强了其在高温下对硫化物的耐性以及在腐蚀性环境中的抗氧化能力。值得注意的是，该合金的硬化主要通过冷加工实现，而非沉淀硬化。

INCONEL合金600由于其出色的性能，被广泛应用于从极低温到超过2000°F (1095°C)的高温环境中。在化学工业中，它因强度高和耐腐蚀性好而被广泛使用，应用领域包括脂肪酸处理的加热器、蒸馏塔、以及生产硫化钠和制纸浆时所需的设备。此外，其在高温下的强度和抗氧化性，也使其在热处理行业中的炉子组件和加热器中发挥重要作用。

在航空领域，INCONEL合金600用于需耐高温的发动机和机身部件，如锁线、排气衬里和涡轮密封。在电子领域，该合金也有着诸如阴极射线管支架、晶闸管网格等关键部件的应用。

作为核反应堆的标准建材，INCONEL合金600对高纯度水的耐腐蚀性能出色，且在核反应堆水系统中未发现氯离子引起的应力腐蚀开裂现象，特别为核应用领域的严格要求而生产的INCONEL合金600T更是体现了其卓越的性能。

物理常数和热性能

INCONEL合金600的一些关键物理特性和热性能分别在表2和表3中有所列举。此外，表4展示了该合金在不同温度下拉伸状态的弹性模量，而表5则给出了关于总球面发射率和总正发射率的测量数据。需要注意的是，虽然这些数据为典型值，但并不适用于作为正式规格的依据。

机械性能

INCONEL合金600的机械性能范围广泛，正如表6所示，这取决于材料的形态和处理状态。在退火状态下，这种合金的屈服强度介于25,000至50,000 psi (172至345 MPa)之间，配合55至35%的延展性，使得这种材料可以轻松进行加工。对于经过强冷加工的材料，其抗拉强度甚至可以达到220,000 psi (1517 MPa)。

需要指出的是，这里提到的数据和信息主要是为了提供一个关于INCONEL合金600物理和热性能的概览，而并非用于具体规格的制定。

拉伸性能

标称室温下材料标准形态和条件的拉伸性能范围在表6中给出。

表7列出了各种温度下热轧棒经退火处理后的室温拉伸性能。表8给出了在1600°F（870°C）锻造至31%压缩比的棒材在锻造状态下以及经过各种退火处理后的拉伸性能。0.875英寸（22毫米）厚热轧板的室温性能列在表9中。

冷拉棒在高温下的拉伸性能如图1所示。

冷拉（20%压缩）棒在低温下的拉伸性能如图2所示。

热轧材料在高温下的布氏硬度读数在图3中给出。

经退火处理的棒材和板材的短时高温拉伸数据在图4和图5中绘制。

冲击强度和延展性

INCONEL合金600在室温下具有良好的冲击强度，并且在低温下几乎保持了所有这些强度；随着温度的降低，不会出现由韧性到脆性的转变。半英寸（13毫米）厚板材在室温和低温下的冲击强度值（夏比键槽）在表12中显示。额外的室温值列在表13中。

在表14中给出了退火和冷拉材料在高温下的冲击强度值。

剪切性能

三种不同硬度的冷轧板和带材的剪切强度值列在表15中。

疲劳强度

材料在不同条件下的室温疲劳强度显示在表16中。这些数据是通过使用抛光样品进行旋转梁测试获得的。

INCONEL合金600在高温下的疲劳强度显示在图6中。这些测试是在具有以下室温机械性能的材料上进行的：

拉伸强度：106 ksi (730 MPa)
屈服强度（0.2%偏移）：52 ksi (360 MPa)
伸长率：39%
断面缩减率：68.6%

低周期疲劳数据针对退火杆在室温和高温下给出，见表17。两种条件下锻件的低周期数据展示在表18中。表18中的值是从具有两种不同碳含量和不同热冷加工量的材料中获得的。这些变量对循环应变行为没有明显影响。

图7和8展示了晶粒大小和机械性能对锻件室温疲劳强度的影响。测试的材料来自同一熔炼，但采用不同的锻造方法产生了表19中描述的四种状态。在室温下，对每种状态下的材料进行了旋转梁（每分钟10,000次循环）和高应变低周期（每小时675次循环）疲劳测试。结果表明，晶粒大小和机械性能对低周期疲劳强度（图7）没有显著影响。然而，这些变量确实影响高速旋转梁疲劳性能。最佳的室温旋转梁疲劳强度（图8）是用细晶粒硬质材料获得的。

蠕变和断裂性能

INCONEL合金600在两种条件下的蠕变性能，对于温度至2100°F（1150°C）的情况，在表20中展示。图9给出了中间温度下热轧材料的蠕变速率。

在不同条件下材料的断裂性能展示在表21中。热轧材料在1000°到1300°F（540°到705°C）温度下的断裂寿命显示在图10中。

INCONEL合金600在长时间暴露于高温后不会变脆。冷拉杆材在蠕变测试后的室温机械性能在表22和表23中列出。

耐腐蚀性

INCONEL合金600的成分使其能够抵抗多种腐蚀介质。合金中的铬含量使其在氧化条件下优于商用纯镍，而其高镍含量使其在还原条件下保持相当的抵抗力。镍含量还提供了对碱性溶液的优异耐腐蚀性。

该合金对强氧化酸溶液具有一定的耐腐蚀性。然而，仅溶解空气的氧化作用不足以确保完全的钝化和免受饱和矿酸和某些浓缩有机酸的攻击。

应力腐蚀开裂

奥氏体铬镍不锈钢有时会因应力腐蚀开裂而灾难性地失败。这种类型的失败通常与含有氯化物的环境以及应力、水、溶解氧和其他因素有关。奥氏体合金在氯化物溶液中发生沿晶裂纹的倾向随着合金镍含量的增加而减少。INCONEL合金600，最低镍含量为72%，几乎对氯离子应力腐蚀开裂免疫。

INCONEL合金600在高温、高强度的腐蚀性碱金属中容易发生应力腐蚀开裂。此类服务的材料应在使用前完全在1650°F/1小时或1450°F/4小时（900°C/1小时或790°C/4小时）进行应力消除处理，且操作应力应保持在最低限度。

在高温下，如果存在汞，也可能发生应力腐蚀开裂。如果合金在涉及高温下与汞接触的应用中使用，应遵循针对腐蚀性碱金属服务的建议。

微观结构

INCONEL合金600是一种稳定的奥氏体固溶体合金。在微观结构中唯一出现的沉淀相是钛氮化物、钛碳化物（或这两种化合物的溶液，通常称为氰氮化物）和铬碳化物。

钛氮化物和碳化物在放大50倍或更高倍率下的抛光微观样品中可见。它们呈现为小的、随机分散的、角状的包裹体。颜色从氮化物的橙黄色变化到碳化物的灰薰衣草色。这些氮化物和氰氮化物在熔点以下的所有温度下都是稳定的，并且不受热处理的影响。

在1000°到1800°F（540°到980°C）的温度范围内，铬碳化物会从固溶体中沉淀出来。沉淀既发生在晶界处也发生在基体中。由于晶界的沉淀，INCONEL合金600的腐蚀行为与其他奥氏体合金相似，即材料在某些侵蚀性介质中经过1000°到1400°F（540°到760°C）的温度暴露后，可以变得易受晶间攻击（敏化）。在1400°F（760°C）以上的温度，主要的碳化物是Cr7C3。在1400°F（760°C）以下，Cr23C6碳化物也存在。

高温应用

INCONEL合金600广泛应用于炉窑和热处理领域，用于制造反应釜、箱体、炉箅、丝带、辊道炉和需要抵抗氧化及炉窑气氛的类似部件。由于该合金能够抵抗高温下的氮气，它成为了氮化容器的标准材料。

该合金在1800°F（980°C）下的抗氧化和抗结垢性能展示在图11中。用于获取图11中曲线的重量损失测定反映了材料在周期性温度暴露条件下保持保护性氧化膜的能力。

INCONEL合金600对碳化反应有良好的抵抗力。表24给出了在高温碳化环境下的测试结果。

INCONEL合金600能够抵抗中温下硫化合物的攻击，但在高温含硫环境下容易受到硫化。如果材料随后会暴露于800°F（427°C）以上的温度，不应使用二硫化钼（一种有时用于帮助部件组装的润滑剂）。

加工指导

INCONEL合金600可以通过热加工或冷加工轻松加工，并且可以通过标准的焊接、钎焊和焊锡过程连接。尽管该合金只能通过冷加工硬化和增强，但通过结合冷加工和热处理，可以在成品部件中获得一系列的机械性能。

热处理

合金在加热过程中的行为受到多种相互作用的变量的控制：冷加工量、晶粒大小、化学成分和材料的尺寸。因此，热处理的时间和温度通常是通过实验确定的。

一般来说，大约1850°F/15分钟（1010°C/15分钟）的退火处理将产生软质材料。短暂暴露于1900°F（1040°C）将得到软质材料而不产生粗大的晶粒结构。直到合金加热至约1800°F（980°C）时，晶粒增长才不会发生。在那个温度下，合金微观结构中细小分散的碳化物颗粒，这些碳化物颗粒抑制了晶粒增长，开始聚合。碳化物的溶解开始于大约1900°F（1040°C）。在2000°至2100°F（1090°至1150°C）处理1至2小时将完全溶解碳化物并导致晶粒尺寸增加。这种溶解处理有助于获得最大的蠕变和断裂强度。

一般而言，细晶粒结构的材料因为具有更好的耐腐蚀性以及更高的拉伸、疲劳和冲击强度而被优先选择。对于所有低温应用、大多数中温应用以及那些需要抵抗冲击和腐蚀的高温应用，细晶粒材料是首选。

晶粒大小依赖于加工过程。热轧产品通常具有小晶粒尺寸，因为它们在相对低温下完成加工。退火对热轧材料的晶粒尺寸影响很小。无论是冷加工还是退火状态下的冷拉或冷轧材料，都将拥有小晶粒尺寸。溶解处理将在热加工或冷加工材料中产生粗大的晶粒结构。

冷加工材料的再结晶所需的时间和温度根据冷加工量和具体成分而广泛变化。表25显示了在各种冷减量后细晶粒板材再结晶所需的时间和温度。

加热和酸洗

像所有镍基合金一样，INCONEL合金600在加热之前必须清洁，并且必须在无硫气氛中加热。锻造或开放式退火的炉窑气氛应该略微还原，以防止过度氧化。

加热后的冷却速率对INCONEL合金600的机械性能影响不大。然而，该合金在1000°到1400°F（540到760°C）的温度范围内容易发生碳化物沉淀，如果材料将要进行酸洗或用于需要避免敏感化的环境中，应该快速冷却通过该温度范围。

如果需要亮表面的合金，只能在非常干燥的氢气中或在真空中进行亮热处理，并且通常必须进行酸洗。

热成型和冷成型

INCONEL合金600的正常热加工温度范围是1600°到2250°F（870°到1230°C）。重度热加工应在1900°到2250°F（1040°到1230°C）之间进行；轻度加工可以继续进行到1600°F（870°C）。该合金在1200°到1600°F（650°到870°C）的温度范围内韧性较低，不应在该范围内进行加工。通过在1200°F（650°C）以下的温度仔细加工，可以在材料中开发出高拉伸性能。

INCONEL合金600可以通过用于钢和不锈钢的标准过程进行冷成型。如图12所示，其工作硬化速率高于普通钢，但低于304型不锈钢的硬化速率。

机加工

INCONEL合金600的可加工性略高于304型不锈钢，但略低于303型易切削不锈钢。

最佳处理方法是在重型设备上使用足够大且重的切削工具，这些工具能够承受负载并迅速散热。工具必须保持锋利，并具有适当的几何形状。

焊接

INCONEL合金600可以通过常规焊接过程轻松连接。用于连接合金600的焊接材料包括用于屏蔽金属电弧焊的INCONEL焊接电极182，用于气体钨弧焊和气体金属弧焊的INCONEL填充金属82，以及用于埋弧焊过程的INCONEL填充金属82和INCOFLUX 4埋弧焊助焊剂。

表26比较了焊接金属的热膨胀率与锻造合金600的热膨胀率。表27列出了INCONEL焊接电极182的全焊金属沉积物的冲击强度值。

表28给出了使用INCONEL填充金属82和焊接电极182制成的焊缝的室温拉伸性能。图13和图14展示了使用这些材料制成的焊缝的高温拉伸性能。焊接金属的应力破裂性能在表29中给出。

使用INCONEL焊接电极182制成的焊缝在长时间暴露于1000°到1400°F（540°到760°C）的温度后可能会降低延展性。

*对于在1200°F（650°C）以上温度的屏蔽金属电弧焊中获得最大应力破裂性能，推荐使用INCO-WELD A电极。

可用产品和规格

INCONEL合金600被指定为UNS N06600和Werkstoff Number 2.4816。该合金已获得美国机械工程师学会(ASME)锅炉和压力容器规范的认可。它在第I部分（动力锅炉）、第III部分（核容器）和第VIII部分（压力容器）下获得认可。允许的设计应力可以在第II部分，D部分中找到。第I部分的覆盖范围由代码案例1827提供。

标准产品形式包括管道、管子、板材、带材、平板、圆棒、扁棒、锻造料、六角形、线材和挤压型材。产品有多种尺寸可供选择。详细信息可从封底列出的办公室获得。

棒、杆、线材和锻造料 - ASTM B 166/ASME SB 166, ASTM B 564/ASME SB 564, ASME代码案例1827和N-253, SAE/AMS 5665和5687, BS 3075NA14和3076NA14, DIN 17752, 17753和17754, ISO 9723, 9724, 和9725, MIL-DTL-23229, QQ-W-390。

板、片和带材 - ASTM B 168/ASME SB 168, ASTM B 906/ASME SB 906, ASME代码案例1827和N-253, SAE/AMS 5540, BS 3072NA14和3073NA14, DIN 17750, ISO 6208, EN 10095, MIL-DTL-23228。

管道和管子 - ASTM B 167/ASME SB 167, ASTM B 163/ASME SB 163, ASTM B 516/ASME SB 516, ASTM B517/ASME SB 517, ASTM B 751/ASME SB 751, ASTM B 775/ASME SB 775, ASTM B829/ASME SB 829, ASME代码案例1827, N-20, N-253, 和N-576, SAE/AMS 5580, DIN 17751, ISO 6207, MIL-DTL-23227

其他 - ASTM B 366/ASME SB 366, DIN 17742, ISO 4955A, AFNOR NC15Fe