NS3306 鎳基耐蝕合金簡介

NS3306（NS336）為 Ni-Cr-Mo 耐蝕合金，具有耐氧化-還原復(fù)合介質(zhì)、 耐海水腐蝕特性，且熱強度高。NS3306 與美國 ASTM 標準中的 N06625（Inconel 625）相對應(yīng)。

鎳是重要的有色金屬， 不僅具有很高的強度和塑性， 還有良好的耐蝕性。 鎳及鎳合金 常用于石油化工設(shè)備制 造、 核反應(yīng)堆 工程、 航空工 業(yè) 等 領(lǐng) 域。Inconel 625 作為新一代高強度耐腐蝕高溫合金，有著優(yōu)異的耐蝕性能。

NS336耐蝕合金化學成分

鎳合金在天然海水中的腐蝕行為

在海水全浸區(qū)暴露的Monel 400發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕。 點蝕呈坑狀(見圖a)。它開始暴露的2年點蝕發(fā)展較快，2年后點蝕速度減慢。它暴露2年的最大點蝕深度O 46 mm．暴露7年為O．65mm。暴露2年和7年，最大縫隙腐蝕 深度分別為O 43mm和0 56mm。MoneI 400試樣側(cè)邊的點蝕密度、點蝕深度都比正面大，側(cè)邊的最大點蝕深度比正面深O 2 mm。這是由于機械加工造成試樣側(cè)面的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力增加了Monel 400對點蝕的敏感性。

Nsll2(Incoloy 800)在海水中的腐蝕嚴重。它的腐蝕類型為點蝕、隧道腐蝕和縫隙腐蝕，見圖b。它在海水中暴露1年即因隧道腐蝕和縫隙腐蝕穿7L(試樣原始厚度2mm)。暴露4年腐蝕溝槽的長度超過loo mm。

Ns312(Inconel 600)在海水中的腐蝕較重。它在全浸區(qū)暴露2年的最大點蝕深度為0 38 mm；暴露4年，Ns312發(fā)生溝槽腐蝕，最大深度達3．42mm；暴露7年因溝槽腐蝕穿孔(原始厚度4．2 mm)。暴露2年的最大縫隙腐蝕深度為0．62mm，7年為2．52mm。

Nsll2和Ns312的溝槽腐蝕、隧道腐蝕以點蝕或縫隙腐蝕為起點，沿重力方向發(fā)展。溝槽腐蝕、隧道腐蝕發(fā)展很快。溝槽腐蝕的形貌是明顯的蝕溝；隧道腐蝕則是隱伏的，多半不露出表面，基體內(nèi)腐蝕，表面留下未受腐蝕的薄膜。

Ns334(Hastelloy c-276)、Ns335(Hasteuoy C-4)和 GH3128在海水中表現(xiàn)出很好的耐蝕性。暴露7年，這3種鎳合金均沒有出現(xiàn)腐蝕痕跡。

Ns336(Inconel 625)在海水中也有很好的耐蝕性。在暴露1年、4年和7年的Ns336試樣上沒發(fā)現(xiàn)腐蝕痕跡。但在暴露2年的試樣上發(fā)現(xiàn)深度為0．08 mm的蝕點，蝕點在機械劃傷處。文獻[3]認為，Ns336在海水中的耐蝕性與Ns334、Ns335相同，是通常所知的在海洋環(huán)境中最耐蝕的結(jié)構(gòu)材料，在耐蝕性方面唯有鈦合金可與之媲美。結(jié)果表 明，機械劃傷增加了Ns336對點蝕的敏感性。 Hastelloy G和GHl8l在海水中顯示了好的耐蝕性。Hastelloy G暴露2～7年最大點蝕深度O．05 mm，最大縫隙腐蝕深度o．12 mm。Hastelloy G暴露4年的試樣上的點蝕發(fā)生在機械劃傷處，表明機械劃傷處對點蝕較敏感。

GHl8l在全浸區(qū)暴露1年，沒發(fā)生局部腐蝕。暴露2—7年，試樣上有較淺的點蝕，最大深度O 05 mm。暴露期間的最大縫隙腐蝕深度0 14 rnm。 由于點蝕和縫隙腐蝕的隨機性及機械劃傷、生物污損影響，鎳合金的點蝕深度和縫隙腐蝕深度與時間的關(guān)系是不規(guī)律的。 腐蝕速率鎳合金在海水中的腐蝕速率(由失重計算)較低或很低。局部腐蝕較重的Monel 400，Nsll2，Ns312腐蝕速率小于lo“n∥a；耐蝕性好的鎳合金腐蝕速率小于o 029 “rr∥a。 鎳合金在海水中因局部腐蝕而遭到破壞，而用腐蝕失重計算的腐蝕速率意味著均勻減薄。用腐蝕速率判斷鎳合金的耐蝕性無實際意義。

材料牌號與化學成分

鎳合金在海水中的耐蝕性相差很大。Ns334，Ns335．Ns336，GH3128在海水中有很好的耐蝕性，Hastelloy G和 GHl8l有好的耐蝕性。機械劃傷、加工殘余應(yīng)力增加鎳合金對點蝕的敏感性。 鎳合金在潮汐區(qū)的耐蝕性比全浸區(qū)好。在全浸區(qū)耐蝕性好的鎳合金在潮汐區(qū)的耐蝕性也較好。海生物污損對Nsll2和Ns312在海水中的腐蝕有影 響。NS334，Ns335，Ns336，GH3128，Hastelloy G和GHl8l能免于污損海生物引起的腐蝕。

綜合比較

Inconel 617，625 較 600，690 合金有著更好的持久性能且未發(fā)現(xiàn)有應(yīng)力腐蝕開裂及氫致晶間腐蝕傾向的報道，與 Inconel 718 相比有著優(yōu)異的耐蝕性能.Inconel 617、625 合金中有害相析出較少，組織及力學性能穩(wěn)定，Inconel 617 合金隨耐蝕性能優(yōu)異，但合金中加入了大量的 Co 元素，成本較高[24]，不符合我國可持續(xù)發(fā)展 的目標，并且在接觸中子輻照部位有安全隱患；Inconel 625 合金中添加了 Nb 元素， 使得合金有良好的持久性能，22%Cr 與 9%Mo 含量使合金有著良好的高溫力學性能及優(yōu)異的耐蝕性能。

鎳基合金服役過程中性能的變化

高溫服役初期，γ''相的析出使得合金材料硬化；時間延長，δ相形成，碳化物逐漸轉(zhuǎn)變、增多，使得晶界連續(xù)，此外，加之 TCP 等有害相得析出，合金塑韌性明顯下降 ，合金斷裂方式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐嗔选?/p>

金屬鎳有著優(yōu)異的耐蝕及抗氧化性能，合金中含有 22%的鉻元素及 8%的鉬元素， 提高了合金的電極電位，即耐蝕性。高溫服役過程中，晶界 NbC 首先與 Mo、Fe 元素發(fā)生反應(yīng)，生成 M6C 或 M7C3型復(fù)合碳化物，既而與 Cr 元素進一步反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓?Cr 元素的 M23C6型復(fù)合碳化物，造成晶界處 Cr 及 Mo 元素的貧化，使得合金敏感化， 易發(fā)生晶間腐蝕及應(yīng)力腐蝕。此外，γ''及δ-Ni3Nb 相在強氧化性環(huán)境中會優(yōu)先于基體，而溶解于介質(zhì)中，導致合金材料失效。

穩(wěn)定化處理：又稱：二次固溶處理，預(yù)時效處理。在添加穩(wěn)定化元素（Ti、Nb、 Ta 等）的合金中須進行穩(wěn)定化處理，目的是使穩(wěn)定化元素以碳化物的形式適量析出， 釘扎晶界，阻止合金在服役中發(fā)生粗化，提高合金抗軟化能力。穩(wěn)定化的溫度低于固 溶溫度，也低于 TiC、NbC、TaC 的溶解溫度，高于其他元素的溶解溫度，在這樣的 溫度下，TiC、NbC、TaC 得以析出，可以有效抑制晶粒長大，同時還可進一步溶解及 均勻其他合金元素。 時效處理：對固溶處理后的材料在某一溫度下保溫，在此過程中，過飽和固溶體 分解，析出細小的彌散分布的第二相顆粒從而改變材料性能。在鎳基合金中，時效強 化型合金主要以γ'或γ''相強化，其中γ'相可通過時效處理析出，γ''相在時效處理過程中 析出緩慢（>8h 開始析出）。γ'或γ''相與基體呈共格關(guān)系，產(chǎn)生極大的共格應(yīng)力場，位 錯采用切過機制越過顆粒，這個過程使得合金強度硬度大幅提高。通常時效溫度 600 900C，不同溫度下時效，析出相的尺寸不同，形態(tài)也稍有差異，部分合金為了有 良好的性能，也采用雙級時效的工藝，以析出不同尺寸的γ'相。由于γ'相有高溫回溶的 特性，時效工藝的選擇不應(yīng)只考慮室溫強度硬度，還需考慮材料的服役溫度。 特殊熱處理：主要是指彎曲晶界的特殊熱處理工藝，典型的彎曲晶界熱處理采用 的是：控冷處理、回溶處理、等溫處理，添加在固溶處理的基礎(chǔ)上。處理后可以得到 彎曲的晶界，對裂紋的擴展造成阻力，增加合金抗蠕變和持久性能，提高塑性