鎳合金鐵鎳基耐蝕合金,因其良好的耐應力腐蝕破裂性能,良好的制造性能, 良好的韌性以及對腐蝕環(huán)境的廣泛適用性,已在一些危險的服役條件下得到成功應用。然而,在廣泛的腐蝕環(huán)境中,這些合金對應力腐蝕破裂并非免疫,在腐蝕介質(zhì)、合金的顯微組織結構和應力條件的共同作用下,耐蝕合金將會(huì )出現應力腐蝕破裂,隨著(zhù)使用時(shí)間的延長(cháng),出現應力腐蝕的介質(zhì)條件漸漸增多,已從1950年的 H2O-HF. HF酸擴展到近20種。主要是含鹵族元素的水溶液、連多硫酸、酸 性油氣井含硫化氫和二氧化碳環(huán)境、高溫高壓水和苛性堿等。為克服在這些環(huán)境中鎳基和鐵鎳基耐蝕合金的應力腐蝕問(wèn)題,開(kāi)展了大量的研究工作并開(kāi)發(fā)了一些耐應力腐蝕破裂的材料。


1. 鎳含量的影響


 在高溫高濃度MgCl2和NaCl的水溶液中鎳含量對Ni-Fe-Cr合金耐應力腐蝕破裂性能影響示于圖2-36 ~圖2-38。在高溫高壓水中鎳含量對Ni-Fe-Cr合金耐應力腐蝕破裂性能的影響見(jiàn)圖2-39和圖2-40。綜合這些試驗結果,可以看出,在沸騰高濃度MgCl2和高溫高濃度NaCl溶液中,對應力腐蝕免疫的鎳含量分別為>45%和≥35%;在高溫高壓水中,含約35% Ni的Ni-Fe-Cr合金具有最佳的耐應力腐蝕破裂性能。 鎳基和鐵鎳基耐蝕合金的鐐含量恰好處于此范圍內,成為具有優(yōu)良耐應力腐蝕破裂的 Ni-Cr和Ni-Fe-Cr合金研發(fā)的基礎。


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 在鐵鎳基耐應力腐蝕合金的合金化過(guò)程中,鎳的另一重要作用是根據鉻、鉬等元素的含量調整合金的鎳含量,以確保合金的奧氏體組織和與有害金屬間相析出相關(guān)的熱穩定性。


2. 鉻含量的影響


 在耐應力腐蝕的Ni-Cr和Ni-Fe-Cr合金中,鉻是決定合金應力腐蝕破裂行為的關(guān)鍵合金元素。鉻對含35% Ni的Fe-Ni合金在高溫高壓水中應力腐蝕破裂行為的影響見(jiàn)圖2-41 和圖2-42。25% Cr成為鐵鎳基耐蝕合金耐應力腐蝕破裂性能的門(mén)檻值,>25%Cr的合金具有最佳的耐應力腐蝕性能,含25% Cr合金耐應力腐蝕的突變性與其在腐蝕環(huán)境中 形成富鉻鈍化膜和膜的結構由以鐵為主的尖晶石結構轉變成以銘為主的尖晶石結構(Cr≥25%)密切相關(guān)。


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 鉻對鎳基合金在高溫高壓水和NaOH水溶液中耐應力腐蝕性能的影響見(jiàn)圖 2-43和圖2-44。顯然,只有鉻含量達到28%的Ni-Cr-Fe合金才具有最好的耐應力腐蝕性能。這一研究結果導致了 Inconel 690 合金的面世。