进口inconel600镍铬铁合金对比国

lnconel合金由于其耐高温、高强度、低密度的特性广泛应用于航天工业，合金内部微量元素的不同对其物理化学性会产生很大影文献也列举了大量使合金净化的方法。

目前，对镍基合金夹杂物中微量元素研究的方法要有两种:一种是从已成型或铸态材料中直接比较夹杂物:另一种是将试样重后再利用各种分析的方法确定合金元素的含量阴。

这些方法都会因为元素含量低而产生较大的误差，电解分离夹杂物的方法可能使有些微量元素溶解到电解液中

本文采用高温加热使合金中的元素趋于平衡，形成化合物或依附于夹杂物、析出相上，最大限度地保持了材料的原始状态，然后对微量元素进行测及统计分析，研究基变化规律及差异

1试验材料与方法

1.1试验材料及设备

试验使用的Inconel合金试样尺寸为10mmxl0mmx20mm，化学成分如表1所示

试样加热使用sx.2.5.10箱式电阻炉，试样清洗使用KQDE超声波清洗器，采用QuantaFEG一型场发射扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)

对试样进行夹杂物形貌分析及微量元素测定

1，2试验方法

将两种试样在电阻炉中加热到°C，分别保温10、20、30、40h，随炉冷却并与未加热的试样进行比较。制备金相试样时去除表面的氧化层，制备好的金相试样采用扫描电镜进行组织观察并测定成分。

2nconel合金分析

在Inconel合金中，除基本组成元素(Ni、Cr、Fe)~b，由于冶炼原材料、造渣材料、炉衬材料、冶炼气氛不同，使材料中微量元素及氧、氮等气体含量出现差异导致合金性能变化较大。铸造合金经轧制加工后。

其中的夹杂物有的被破碎、有的被拉长夹杂物在合金中的分布状态发生了变化

变得更细小、更分散，合金晶界面积增大，使轧材中夹杂物和气体分析更加困难;将合金重熔、缓冷，虽然可使夹杂物聚集长大，但在重熔过程中，合金有被污染的可能性，同时为了防止污染，采用真空熔炼也会使合金中的气体溢出。

采用把合金在一定温度加热保温，使材料晶粒长大的同时可使夹杂物聚长大，使合金不产生二次污染，同时其中的气体也会被夹杂物吸附富集到品界上。

2.1Inconel合金碳的变化

经分析测定，在国内外合金中都含有碳素，在国外合金个检测点中出现个含碳的点。平均检出含碳点93.1%:在国内合金的40个检测点中，出现含碳的点个，平均检出含碳点40.6%。

图1为保温不同时间处理后nconel合金试样在不同区域夹杂物中的最高和最低含量变化。

可看国内外合金夹杂物中最低碳含量变化趋势相近.最高含碳量差异较大

对于最高点含碳量，国外合金原始轧制状态碳含量较低，国内合金原始轧制状态碳含量远远高于国外合金。

国外合金保温I0h时，碳向夹杂物聚集，随着加热时间延长到h，碳

含量降低，保温20~40h时，夹杂物中的最高碳含量变化较小:国内合金夹杂物中含碳量随加热时间延长(20h)而降低，可能是其中的碳化物分解然后加热时间再延长.

碳再次聚集从与碳共存的夹杂物分析，碳含量最高点还包含合金元素Ni.Fe、Cr和0。图2是国内合金原始态样的一个夹杂物的检测结果

可知，氧可能与Cr或Fe以氧化物的形式存在，所以碳的变化除聚集升高外。碳化物中的碳与氧化物中的氧反应，使含碳量降低，这可从图1(b)中碳的变化得到印证。国内合金原始样含碳量为69%，保温40h后含碳量下降到50%左右而碳主要以富铬、铁的碳化物或自由碳的形态存在。

从整体上看，国内合金中碳的偏聚比国外的严重，含碳量高于国外合金;国外合金中碳虽然出现的频次高，但可看m其分布更加均匀。

从熔炼工艺分析，国外采用真空熔炼和脱碳精炼T艺，可将碳降到极低水平的同时，使合金净化。国内采用电弧炉或中频炉熔炼、电渣重熔精炼工艺，前期原料中碳含量高或电弧炉熔炼以及电渣重熔不能脱碳是造成碳分布不均匀的主要原因时间的变化如图3所示。

合金中钵、氮的最高值变化较小，说明检测到的钵、氮化合物在处理温度、时间范围内是稳定的，没有发生分解，只有聚集长大。在国内合金个检测点中，出现含点个，平均检出含点44-3%:f现含氮点个，平均检出含氮点为%从检测频次来看，在合金中除与氮结合形成氮化物外，还可能以氧化物、碳化物的形态存在，国产合金含钵、氮的典型成分如表2所示

2.2Inconei合金中、氮的变化在Inconel合金中不是合金组分，是在熔

炼过程中随着铬及造渣材料中的化合物被原进入到合金中，与氮的结合力很强。在微量情况下易于与氮反应形成氮化物国内合金中。、氮随加热国外合金中出现含、氮的测点较少，在检测点中仅出现了12个含的点，平均检出点3.1%;出现了7个含氮点，平均检出点1.8%。国外合金含、氮的典型成分，如表3所示。

比较出现的频次和表2、3典型成分可看出在国内外测点中都同时出现、氮、碳，而国内特殊点中、氮含量比国外高，绝对值高出37.4%，氮绝对值高出3.9%;国产合金含碳比国外高出12.1%，而国产合金中检测到有较高的氧共存，这从一个侧面证明国产合金脱氧不充分或浇注过程中合金氧化比国外严重，电渣重过程中与空气接较多，使用加组分的合金或造渣材料中含量较高

另外，从夹杂物中基本元素总和分析，国内合金中基本元素Ni、Cr、Fe之和较国外合金中基本元素NiCr、Fe之和低46.15%。可见，在检测点中，国内合金主要组成不是基本元素而是其他元素(81.25%)，外合金主要组成是基本元素，而形成夹杂的其他元素所占比例较小(35.1%)，这从另外一个侧面可看出国内合金中夹杂物比国外夹杂物体积更大。

2.3Inconel合金氧及其它微量元素从上面的分析可看出，在合金中是以氧化物的形式存在。并且国内外合金中的分布形态各不相同

在检测点中国外合金含氧点出现的频次为14点

占3.6%。国内合金含氧点出现的频次为80点，占17.4%。国外合金检测点含氧典型成分如表4所示。

可看出，国外合金中与氧共存的元素除少量的钵、锌、铝、硅，可判断大部分氧与合金中的形成了氧化物并残留的量极少。

国内合金检测点含氧典型成分如表5所示可看出，国内合金中氧的最高含量达47.2%，并且和氧共存的合金元素有铝、硅、钙、镁、。在检测的合金

中，国内硅、铝最高含量分别达到22.2%和24.8%，远远高于国外合金(5.3%si、1.6%A1)。

国内合金硅、铝出现的频次占比分别达到33.9%和29.1%。也远远高于国外合金的21.1%和0.8%

分析与硅和铝共存的合金元素，国外合金中虽然硅出现的频次比较高，但它和氧共存的仅占到1%，与氧共存的铝仅有2个点;国内合金中氧和硅、铝是共存的，只要有硅或铝的测点定有氧存在。

从表2还可知，在国内合金中某些点不含硅、铝，而含有较高的(6号)或较高的钙(14号)，和以氧化物的形态存在于合金中，检测到的频次为2%，检出钙的点同时存在氧，国外没有检测到钙。

同时在国内合金中还存在镁、、硫、磷、和等微量元素

由上述数据可知，国外合金中氧的含量极低，脱氧产物在精炼过程中被排出，合金液洁净，并且浇注过程中保护完备且没有被二次污染:国外脱氧使用的脱氧剂主要是含硅脱氧剂，并且脱氧剂中其它合金元素含量低，可能是用高纯硅合金脱氧。

从残留的硅与氧没有共存的比例较大来分析，脱氧剂硅有一定量的过剩同时精炼时将已生成的脱氧产物几乎全部排出合金液合金温度合理，在浇注过程中合金没有发生氧化:少量的铝残留可能是高纯硅合金中极少铝的残留。

国内合金中微量元素包括硅、铝、钙、钵、镁、钡、钾、钠、硫、磷等与国内合金添加的合金元素、熔炼工艺、造渣材料、精炼工艺密切相关

硅、铝除原材料中含有外，主要是脱氧剂中带入的，在使用硅合金脱氧时，由于脱氧深度不够，精炼除杂不彻底，在合金铸造凝固时氧析出或杂质聚集长大，形成了含硅、铝的氧化物。

合金中钙、镁、钡也同样是由于脱氧剂中存在少量这些元素在合金中与氧结合，最后残留在合金中。

熔炼、精炼造渣剂中不同度地存在杂质素，如造渣中含有的盐钾盐及含有硫、磷元素的化合物，在熔炼或精炼时进入合金。

由上述分析可看出，国内合金中的杂质元素由于原料不纯、脱氧剂杂质元素含量过高、脱氧深度不够、熔炼或精炼工艺不合理而产生的。

总之，国内合金出现杂质元素比国外合金高，是由于原材料不纯、熔炼或精炼工艺不合理造成的，因此。

为提高合金的质量，可从提高原材料质量、改进熔炼或精炼工艺方面采取措施。

3合金氧化性能比较把相同表面的试样经94加热、保温10~40h，分别测量其质量变化，如图4所示

可看出。随保温时间的增加，国内外Inconel合金的单位面积上的增重都呈上升趋势，而国内合金增重的速度明显高于国外合金。

同时合金氧化增重直线上升的趋势，而外合金氧化增重比内合金趋于平缓。这是由于合金中夹杂物、杂质素的含量不同在加热过程中氧的扩散通道不同与氧接的面积不同，在加热时间范围内，国产合金形成的氧化膜还没有使合金与氧的接触面积减小，而国外合金的氧化膜趋于致密，氧化速度趋缓。

4结语

(1)国内合金中碳分布极不均匀，主要是由于合金配料本身中含有较高的碳同时熔炼和精炼工艺不能充分脱碳。

(2)国内合金中残留有较高的和氮，除与合金中含量高有关外，熔炼、还与精炼工艺过程中使熔中的进入合金中，氮是在合金初炼过程中进入合金中，精炼过程中脱气除杂效果不显著。

(3)国内合金杂质中硅、铝、氧较国外合金高，除与国内脱氧使用含硅、铝的脱氧剂有关外，还与脱氧剂加入量不足或注温度过高、精炼工艺除杂效果不佳有关。

(4)在国内合金中同时还检测到钙、、硫、磷、锌、镁、钠、钾等元素这与原材料不纯及电渣重熔工

艺中的熔不纯密切相关

(5)由于国内合金夹杂物中微量元素比国外高，国内合金的抗氧化性能较国外低。

为了实现钢铁企业节能减排，使国内重点大中型钢铁企业的能耗水平达到国际同行业先进水平的目标，钢铁企业应采取如下措施展开节能减排工作:

1)淘汰落后的工艺、技术和设备。据国家发改委调查统计，我国钢铁工业中存在大量的落后设备，小型的焦炉、高炉.转炉、落后的轧机在我国钢铁企业中占用很大比例，总能耗与国际先进水平相差达50%左右，并且污染排放得不到有效控制。实现钢铁生产的装备大型化、工艺先进化、原料清洁化迫在眉睫。

2)应用成熟技术，合理利用资源和能源。在生产工艺中充分的利用二次能源，减少生产环节中的各种能量散失，对能源进行最大限度的综合利用。据报道，目前国际上先进的钢铁生产企业二次能源利用率可以达到90%以上，而我国在二次能源利用方面还相差甚远。

3)采用先进的污染控制技术，做好末端治理以削减排放量。采用高效的废气净化设备和先进的节水工艺及循环用水技术，以实现废水、废气排放量的降低。

4)进行科学的管理，建立节能减排评价指标体系。健全和完善我国钢铁行业的节能减排统计指标体系，使该体系能正确的反映当前行业节能减排等方面的特点，推进钢铁行业的节能减排工作。由上可见，做好我国钢铁企业的节能减排工作，技术进步是关键。随着生产技术的提高及我国钢铁产业结构的调整，从年开始我国粗钢的增长率开始放缓，管板带产品的产量大幅增长中厚板产品向厚板、特厚板方向转移，冷轧板向高档次、高附加值品种靠拢。图1.2为我国近10年来各类轧材的产量变化。

尤其是近年来随着汽车、家电产业的发展，我国对高质量的冷轧薄板需求量猛增。为了满足国内需求，从年开始我国重点投资建设了多条高质量的冷轧薄板生产线，并且配备了带连续退火技术是日本新日铁公司开发的新型带钢退火技术，其主要优点钢连续退火机组。为:产品质量好，性能均匀;节能20%以上，布置紧凑，占地面积小;成材率高、品种多样化I1引。预计到年，我国的连续退火机组生产线将达到22条，但该技术目前均被日本或欧洲公司所占有，图1.3为国内连续退火机组技术引进来源及相对数量分布。

连续退火机组是由一系列的燃气辐射管加热装置组成。一套完整的辐射管加热装置包括管体、烧嘴和废气、废热回收装置，其中管体是将燃料燃烧所释放的热能量传给被加热物体的关键部件。管体在服役过程中长时间的与燃烧火焰及高温烟气直接接触，其工作环境非常恶劣，容易产生局部过烧、氧化等缺陷。因此管体需要具有很好的耐热、耐高温氧化性能及良好的高温结构强度

目前，国内绝大部分连续退火生产线所采用的辐射管管体为Cr28N48W5、cr25N35等材料离心铸造而成。众所周知，由于高温合金的铸造性能不好，熔体的粘度较大、铸造收缩倾向性大，所以铸造管壁厚较厚(通常壁厚8mm，形状复杂部位厚度可达14一16mm)，并且离心铸造管体容易形成气孔、裂纹、冷隔以及浇不足等缺陷，废品率较高，材料利用率较低。因此，国外某些知名工业炉生产公司近年来开始试制薄壁焊接辐射管。辐射管管体采用3mm厚Incone基高温合金制板材焊接而成，大大提高了材料的利用率。而且由于管壁壁厚相对于铸造辐射管减少63.5%，热惯性相比于铸造管有很大降低，生产线退火温度需要改变时能大大减少过渡时间，从而提高燃气的热能转换效率、降低能耗。图1.4为某生产厂所生产的“w”型薄壁焊接辐射管，每套辐射管的管体部分包含12条纵焊缝、11条环焊缝

此外，由于1ncone基高温合金除了有良好的抗高温氧化、硫化性能以还具有较高的抗应力腐蚀和晶间腐蚀性能，并且在室温和高温时均具有良好的机械性外，能，因此该合金的焊接结构件在各种化工流程、污染控制、航空航天、能源电力等关系国家命脉的生产领域有着广泛的应用。

但是，由于Incone基高温合金合量较高，材料的焊接性较差，尤其对焊接热输入较为敏感。在采用传统焊接工艺进行焊接时还存在很多问题，如采用钨极氲弧焊的方法来施焊时容易出现接头焊透性较差、焊接热变形较大、焊接结晶裂纹敏感、接头组织不均匀以及接头抗拉强度和抗腐蚀性能的降低等缺点，因此急需找到一种合适的焊接手段来代替热输入较大的传统焊接工艺

激光焊接是21世纪发展最快的一种先进制造技术，与普通的焊接方法相比，激光焊接具有焊接功率密度高、热输入量小、热影响区和热变形小、焊缝深宽比大、焊接速度快、光束易于导向，易于实现自动化等优点。因此激光焊接特别适用于对焊接热输入要求敏感的高温合金。到目前为止，虽然关于其它型号的镍基高温合金的激光焊接有一定的报道，但是针对于Incone基高温合金激光焊接工艺及焊接接头性能的研究少有报道。

Inconel应用范围应用领域有：1.热处理工厂用的托盘、筐及工夹具。2.钢丝分股退火和辐射管，高速气体燃烧器，工业炉中的丝网带。3.氨重整中的隔离罐和硝酸制造中的催化支撑栅格。4.排气系统部件5.固体垃圾焚烧炉的燃烧室6.管道支撑和烟灰处理部为面心立方晶格结构。当在约℃保温足够长时间后，将析出碳颗粒和不稳定的四元相并将转化为稳定的Ni3(Nb,Ti)斜方晶格相。固溶强化后镍铬矩阵中的钼、铌成分将提高材料的机械性能，但塑性会有所降低。