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秉爭實業(yè)(宜昌市分公司)
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高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，又被稱為“超合金，”主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域和能源領(lǐng)域。
高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料；并具有較高的高溫強度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金為單一奧氏體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性。
基于上述性能特點，且高溫合金的合金化程度較高，又被稱為“超合金”，是廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油、化工、艦船的一種重要材料。按基體元素來分，高溫合金又分為鐵基、鎳基、鈷基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達到750~780℃，對于在更高溫度下使用的耐熱部件，則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。 鎳基高溫合金在整個高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位，它廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動機、各種工業(yè)燃氣輪機熱端部件。
1、國際發(fā)展
從20世紀30年代后期起，英、德、美等國就開始研究高溫合金。第二次世界大戰(zhàn)期間，為了滿足新型航空發(fā)動機的需要，高溫合金的研究和使用進入了蓬勃發(fā)展時期。40年代初，英國首先在80Ni-20Cr合金中加入少量鋁和鈦，形成γ相以進行強化，研制成種具有較高的高溫強度的鎳基合金。同一時期，美國為了適應(yīng)活塞式航空發(fā)動機用渦輪增壓器發(fā)展的需要，開始用Vitallium鈷基合金制作葉片。
此外，美國還研制出Inconel鎳基合金，用以制作噴氣發(fā)動機的燃燒室。以后，冶金學家為進一步提高合金的高溫強度，在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素，增加鋁、鈦含量，研制出一系列牌號的合金，如英國的“Nimonic”，美國的“Mar-M”和“IN”等;在鈷基合金中,加入鎳、鎢等元素，發(fā)展出多種高溫合金，如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏，鈷基高溫合金發(fā)展受到限制。
40年代，鐵基高溫合金也得到了發(fā)展，50年代出現(xiàn)A-286和Incoloy901等牌號，但因高溫穩(wěn)定性較差，從60年代以來發(fā)展較慢。蘇聯(lián)于1950年前后開始生產(chǎn)“ЭИ”牌號的鎳基高溫合金，后來生產(chǎn)“ЭП”系列變形高溫合金和ЖС系列鑄造高溫合金。70年代美國還采用新的生產(chǎn)工藝制造出定向結(jié)晶葉片和粉末冶金渦 ，研制出單晶葉片等高溫合金部件，以適應(yīng)航空發(fā)動機渦輪進口溫度不斷提高的需要。
發(fā)展至今，國際市場每年高溫金屬合金消費量在30萬噸，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域：過去多年，全球航天業(yè)對新能源飛機需求旺盛，目前空客與波音已有超萬架此類飛機等待交付。而精密機件公司是全球高溫合金復雜金屬零部件和產(chǎn)品制造的龍頭企業(yè)，也為航空航天、化學加工、石油和天然氣的冶煉以及污染的防治等行業(yè)提供所需的鎳鈷等高溫合金。精密機件公司就是波音、空客、勞斯萊斯、龐巴迪等軍工航天企業(yè)的指定零配件制造商 [1] 。
超級馬氏體不銹鋼
顯組織
超級馬氏體不銹鋼典型的基體金屬顯組織為回火馬氏體。這種低碳回火馬氏體組織具有很高的強度和韌性。根據(jù)含鎳量的不同、熱處理條件的差異，一些牌號的超級馬氏體不銹鋼基體顯組織中可能會出現(xiàn)10％～40％的細小彌散狀殘留奧氏體。對于含鉻16％等級的超級馬氏體不銹鋼，顯組織中可能出現(xiàn)少量的δ鐵素體。為了獲得理想的細晶粒回火馬氏體，在鋼板交貨之前一般都經(jīng)過淬火加回火處理。
機械性能
超級馬氏體不銹鋼不僅具有較好的耐腐蝕性、可焊接性，而且具有強度高和低溫韌性好的特點。典型的機械性如下：
延伸率大于12％
焊接性能
馬氏體不銹鋼含鉻13％，由于鐵素體晶粒在焊接過程中粗化和硬化，而使其可焊性很差。以往，這類不銹鋼的用途嚴格限制于非焊接零件的安裝。經(jīng)過冶煉工藝的不斷改進，降低了馬氏體不銹鋼中的碳、氮、硫含量，又增加了一定量的鎳（ 含量達6.5％）和鉬（ 含量2.5％），從而開發(fā)出了超級馬氏體不銹鋼。這種材料在加工制造過程中又采取了特殊的工藝措施，使得新的超級馬氏體不銹鋼的焊接性能大大超過了傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼。
超級馬氏體不銹鋼的焊接可以采用人們熟悉的焊接工藝，諸如氣體保護金屬極電弧焊（GMAW或SMAW），氣體保護鎢電弧焊（GTAW）。埋弧焊（SAW）和勵磁線圈電弧焊（FAW）。對于環(huán)縫焊接可以使用GTSW、GMAW和SAW，直縫焊大多數(shù)使用SAW。但是，激光焊和電子束焊也非常有吸引力。激光焊對生產(chǎn)直縫焊管是一種經(jīng)濟的焊接方法。由于冷卻速度快，在焊縫中可以獲得全馬氏體顯組織，從而得到很好的韌性和滿意的耐蝕性。
耐蝕性能
超級馬氏體不銹鋼由于含碳量低，相當于提高了基體金屬中含鉻量的比例，所以耐腐蝕性好。
對于弱酸性腐蝕環(huán)境，超馬氏體不銹鋼有取代其它耐蝕合金的趨勢。但是，在高溫和有二氧化碳存在的腐蝕條件下，會產(chǎn)生一般腐蝕和局部腐蝕，在二氧化碳和硫化氫同時存在的腐蝕條件下，必須考慮在室溫下產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕裂紋和在高溫下產(chǎn)生的局部腐蝕和一般腐蝕。根據(jù)腐蝕條件的不同（如CO2或CO2＋H2S），開發(fā)了不同牌號的超馬氏體不銹鋼（含鉬或不含鉬）。這種超13Cr不銹鋼已成功地應(yīng)用于北海地區(qū)的Gullfaks油田和Asgard油田。
