고온 합금용 니켈 기반 합금

고온 합금용 니켈 기반 합금

니켈 기반 합금

고온 합금은 철, 니켈, 코발트를 기반으로 하는 금속 재료의 일종으로 600도 이상의 고온 및 특정 응력 하에서 장기간 작동할 수 있으며 고온 강도, 우수한 내산화성, 뜨거운 내식성. , 우수한 피로 성능, 파괴 인성 및 기타 포괄적인 특성을 가지며 유럽과 미국에서는 초합금이라고 합니다. 일반적으로 고온(600~1200도) 및 복잡한 응력 조건에서 장시간 작동하는 부품에 사용됩니다.

니켈계 합금은 현재 가장 널리 사용되는 고온 합금이며 고온, 강산 또는 알칼리, 강한 산화와 같은 작업 환경에서 주로 사용됩니다. 이 합금의 개발과 사용은 제트 항공기의 출현으로 내열합금의 성능에 대한 요구가 높아지는 배경에서 1930년대 후반에 시작되었습니다. 이 기사에서는 다음과 같은 측면에서 니켈 기반 합금을 소개합니다.

1. 유형

성능에 따라 나누어집니다.

니켈 기반 내식성 합금: 주요 합금 원소는 구리, 크롬, 몰리브덴입니다. 종합적인 성능이 우수하고 다양한 산성 부식 및 응력 부식에 저항할 수 있습니다. 주로 니켈-구리(Ni-Cu) 합금(모넬 합금), 니켈-크롬(Ni-Cr) 합금(니켈계 내열합금, 인콜로이, 인코넬 시리즈), 니켈-몰리브덴(Ni-Mo) 합금( 하스텔로이 B 시리즈), 니켈-크롬-몰리브덴(Ni-Cr-Mo) 합금(주로 하스텔로이 C 시리즈) 등. 동시에 순수 니켈도 니켈 기반 내식성 합금의 대표적인 대표자입니다.

니켈 기반 내마모성 합금: 주요 합금 원소는 크롬, 몰리브덴, 텅스텐이며 소량의 니오븀, 탄탈륨, 인듐도 포함되어 있습니다. 내마모성 외에도 우수한 항산화, 내식성 및 용접 특성을 가지고 있습니다.

니켈 기반 정밀 합금: 니켈 기반 연자성 합금, 니켈 기반 정밀 저항 합금, 니켈 기반 전열 합금 등이 포함됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 연자성 합금은 약 80%의 니켈을 함유한 퍼멀로이입니다. 최대 투자율과 초기 투자율이 높고 보자력이 낮습니다. 전자 산업에서 중요한 철심 재료입니다. 니켈 기반 정밀 저항 합금의 주요 합금 원소는 크롬, 알루미늄 및 구리입니다. 이 합금은 저항률이 높고 온도 저항률 계수가 낮으며 내식성이 우수하며 저항기를 만드는 데 사용됩니다. 니켈계 전열합금은 크롬을 20% 함유한 니켈합금입니다. 항산화 및 부식 방지 특성이 우수하며 1000 ~ 1100 도의 온도에서 오랫동안 사용할 수 있습니다.

니켈 기반 메모리 합금: 50(at)% 티타늄을 함유한 니켈 합금입니다. 회복온도는 70도이며 형상기억효과가 좋다. 니켈-티타늄 성분 비율의 작은 변화는 30~100도 범위 내에서 회복 온도를 변경할 수 있습니다.

2. 일반적으로 사용되는 니켈 기반 합금의 특성

인코넬 600 : 고온 내식성 및 내 산화성이 우수하고 열간 가공 및 용접성이 우수하며 열 강도가 만족스럽고 700도 이하의 높은 소성을 갖습니다.

인코넬 625: 염화물 매질의 공식, 틈새 부식, 입계 부식 및 침식에 대한 탁월한 저항성; 내산성 및 우수한 용접성; Inconel 625의 저주기 피로 버전은 일반적으로 벨로우즈에 사용됩니다.

인코넬 690: 코발트 함량이 낮아 원자력 관련 응용 분야에 적합하며 저항률이 낮습니다. 예를 들어, 가압수형 원자로 원자력발전소 증기발생기의 전열관은 모두 690 소재로 만들어집니다.

인코넬 713C: 석출 경화 니켈-크롬 기반 주조 합금.

인코넬 718: "상 강화 단계로 용접 성능이 우수합니다.

인코넬 751: 알루미늄 함량을 더 추가하면 870도 근처의 고온 범위에서 더 나은 파괴 강도를 얻을 수 있습니다.

인코넬 792(Inconel 792): 알루미늄 함량을 늘리면 고온 내식성이 향상되어 가스터빈 제조에 적합합니다.

인코넬 939: ' 용접 성능을 높이기 위한 상 강화.

Incoloy 020: 황산, 염화물, 인산, 질산이 포함된 화학 환경에서 탁월한 내식성을 나타냅니다.

Incoloy 028: 산과 염분 모두에 저항성이 있으며, 구리 함량으로 인해 황산에 대한 저항성이 있습니다.

Incoloy 330: 고온에서 우수한 강도와 산화 및 환원 환경에 대한 우수한 저항성을 나타냅니다.

Incoloy 800 : 염화물, 저농도 NaOH 수용액, 고온 고압수에서의 응력부식균열에 대한 저항성이 우수합니다. 고온에 장기간 노출된 후에도 안정적인 상태를 유지하고 오스테나이트 구조를 유지할 수 있습니다.

Incoloy 803: 유황이 풍부한 환경에서 사용하도록 설계되었습니다.

Incoloy 825: 산 환원 및 산화에 대한 우수한 내식성, 응력 부식 균열, 공식 및 틈새 부식에 대한 저항성, 황산 및 인산에 대한 내식성이 우수하고 열간 및 냉간 가공 특성이 우수합니다. , 냉간 성형 및 용접이 쉽습니다.

Incoloy 908: 높은 인장 강도, 피로 균열 성장에 대한 저항성, 우수한 용접성, 야금 안정성 및 연성, 높은 파괴 및 충격 인성, 낮은 열팽창 계수, 산소 취성에 대한 저항성 및 열간 가공 특성 중 균열이 발생하지 않습니다.

Incoloy 907: 고온에서 강도가 높고 열팽창 계수가 낮습니다.

Incoloy 945X: 염소가 풍부한 환경을 위해 설계된 몰리브덴은 틈새 부식 및 공식 부식에 대한 저항성을 높입니다.

Incoloy MA956: 일체형 용융 공정이 아닌 기계적 합금으로 제작되어 용접이 어렵고 성형하려면 200C까지 가열해야 합니다.

Monel 400 : 산성 및 알칼리성 환경에서 강도가 높고 내식성이 우수하며 특히 환원 조건에 적합합니다. 또한 연성 및 열전도율이 좋습니다. 해양 공학, 화학 및 탄화수소 처리, 열 교환기, 밸브 및 펌프에 일반적으로 사용됩니다.

Monel 401 : 텅스텐 불활성 가스 차폐 용접, 저항 용접 및 브레이징이 용이한 특성을 가지고 있습니다. 특수 전기 및 전자 응용 분야용.

Monel 404: 일반적인 용접 기술을 사용하여 용접 및 단조에 사용할 수 있지만 열간 가공은 불가능합니다. 온도가 낮고 투자율이 낮으며 브레이징 특성이 좋습니다. 일반적으로 트랜지스터 및 금속 씰에 사용됩니다.

Monel 405: 절단이 쉽고 주로 자동 나사 기계의 원료로 사용되며 일반적으로 다른 용도에는 권장되지 않습니다.

Monel 450: 피로강도가 좋고 열전도율이 높습니다. 일반적으로 응축기, 증류기, 증발기, 열교환기 튜브 및 염수 파이프에 사용됩니다.

Monel K-500: 기본적으로 Monel 400과 동일한 성능을 가지며 펌프 샤프트, 임펠러, 스크레이퍼, 유정 드릴 칼라, 계측기 및 전자 부품에 일반적으로 사용됩니다.

Monel 502: 크리프 저항성과 내산화성이 우수하며 오스테나이트계 스테인리스강처럼 가공할 수도 있습니다.

Hastelloy B-2: 환원 환경에서 내식성이 뛰어납니다.

Hastelloy B-3: B2의 업그레이드 버전으로 모든 온도 및 농도에서 염산에 대한 내식성이 우수합니다.

Hastelloy C-4: 650~1040도에서 우수한 열 안정성, 우수한 인성 및 내식성;

하스텔로이 C-22: 산화 매체에서 균일한 부식에 대한 저항성은 C-4 및 C-276보다 우수하고 국부적인 부식에 대한 저항도 우수합니다.

Hastelloy C-276: 산화 및 중간 환원 부식에 대한 저항성이 우수하고 응력 부식에 대한 저항성이 우수합니다.

Hastelloy C-2000: 산화 및 환원 환경 모두에서 탁월한 균일 내식성을 지닌 가장 포괄적인 내식성 합금입니다.

Hastelloy G-30: 크롬 함량이 높고 인산 및 기타 강력한 산화성 혼합 산성 매체에서 탁월한 성능을 발휘하는 니켈 기반 합금.

Hastelloy X: 고강도, 항산화 및 손쉬운 가공이 결합되었습니다.

3. 일반적으로 사용되는 브랜드의 특성 비교

1. N5의 화학적 조성은 N02201과 유사하며, N6 및 N7의 화학적 조성은 N02200과 유사합니다. N02200은 탄소 함량이 0.15% 이하이므로 315도에서 흑연화하여 재료를 부서지게 하므로 사용 가능한 최대 온도는 315도입니다.

2. 800, 800H 및 800HT는 ASME 표준에서 동일한 화학 원소 조성을 갖습니다. 800은 탄소 함량이 가장 낮고 어닐링 온도는 982-1038도이며 사용 온도는 600도 미만입니다. 800H는 Al+Ti 함량이 제한되어 있으며 특수 고용 처리(1121-1177도) 후 결정립이 거칠어지며 결정립은 ASTM{10}}.0, 600도 이상의 크리프 파단 저항성을 갖습니다. 대폭 개선되었습니다. 800HT는 Al+Ti 함량을 높이고 특수 고용처리(1121-1177도) 후 결정립이 거칠어지며 결정립 크기는 ASTM-5.0, 700 이상에서는 크리프 파단 저항이 가장 높습니다. 정도가 크게 향상되었습니다. 열처리 온도가 너무 높으면 재료 입자가 팽창하고 크리프 한계와 지속 강도 한계가 높아지며 인성이 감소합니다. 열처리 온도가 높을수록 핵 생성이 빨라지고 결정 수가 증가합니다. 이때 입자는 비교적 미세합니다. 유지 시간이 길어지면 곡물이 자랍니다. 냉각 속도가 느리면 입자도 커집니다. 일반적으로 온도가 높을수록(구배가 작을수록) 입자 크기가 커집니다. 입자가 작을수록 강도와 경도가 높아지고, 가소성과 인성이 좋아집니다. 그러나 고온 작업 환경에서는 결정립이 더 거칠어지고 결정립계의 전체 길이가 줄어듭니다. 결정립계를 따라 미끄러지면서 발생하는 변형이나 손상 또는 크리프 성능이 향상됩니다.

3. N06600의 주요 화학 성분: 72Ni-15Cr-8Fe, N08800의 주요 화학 성분: 33Ni-42Fe-21Cr, 이는 다음과 같습니다. N06600의 72Ni 함량을 33Ni{12}}Fe로 바꾸고 니켈 일부를 교체하여 비용을 절감합니다.

4. N10675의 주요 화학 조성은 65Ni-29.5Mo-2Fe-2Cr이고, N10276의 화학 조성은 54Ni-16Mo-15Cr입니다. . N10675의 29.5Mo를 대략 16Mo{15}}Cr로 나눈 것으로 간주할 수 있습니다. Cr 함량의 증가로 인해 재료는 내산화성을 갖습니다. 미디어의 부식 능력.

4. 용어의 정의

흑연화: 저탄소강은 450도에 장기간 노출되면 흑연화 변태를 겪고 시멘타이트 구조는 Fe3C=3Fe+C(흑연)로 분해됩니다.

크리프(Creep): 장기간 고온 하중을 받으면 결정립 경계를 따라 금속 재료가 파손됩니다.

고용체 처리: 석출된 Cr23C6 화합물과 σ상(FeCr 취성상)을 오스테나이트 조직에 재용해시켜 포화 오스테나이트 조직을 형성합니다.

감광 처리: 장기간 400-800도 범위에 머무르면 Cr23C6의 형성으로 인해 오스테나이트 조직의 탄화물 결정립계에서 크롬이 고갈됩니다.

입계 부식: 오스테나이트 구조에 형성된 Cr23C6 화합물은 탄화물 결정립계에서 크롬 고갈을 유발합니다. 재료의 Cr 함량은 12% 미만이며 재료 입자가 갈라집니다.

탄성 계수: 탄성 변형 단계에서 응력 대 변형률의 비율입니다.

포아송 비(Poisson's ratio): 탄성 변형 단계에서 가로 크기/세로 크기의 상대적인 변화 비율입니다.

선형 팽창 계수: 온도가 증가함에 따라 결정의 선형 길이와 부피가 증가합니다.