015Cr21Ni26Mo5Cu2 作為中等耐蝕鎳基合金的廣譜型號(hào),以 21% 鉻、5% 鉬、2% 銅的多元配比替代高鉬設(shè)計(jì),在保證中等耐蝕性的同時(shí)顯著降低成本,適用于海水、稀酸、弱堿、工業(yè)大氣等多種常規(guī)腐蝕環(huán)境,是海洋工程、常規(guī)化工、市政環(huán)保等領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)適用型材料。其成分體系平衡性能與成本:碳 0.01%-0.02% 低碳設(shè)計(jì),減少晶界碳化物析出,避免常規(guī)工況下的晶間腐蝕;鎳 25%-27% 構(gòu)建奧氏體基體,保障室溫至 300℃的組織穩(wěn)定,同時(shí)提升合金韌性;鉻 20%-22% 是基礎(chǔ)抗氧化耐蝕元素,快速形成Cr?O?氧化膜(厚度 0.5-1μm),在氧化性介質(zhì)中阻擋腐蝕滲透;鉬 4.5%-5.5% 提升抗點(diǎn)蝕與縫隙腐蝕能力,點(diǎn)蝕當(dāng)量數(shù)(PREN)達(dá) 32,是 316L 不銹鋼(PREN 24)的 1.3 倍;銅 1.8%-2.2% 針對(duì)性增強(qiáng)對(duì)硫酸、磷酸的耐蝕性,在稀酸中形成 Cu?O 輔助保護(hù)膜,同時(shí)提升合金的抗生物腐蝕能力(如海水貝類附著);鐵為余量(約 45%),大幅降低合金成本,同時(shí)優(yōu)化熱加工與冷加工性能;雜質(zhì)硫≤0.015%、磷≤0.025%,滿足常規(guī)工況的服役要求。
力學(xué)性能與廣譜耐蝕性適配:室溫抗拉強(qiáng)度≥620MPa,屈服強(qiáng)度≥280MPa,延伸率≥35%,沖擊韌性≥50J/cm2(-20℃時(shí)≥40J/cm2);300℃時(shí)抗拉強(qiáng)度≥520MPa,100MPa 應(yīng)力下 1000 小時(shí)蠕變率≤0.2%;耐蝕性能覆蓋多場(chǎng)景:在人工海水中(3.5% NaCl,25℃)腐蝕速率≤0.01mm / 年,無點(diǎn)蝕;10% 稀硫酸(60℃)中腐蝕速率≤0.08mm / 年,是 316L 不銹鋼(0.3mm / 年)的 1/3.7;5% 氫氧化鈉(80℃)中運(yùn)行 1000 小時(shí),無堿脆現(xiàn)象;對(duì)工業(yè)大氣、土壤腐蝕同樣耐受,戶外暴露 5 年表面銹蝕率≤0.005mm / 年。Cr-Mo-Cu 廣譜協(xié)同機(jī)制是性能核心:鉻主導(dǎo)抗氧化與常規(guī)耐蝕,鉬增強(qiáng)抗點(diǎn)蝕,銅提升稀酸與生物耐蝕,三者配合使合金無需高鉬即可應(yīng)對(duì)多種中等腐蝕環(huán)境,成本僅為高鉬合金的 60%-70%。
應(yīng)用場(chǎng)景聚焦常規(guī)腐蝕領(lǐng)域:某海洋平臺(tái)的海水冷卻器(換熱面積 500㎡,換熱管規(guī)格 Φ25×2mm)采用該合金無縫管,在 30℃、流速 2m/s 的海水中運(yùn)行 5 年,換熱管內(nèi)壁無點(diǎn)蝕或生物附著,腐蝕減薄量?jī)H 0.1mm,換熱效率保持初始值的 95%,替代原用鈦管后成本降低 40%;四川某化工企業(yè)的稀硫酸儲(chǔ)罐(容積 500m3,壁厚 10mm),罐體采用該合金板材焊接而成,在 60℃、10% 稀硫酸中運(yùn)行 3 年,罐壁腐蝕速率≤0.02mm / 年,無泄漏,檢修周期從 1 年延長(zhǎng)至 3 年;某市政污水處理廠的曝氣池?cái)嚢栎S(直徑 150mm,長(zhǎng)度 6m),采用該合金鍛造而成,在 25℃、含氯離子 1000ppm 的污水中運(yùn)行 4 年,攪拌軸表面無銹蝕,機(jī)械性能保留率≥95%,使用壽命較 316L 不銹鋼攪拌軸延長(zhǎng) 2 倍。
加工工藝適配規(guī)模化生產(chǎn):熔煉采用電弧爐 + 氬氧脫碳(AOD)工藝,無需真空重熔即可滿足純度要求(氧含量≤30ppm),生產(chǎn)成本低,適合批量生產(chǎn);熱加工溫度區(qū)間 1050-1150℃,鐵含量高使合金塑性優(yōu)異(伸長(zhǎng)率≥40%),可采用 “單火次大變形” 工藝,每火次變形量 35%-40%,終鍛溫度≥950℃,通過動(dòng)態(tài)再結(jié)晶細(xì)化晶粒至 ASTM 7-8 級(jí),熱加工效率是高鉬合金的 1.5 倍;冷加工性能優(yōu)異,冷軋變形量可達(dá) 40%,中間僅需 1 次 1050℃×1 小時(shí)退火處理,退火后塑性恢復(fù)率達(dá) 99%,可軋制成 0.5mm 薄板或 0.1mm 薄壁管;焊接選用 ERNiCrMo-2 焊絲(含鉻 20%-22%、鉬 5%-6%),焊前無需預(yù)熱(環(huán)境溫度≥5℃時(shí)),可采用鎢極氬弧焊或熔化極氣體保護(hù)焊,熱輸入控制在 15-25kJ/cm,焊后無需熱處理,焊縫在海水中的腐蝕速率與母材偏差≤5%,經(jīng)鹽霧測(cè)試 5000 小時(shí)無銹蝕;切削加工選用普通硬質(zhì)合金刀具(如 WC-Co 合金,晶粒尺寸 1μm),切削速度 50-70m/min,進(jìn)給量 0.15-0.2mm/r,配合普通切削液即可,表面粗糙度達(dá) Ra1.6μm 以下,加工效率高,適合規(guī)模化構(gòu)件生產(chǎn)。
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