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上海叶钢金属集团有限公司仓库一角摘要∶采用热挤压工艺挤压出了C-镍基耐蚀合金荒管。通过多道次冷轧变形研制出φ25mm×2.5mm的无缝管。结果表明∶C-合金管材平均晶粒度7级左右，具有较好的力学和抗晶间腐蚀性能。～℃高温拉伸试验的屈服强度是MPa以上。开发的C-无缝管的化学成分、组织及性能满足要求。
关键词∶C-合金；无缝管；热挤压
C-合金是一种Ni-Cr-Mo系镍基耐蚀合金，其化学成分如表1所示。C-合金以Ni为基体，同时含有大量Cr、Mo等元素，极低的C、Si含量，因此显示出优异的耐蚀性能。它不仅在氧化性介质，而且在还原性介质中均具有很好的抗腐蚀能力。特别是在含氟离子、氯离子的氧化性酸中、在有氧或氧化剂存在的还原性酸中、在氧化性酸加还原性酸的混合酸中、在湿氯和含氯气的水溶液中均具有其它耐蚀合金难以相比的耐蚀性。因此，C-合金在化工领域，如低压羰基合成醋酸(醋酐)、氯化法钛白粉、高压法三聚氰胺等得到广泛应用。该合金也越来越多地应用于核工业、石油与天然气、电厂烟气脱硫等领域，产品形式主要有管材和板材。
目前，国内大多企业从国外进口C-板材，通过焊接做成管材及各种容器而使用。众所周知，镍基合金在焊接过程中，容易产生敏化行为而导致器件的抗腐蚀性能降低。因此，长期以来，大多数研究人员针对C-合金的焊接性能、焊后热处理及其对耐腐蚀性能的影响进行了大量的研究。而有关C-合金无缝钢管的制造及其加工、使用性能的研究则鲜有报道。
C-合金具有合金化程度高(特别是钼含量很高)，冶炼困难，容易产生缺陷等特点。同时，由于该合金变形抗力大，其高温变形抗力高达MPa以上，热加工过程十分困难，且容易出现加工裂纹。采用常规的穿孔工艺制造无缝管材基本上是不太可能的。长期以来，C-合金无缝管大多从国外进口。但是，随着国内钢厂冶炼水平的提高，目前国内也能够冶炼出合格的C-合金坯。因此，C-合金无缝管的国产化势在必行。
1、C-合金的组织特性
Ni-Cr-Mo系合金在众多领域展示了优异的耐腐蚀性能，其理论基础来自控制相的析出秩序、影响组织长期稳定性和力学性能的合金相变热力学和动力学基础。因此，要想通过制定合理的热加工和热处理工艺获得良好的组织。进而提高C-合金的使用性能，就需要掌握C-合金相的析规律。
图1是C-合金(15Cr-16Mo-3.5W)的平衡相、从中可以发现，随着液态金属温度的降低，液卡H逐渐向同相转变，其凝固范围大约在～°C，当温度继续降低到℃左右时，奥氏体组织中开始产生第二相，如M6C型碳化物和P相。
析出相的形态如图2所示。当这些第二相出现时就可能会影响到该合金的热加T性能和使用性能(如晶间腐蚀)。闪此，不管在热加工过程中还是在使用过程中，都应尽量避免有害相析出，以改善合金的使用性能、减少设备的维护费用，提高设备的服役寿命和企业的经济效益。
此，在C-合金产品制造过程中，一旦产生第二相，就必须采用相应的热处理将其溶解，确保合金组织的稳定性及产品的使用性能。试验结果表明，C-合金在℃以上同溶时，第二相会逐渐消失，但是仍残留少量第二相，而同溶温度在°C以上时，第二相基本上完全回溶到奥氏体基体中(图3)
发展历史
镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于年首先生产出镍基合金Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从℃提高到℃，平均每年提高10℃左右。
成分性能
镍基高温合金中应用最为广泛。主要原因在于，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的A3B型金属间化合物γ[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。
镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
生产工艺
冶炼方面：为了获得更纯净化的钢水，减低气体含量与有害元素含量；同时由于部分合金中有易氧化元素如Al，Ti等存在，非真空方式冶炼难以控制；更是为了获得更好的热塑性，镍基耐热合金，通常采用真空感应炉熔炼，甚至用真空感应冶炼加真空自耗炉或电渣炉重熔方式进行生产。
变形方面：采用锻造、轧制工艺，对于热塑性差的合金甚至采用挤压开坯后轧制或用软钢(或不锈钢)包套直接挤压工艺。变形的目的是为了破碎铸造组织，优化微观组织结构。
铸造方面：通常用真空感应炉熔炼母合金保证成分与控制气体与杂质含量，并用真空重熔-精密铸造法制成零件。
热处理方面：变形合金和部分铸造合金需进行热处理，包括固溶处理、中间处理和时效处理，以Udmet合金为例，它的热处理制度分为四段：固溶处理，℃，2小时，空冷；中间处理，℃，4小时，空冷；一次时效处理，℃，24小时，空冷；二次时效处理，℃，16小时，空冷。以获得所要求的组织状态和良好的综合性能。
应用领域
镍基合金在许多的领域中，比如：
1、海洋：海域环境的海洋构造物，海水淡化，海水养殖，海水热交换等。
2、环保领域：火力发电的烟气脱硫装置，废水处理等。
3、能源领域：原子能发电，煤炭的综合利用，海潮发电等。
4、石油化工领域：炼油，化学化工设备等。
5、食品领域：制盐，酱油酿造等。在以上的众多领域中，普通不锈钢是无法胜任的，在这些特殊的领域中，特种不锈钢是不可缺少的，也是不可被替代的。近几年来，随着经济的快速发达，随着工业领域的层次的不断提高，越来越多的项目需要档次更高的不锈钢。随着各行业对镍基合金需求量的增长。年我国镍基合金市场规模达到.7亿元，同比增长率19.47%。因此，行业发展水平处于稳步上升趋势。
2、C-合金无缝管的工艺及性能
2.1无缝管成形工艺
C-合金无缝钢管的整个开发制造流程可以简化为：铸锭冶炼→锻造开胚→管胚加工→热挤压成形→冷轧成形→同溶处理→酸洗→检验→成品。
合金坯采用VIM+ESR双联工艺冶炼。经入厂复验，管胚化学成分符合技术条件要求（表2）。管胚各类夹杂物含量为0.5～1.0级，符合技术条件要求。
挤压用坯经剥皮机剥皮后，消除了锻、轧钢表面的缺陷(氧化皮、裂纹等)。然后，根据实际要求将长钢坯进行分段、钻孔、端而加工，并进行寸公差和表面质量检查。管坯在加热前进入连续脱脂清洗装置进行清洗和脱脂，清除管坯内、外表面上的油脂和污物．防止管坯在预热炉加热过程中被污染，确保管坯质量将清洗后的管胚送入环形预热炉中进行预热后，再送入感应炉中进行加热，并在立式扩孔挤压机上进行扩孔最后，将感应加热的扩孔管坯送入挤机进行热挤压．得到组织致密、性能均匀的挤压荒管从而避免了两辊斜轧穿孑L荒管内、外表面容易开裂、折叠等质量缺陷。挤压荒管在周期式冷轧管机上完成冷轧变形，经过多道次冷轧，最终轧制出φ25mm*2.5mm的成形钢管，长度可达12m以上。
2.2无缝管理化性能
从成品管上分别取样进行金相、室温和高温拉伸试验、品问腐蚀性能评价试验及压扁试验和扩口试验，以评价管的使用性能及工艺性能。
（1）组织及力学性能。对成品管进行微观组织观察(图4)，结果表明，管基本上为奥氏体组织，晶粒度约为7级。晶界和品内析m相很少。室温托仲试验按照GB/T-的规定，拉伸试样采用在整管上取试样。室温拉伸试后，管的屈服强度为MPa，抗拉强度为MPa，伸长率为49.5%。同时，按照GB/T-的规定，进行高温拉伸试验。高温拉伸结果表面，在～°C，管的屈服强度扔高达MPa以上（图5）。
#镍基合金#