inconel600化学成分inconel600材质应用领域
Inconel 600简介：
600合金是镍－铬－铁基固溶强化合金，具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接工艺性能，在700℃以下具有满意的热强性和高的塑性。合金可以通过冷加工得到强化，也可以用电阻焊、熔焊或钎焊连接。
引言
nconel600属于镍铬铁合金，由于合金中含Ni较高，因而耐许多有机和无机酸、碱等腐蚀，而且耐氯化物条件引起的应力腐蚀；由于合金中含Cr量高，因而对氧化性酸、高温氧化条件也有良好的耐蚀和抗氧化性能。hconel600广泛引用于化工、石化、原子能工业中，用于制造各种反应器。但是，焊接时有热裂纹倾向，易产生气孔、夹杂等缺陷，降低焊缝强度；同时在550～850 ℃,经焊中温敏化处理(如焊接后),铬的碳化物如CrC₃(高于760 ℃)和Cs₃C₆(低于760 ℃)沿晶界析出产生贫铬区，致使在使用过程中，产生晶间腐蚀，进而导致事故的发生。
1设备基本参数
该反应器类别为Ⅲ,材质为hconel600,材料标准为ASME-SB168、ASW A5.11,工作介质为Cl、HCl甲烷氯化物，规格为中1400mm ×16 mm ×11850mm,设计压力为1.3MPa,设计温度为500 ℃,工作压力为0.74MPa,工作温度为425 ℃,焊接型号为ENCrFe-2,焊接接头系数为0.95。
2开裂分析和化学成分及力学性能分析
2 1开裂分析
2 1.1宏观分析
反应器的裂纹在反应器的纵向焊缝上，裂纹在焊缝中线上，且平行于焊缝，如图1所示，且裂纹在焊缝与加热铜瓦固定架的交汇处。
断口的宏观形貌如图2所示，断口表面被反应生成物覆盖，经过清理，部分断口显露出来，断口呈粗大的柱状晶。
将焊缝横向切开，可以看到横截面上有较典型的沿晶应力腐蚀裂纹，如图3所示，在主裂纹两侧还有较多小裂纹由焊缝表面向内部扩展。
2 1. 2断口微观分析
将所取试样断口在电子探针下观察，断口上大部分为垂直于焊缝表面的粗大的柱状树枝晶，部分枝晶间有明显的空隙，枝晶表面布满了点腐蚀的蚀坑，其形貌如图4所示，证明该处发生了沿晶腐蚀。
心部发现较圆滑的小坑，其内表面上的二次枝晶表面圆滑，证明有气孔和夹渣，如图5所示。夹渣成分如表1所示，这是由于焊接时产生的气体和夹渣未及时溢出所致。
心部部分粗大枝晶的表面为自由面，光洁圆滑，证明柱状树枝晶间部分有缩孔和疏松，如图6所示，这是由于焊接时冷速过快，当柱状晶形成长大后液相未能补给造成的。
2 1.3金相分析
2 1.3.1开裂焊缝处金相分析
裂纹处焊缝的金相组织为粗大的柱状树枝晶，在奥氏体基体中分布着大小不等的点状高合金富集区(成分如表1所示),焊缝中有大小不同的沿柱状晶界面的裂纹，如图7所示。由于熔池体积小，冷速快，熔池中心与边缘有较大的温度梯度，且熔池中液态金属处于过热状态，使焊缝中柱状晶得到很大发展。
在凝固过程中，液固两相的合金成分是变化的，一般先结晶的固相含溶质的浓度低，后结晶的固相含溶质的浓度较高，并富集了较多的杂质。因此，枝晶内溶质浓度较低，枝晶间的合金元素和杂质元素含量较高，形成偏析，如图8所示。
合金元素在晶界上含量较高，元素的面分布分析结果充分证明了这一点，图9为合金元素的面分布分析结果。
由于冷速太快，焊缝中产生的气体和夹杂来不及逸出，而产生气孔和夹杂，并且焊缝中枝晶间由于凝固收缩时残余的金属液体不足而不能及时填充，形成缩松，因此，多数气孔、夹杂和缩松都集中在枝晶间，如图10所示。
焊缝上裂纹沿柱状晶晶界分布，热影响区裂纹沿晶界呈网状分布。晶界是杂质和合金元素偏析的地方，甚至形成连续的薄膜而导致脆化，晶界上合金碳化物富集成网，使材料的性能大大下降，材料易由此开裂，形成沿晶裂纹，如图11所示。
反应器内壁表层腐蚀呈多孔结构，如图12所示。截面有约1mm的均匀腐蚀层，非焊缝处腐蚀层形貌如图13所示，表层腐蚀均匀，腐蚀层内有许多腐蚀孔，孔的形状与合金化合物形状相似，说明小孔是钢中合金化合物被腐蚀形成的，腐蚀后，表层中合金元素被腐蚀掉，几乎只剩下镍元素，腐蚀层的成分如表2所示。腐蚀层扩展前沿，均匀发展，无晶间扩展现象。
焊缝处腐蚀层形貌如图14所示，表层腐蚀均匀，腐蚀层内也有许多合金元素被腐蚀掉后形成的小孔，腐蚀后表层中也几乎只剩下镍元素。均匀腐蚀层下，腐蚀有沿晶间扩展现象，由于铬的碳化物沿奥氏体晶界析出,造成晶界附近铬的贫化而引起的，而且晶界富合金碳化物及夹杂加速晶间腐蚀。同时，由于有焊接应力存在，该腐蚀是沿晶应力腐蚀，焊缝表面的腐蚀沿柱状晶晶界扩展，热影响区沿等轴晶晶界扩展。这种腐蚀危险性很大，它通常不引起金属外形的变化，但机械性能急剧降低，以至引起突然破坏。
2 1.3.2未开裂焊缝处金相分析
未开裂焊缝处采用FeCl腐蚀后，发现此焊缝共有5层，如图15所示。焊缝的金相组织为柱状树枝晶，比裂纹处焊缝的柱状树枝晶小，在奥氏体基体中分布着大小不等的点状高合金富集区。
反应器内壁表层也有约1mm厚的均匀腐蚀层，表层腐蚀均匀，腐蚀层内有许多腐蚀孔，均匀腐蚀层下，腐蚀有沿晶间扩展现象，如图16所示，也是沿晶应力腐蚀。
21.3.3母材的金相分析
母材的组织为奥氏体加枝晶加细小的粒状碳化物，如图17所示。
2 2化学成分分析
采用CAAP60000等离子体原子光谱分析仪对母材及焊缝的化学成分进行分析，检测结果见表3。
由表3可见，母材与焊缝的化学成分符合相应材料标准的要求。
2 3力学性能分析
对未开裂焊缝进行了宏观检验，发现此氯化反应器的焊道
数为5,进行拉伸和弯曲试验l⁴-],断口均为脆性断口，且晶粒粗大，试验检测结果见表4、表5。
由表4、表5可知，即使加工硬化后的焊缝的抗拉强度也比母材的最小抗拉强度值低14.55%和10.55%。通过开裂分析和拉伸断口及弯曲断口分析可知：焊缝组织晶粒粗大，且存在气孔、夹杂等焊接缺陷，由此可推断原始焊缝强度较母材偏低。
由表4、表5可知，即使加工硬化后的焊缝的抗拉强度也比母材的最小抗拉强度值低14.55%和10.55%。通过开裂分析和拉伸断口及弯曲断口分析可知：焊缝组织晶粒粗大，且存在气孔、夹杂等焊接缺陷，由此可推断原始焊缝强度较母材偏低。
3结论
通过以上的分析，得出焊缝开裂的原因：
(1) 该氯化反应器焊接过程热输入过大，冷却速度过快导致焊缝柱状晶粗大，气孔、夹渣和缩松，使焊缝强度降低；
(2) 焊接过程中，没能有效地避开敏化区间或者在敏化区间停留时间过长，出现焊缝成分不均匀，组织不均匀，铬的碳化物沿晶界析出，使晶界处贫铬，产生氯离子晶间腐蚀；
(3) 反应介质脱水不彻底，高温下产生氢离子腐蚀，形成约1mm的均匀腐蚀层，降低了焊缝的强度；
(4)焊接过程中产生的夹杂物加速了晶间腐蚀，使焊缝强度急剧降低，导致焊缝在设备运行时开裂。
