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鐵-鎳系列

020合金

來源： 秦皇島核誠鎳業有限公司 日期：2019-07-29 13:32:54 點擊：1489 屬于：鐵-鎳系列

合金020
NS1403/0Cr20Ni35Mo3Cu3Nb
UNS N08020
020 鐵-鎳-鉻合金
020合金是在高鎳可變性奧氏體不銹鋼——0Cr20Ni28Mo3Cu3Nb基礎上發展的一種鐵-鎳基耐蝕合金。在其它成分基本等同于0Cr20Ni28Mo3Cu3Nb的條件下，只將鋼中鎳量由27%~29%提高到33%~38%，既可以提高鋼的耐應力腐蝕斷裂性能，又極大地改善了鋼在還原性算中的耐蝕性和可加工性能。由于此合金具有良好的耐蝕性，在化學加工等工業中得到較廣泛的應用。
主要應用：

合金冶金工藝良好，可生產板、管。絲、帶、棒材，鍛件以及各種鑄件；
用于化學加工工業的硫酸、硫酸+硝酸混酸、磷酸等介質中；

表1 牌號及標準

材料牌號	標準系列	標準
		化學成分	管材		板材	棒材	帶材	焊絲	鍛件
		化學成分	無縫管	焊接管	板材	棒材	帶材	焊絲	鍛件
美標 N08020	ASME （SB）		729 829	464 468	463	473	424	AWS A5.14	462
國標 NS 1403	GB/T	15007	15011	/	2054 15009 15010	/	15008	/	26030
國標 NS 1403	NB/T		47019 47047	/	47046	/	/	/	47028

表2 020合金化學成分

元素	C	Si	Mn	P	S	Ni
N08020	≤0.07	≤1.0	≤2.0	≤0.045	≤0.035	32~38
NS1403	≤0.07	≤1.0	≤2.0	≤0.03	≤0.03	32~38
元素	Cr	Mo	Nb+Ta	Fe	Mg	Cu
N08020	19~21	2~3	8×C~1.0	余量	—	3~4
NS1403	19~21	2~3	8×C~1.0	余量	—	3~4

表3 物理性能

密度	8. 08g/cm³
熔點	1357~1430℃

機械性能

以下是相應規格020合金退火后（穩定化熱處理）的機械性能。
表5 020合金常溫下機械性能

合金和狀態	抗拉強度，MPa	0.2%屈服強度，MPa	延伸率A₅，%
管材
冷加工退火	≥550	≥240	≥30
板材
熱軋、冷軋（退火）	≥551	≥241	≥30
鍛件
鍛件（退火）	≥551	≥241	≥30

圖1高溫力學性能（實線表示典型的使用溫度）

金相結構

020合金具有穩定的面心立方結構?；瘜W成分和恰當的熱處理保證了耐腐
蝕性不受敏化性的削弱。

耐腐蝕性

全面腐蝕

硫酸

020合金是由0Cr20Ni28Mo3Cu3Nb合金發展而來，由于鎳含量的提高，使之在硫酸中的耐蝕性得到改善。在醇硫酸中，合金的耐蝕性見圖2.由圖可見，在全濃度硫酸中，次合金在50℃以下具有優良的耐蝕性（腐蝕速率≤0.1mm/a）。在65℃具有可用的耐蝕性。在硫酸濃度低于10%的介質中，此合金的使用上限溫度可提高到80℃。
在80℃各濃度的硫酸中的試驗結果指出，67%~74%之間的硫酸出現一個腐蝕率峰值（圖3）。在低于65℃的酸中不出現這種現象，其原因可能是富鎳、鈮相的選擇腐蝕，鑒于這種事實，在選用時應予以注意。

圖2 020合金在硫酸中的等腐蝕圖

圖3 020合金在80℃硫酸中的腐蝕行為

磷酸

在磷酸中的耐蝕性類似于825合金。在含雜質（Cl^-、F^-）的濕法磷酸中，此合金的耐蝕性顯著受氯離子含量的影響，在濕法磷酸中，該合金使用效果不理想。

該合金在鹽酸中的耐蝕性也不佳，即使在低濃度、低文鹽酸中也不宜采用。
晶間腐蝕
020合金的晶間腐蝕行為類似于825合金。在正常情況下次合金焊接件具有良好的耐晶間腐蝕性能。中溫敏化的合金由于M₂₃C₆的析出將加劇晶間腐蝕。合金的敏化溫度范圍為650~870℃，最敏感溫度為760℃。
應力腐蝕
由于合金020的鎳含量提高至35%，因此在高濃氯化物環境中，耐應力腐蝕斷裂性能得到提高，但不及825合金。

加工及熱處理

預熱
溫度控制對于保證合金的耐腐蝕性能不受敏化性的削弱非常重要。工件在加熱之前和加熱過程中都必須進行表面清理，保持表面清潔。若加熱環境含有硫、磷、鉛或其他低熔點金屬，020合金將變脆。雜質來源于做標記的油漆、粉筆、潤滑油、水、燃料等。燃料的硫含量要低，如液化氣和天然氣的雜質含量要低于0.1%，城市煤氣的硫含量要低于0.25g/m3，石油氣的硫含量低于0.5%是理想的。
熱處理最好在真空電阻爐或惰性氣體保護氣氛中進行，因為這樣可以控溫精確并且不受雜質污染。若燃氣的雜質含量較低時也可考慮使用燃氣加熱爐，這樣可以得到中性或弱氧化性的氣氛。應避免爐氣成分在氧化性和還原性中波動，燃燒火焰不能直接燒向工件。
熱加工
此合金的熱成型溫度為927~1065℃，不宜在晶間腐蝕敏感溫度（650℃）下進行成型操作，如果在高于1065℃成型，最終成型應在870~980范圍內進行，已獲得良好的綜合性能。此合金亦適于冷加工成型，具有良好的冷加工性能。
熱處理：
軟化退火或穩定化處理的溫度范圍是920-980℃，最合適為940±10℃。在任何熱處理過程中，都要注意前面提到的關于保持清潔的事項。
打磨和酸洗
在020合金工件焊縫附近的氧化物要比不銹鋼的更難以去除，需要用細砂帶或砂輪打磨。為保持金屬的光澤，打磨時要非常小心。在硝酸和氫氟酸的混合酸中酸洗之前，也要用砂紙去除氧化物或進行鹽浴預處理。酸洗的時間尤其要注意。
機加工
020合金的機加工需在固溶處理后進行，要考慮到材料的加工硬化性，與奧氏
體不銹鋼不同的是，需要采用低表面切削速度和重進刀量。

焊接方面的建議

在對鎳基材料進行焊接時，應遵循以下規程：
1. 工作場地：工作場地應單獨分開或與碳鋼的加工區域有足夠遠的距離，盡可能保持清潔，設有隔板并避免兩區域間通風；
2. 工作服和輔助用品：應佩戴干凈的細紋皮手套，穿著干凈的工作服。
3. 工具和機器設備：應該有鎳基合金和鎳鉻鋼的專用工具，鋼絲刷應采用不銹鋼材料制成，機器設備如剪切機、沖床、軋機等應該蓋上氈、紙板或塑料紙以防鐵碳金屬掉在機器表面而使加工材料粘上，導致腐蝕。
清理：
需用丙酮對母材焊接區域的基體金屬和填充合金（如焊條）進行清潔，注意不能
使用三氯乙烯TRI、全氯乙烯PER 和四氯化物TETRA。
邊緣準備：
最好采用機加工，如車、銑、刨，也可以進行等離子切割，若采用后者，切割邊
緣（焊接面）一定要研磨干凈平整，允許不過熱的精磨。母材的焊接邊緣大約25mm 寬的區域必須打磨至光亮金屬變面。
坡口角度：
與碳鋼相比，鎳基合金和特種不銹鋼的物理性能特點主要是低的熱導率和高的膨
脹系數，這些特性都要在焊接坡口準備時予以考慮，包括加寬底部間隙（1-3mm），同時由于熔融金屬的粘滯性，在對接焊時應采用更大的坡口角度（60-70°）以抵消材料的收縮。
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不能在工件表面起弧，應在焊接面起弧，以防起弧點導致腐蝕。
焊接工藝：
020合金適合采用任何傳統焊接工藝與同種材料或其他金屬焊接，如鎢電極惰性氣體保護焊、等離子弧焊、手工亞弧焊、金屬極惰性氣體保護焊、熔化極惰性氣體保護焊，其中脈沖電弧焊是首選方案。在采用手工電弧焊時，推薦使用(Ar+He+H2+CO2)
多種成份混合的保護氣體。
020合金的焊接必須在退火態進行，并使用不銹鋼絲刷清理干凈污漬、粉塵和各種記號。在焊縫根部焊接時，為得到最佳的根部焊縫質量，操作必須非常小心(氬氣
99.99)，這樣在根部焊接完后焊縫就不產生氧化物。焊接熱影響區產生的顏色要在焊縫區域未冷卻時用不銹鋼刷刷去。

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