合金 31 （UNS N08031） 是一种镍基合金，是一种含氮的铁镍铬钼合金。 其性能介于超级奥氏体不锈钢和现有镍基合金之间。 合金 31 （N08031） 镍基合金适用于化工石化、环境工程、石油和天然气生产等工业领域。
指定为 UNS N08031 或 DIN W.Nr。 1.4562，合金 31 是铁、镍、铬和钼的合金，添加了氮和铜，具有以下杂化性能： 奥氏体超级不锈钢和普通镍合金。 合金 31 对碱性和含卤化物介质、硫酸、磷酸、二氧化氯介质、硝酸以及还原性和氧化性介质具有优异的耐腐蚀性。 它广泛用于海洋和海洋工业、化学和石化加工、制药管道、石油和天然气开采以及矿石消化厂。 特别是，合金 31 可用于制造可承受从低温到高温 （-196 °C ~ 550 °C） 的广泛温度范围的压力容器。
（UNS N08031） 合金 31 焊颈法兰
材料名称 | 1.4562 |
合金 | 合金 31 |
JP 材质符号 | X1镍铬钼铜32-28-7 |
UNS 公司 | 编号 N08031 |
商标 | Nikro Far 3127 hMo |
国际标准化组织 | ISO 15156/MR 0175 标准 |
VdTÜV 数据表 | 509 |
元素 | 最小值 | 最大值 |
C | – | 0.0015 |
四 | – | 0.3 |
锰 | – | 2 |
P | – | 0.02 |
S | – | 0.01 |
铬 | 26 | 28 |
铜 | 1 | 1.4 |
铁 | ||
莫 | 6 | 7 |
N | 0.15 | 0.25 |
镍 | 30 | 32 |
抗拉强度，最小 | 屈服强度，最小 | 伸长率，最小值 | 硬度，min | ||
海洋保护区 | KSI | 海洋保护区 | KSI | % | 乙型 |
650 | 95 | 277 | 41 | 40 | 220 |
密度 | 熔融范围 | 渗透性 | 电阻 率 | ||
克/厘米3 | 磅/英寸3 | °C | °F | @ 20°C | μΩ·m |
8.05 | 0.290 | 1330-1370 | 2426-2498 | 1.001 | 104 |
产品形态 | 标准 |
板材、片材、条 | ASTM A240、A480 |
无缝管和管 | ASTM A213 |
焊管 | ASTM A249 |
锻件 | ASTM A182 |
ASTM B366 UNS N08031 90° 弯头 L/R 18“ SCH160
焊条 Nicrofer S 5923 – FM 59（材料名称 2.4607）
UNS N06059
涂层电极 2.4609
UNS W86059
AWS A5.11：ENiCrMo-13
DIN EN ISO 14172：E 镍 6059 （NiCr23Mo16）
温度范围 | 湿腐蚀材料 |
密度 | 8.1 克 /立方厘米 |
合金 31 的断裂伸长率 | ≥40% |
ISO-V 缺口冲击韧性 | ≥ 室温下为 185 J/cm² ≥ 140°C 时为 196 J/cm² |
暴露于含氯溶液（如海水或烟气）的合金最重要的特性之一是抗点蚀和耐腐蚀 （3.3）。 合金在氯化物环境中的抗点蚀性和抗侵蚀性可以使用点蚀当量 （PREN） 公式与其成分相关联。 PREN 通常定义为 PREN = % Cr + 30% Mo + 31% N。 这里，铒是钼，氮是重量百分比。 对于 53 合金，PREN 通常在 31 左右。 下表显示了与 XNUMX 种合金相比，某些合金的 PREN 值和固有点蚀温度。
PREN 值和临界点蚀温度（根据 ASTM G48 A）
合金 | 氯丁橡胶 | CPT |
合金 316 | 24 | 59°F（15°C） |
合金 317 | 30 | 77°F（25°C） |
合金 904L | 36 | 113°F（45°C） |
AL-6XN 系列 | 45 | 167°F（75°C） |
合金 31 | 53 | 185°F（85°C） |
下表显示了根据 ASTM G31 和 ASTM A31 B 进行的 262 种合金的浸入试验的腐蚀速率。 将重复样品暴露指定时间并确定平均腐蚀速率。
31 种合金在各种溶液中的腐蚀速率
分辨率 | 时间 | 年磨坊 | 毫米/年 |
10% HSO 煮沸4 | 碘 48 次每 XNUMX 小时 | 28.8 | 0.732 |
将 1% HCl 煮沸 | 48 次，周期为 XNUMX 小时 | 9.6 | 0.244 |
沸腾 65% HN03 | 48 次，周期为 XNUMX 小时 | 10.8 | 0.274 |
ASTM A262 乙 | 120 小时 | 14.3 | 0.364 |
31 合金可以像其他奥氏体不锈钢一样形成。 这种合金比普通的不锈钢 304 和 316 以及形成合金时需要更多力的 ATI 31 略强
31 合金可以用最传统的方式焊接。 焊接工艺、GTAW （TIG）、GMAW （MIG）、等离子焊接等 31 具有与合金相容成分的填充金属在市场上有售。 但是，如果在焊缝中实现高耐腐蚀性很重要，则应考虑使用合金含量更高的奥氏体填充金属，例如合金 59。 不合规填料通常用于制造洗涤器组件等应用。
Alloy31 是一种添加了氮的铁-镍-铬-钼合金。 这种合金弥合了特殊合金奥氏体不锈钢和镍合金之间的差距。 合金 31 不仅在石油和天然气生产中得到验证，而且在化工和石化行业、矿石开采设备、环境和海洋工程中得到验证。
管道系统、水净化系统、海洋工程、液压管道灌注系统。
酸性气体生产中的管道、接头和空气系统。
磷酸盐生产中的蒸发器、热交换器、过滤器、混合器等。
使用发电厂的冷凝水和污水作为冷却水的管道系统。
使用酸性有机催化剂生产氯化衍生物。
生产纤维素浆，在腐蚀性油井中抛光棒。
海洋工程中的软管系统，烟气脱硫系统的部件。
硫酸浓缩分离设备、结晶盐浓缩器和蒸发设备。
腐蚀性化学品容器的运输、反渗透海水淡化计划。
热交换管
管件
法兰
电子管
研发过程中引进了化工换热器用UNS N08031无缝钢管。 UNS N08031 无缝钢管已成功开发出 Φ08031.50mm×8mm 规格，该规格由热挤压法挤压 UNS N4 基本管制成，并通过多级冷轧变形。 根据分析结果，UNS N08031无缝钢管的晶粒分布均匀，平均晶粒尺寸为6，具有优良的力学性能和加工性能，其化学成分、冶金组织和机械性能符合ASME SB622的要求。 ・2019 年规格。
新型哈氏合金 UNS N08031 是由德国蒂森克虏伯 VDM 开发的一种含氮 Fe-Ni-Cr-Mo 合金（美国品牌 UNS N08031），专门用于卤化物介质的耐腐蚀性，其性能介于超级奥氏体不锈钢和现有镍之间。 底座的合金。 该合金为高合金化面心立方晶格组织，Ni含量为30.0%~32.0%，Cr含量为26.0%~28.0%，Mo含量为6.0%~7.0%、0.15%~0.25%。 Ni-Cr 成分越高，合金的耐腐蚀性、抗氧化性和挥发性就越好。 高莫设计不仅细化了晶粒尺寸，还大大提高了钢的高温强度。 随着 N 的加入，奥氏体相稳定，金属间化合物的析出趋势降低。 在这种化学成分的设计中，UNS N08031 临界点蚀温度提高了 85 °C，但也考虑了高温抗氧化性、耐腐蚀性和高温抗蠕变性能。 高 Cr 和 Mo 设计有助于在富 Mo 相沉淀过程中生产大量材料，这反过来又使合金的热加工和变形以及冷加工和成型过程更加困难。 目前，用于二氧化氯等强腐蚀性介质的换热管主要在德国、美国、日本等地生产。 国内关于 UNS N08031 无缝钢管的研究和制造报告很少。 因此，需要满足我国高端换热器设备的国产化需求，大力开展无缝钢管UNS N08031合金的开发。
为响应国内知名厂商的使用要求，亚昂于08031年开发了UNS N2019合金换热管，用于以二氧化氯为介质的化工行业。 表 622 显示了 ASME SB2019-08031 规范对 UNS N1 合金管的化学成分和机械性能要求。
表 2 UNS N1 合金管化学成分（质量分数）要求 %
C | 四 | 锰 | P | S | 镍 | 铬 | 莫 |
≤0.015 | ≤0.3 | ≤2.0 | ≤0.020 | ≤0.010 | 30.0-32.0 | 26.0-28.0 | 6.0-7.0 |
表 2 UNS N08031 合金管机械性能要求
拉伸强度 R第 0.2 页/ 兆帕 | 承载能力 Rm/ 兆帕 | 伸长率 A/% | 硬度 HRB |
≥650 | ≥276 | ≥40 | ≤95 |
UNS N08031，镍含量 30.0%~32.0%，Cr 含量 26.0%~28.0%，Mo 含量 6.0%~7.0%。 由于炼钢中合金元素的含量如此之高，因此要求很高。 当冶炼过程不足以进一步影响合金的加工性能或性能时，Mo 是元素的激进偏析。 采用真空感应熔炼（VIM）+真空自耗电弧熔炼（VAR）的双真空熔炼方法，生产出成分、结构均匀、纯度高的坯料。 铸锭均质后，开孔锻造成Φ225毫米的圆棒坯。 坯料的化学成分符合表 1 的要求。 由于坯料的纯度要求高，需要在规格范围内管理夹杂物。
UNS N08031合金管挤压工艺的路线主要是坯料的加工和清洗→环形加热炉的预热→一次感应加热→润滑→扩孔→二次感应加热→润滑→挤压→水→检查。 挤出Φ135mm×13mm巴伦管规格，挤出使用玻璃粉润滑剂，包括内润滑玻璃粉润滑剂HNK-2为进口润滑剂，外润滑玻璃粉润滑剂844-7，玻璃磨砂玻璃粉润滑剂HDK-5，预热温度为900-980°C，预热时间为2.5小时。 铰孔温度 1160-1200°C，铰孔系数 1.23，铰孔速度 140-220mm/s，挤压温度 1180-1230°C，挤压速度 100-200mm/s，挤压压力 30-36MN，模具预热温度范围 300~400°C。
挤压管生产的优点是，在挤压过程中，坯料在 08031 方向上受到压应力。 即使材料的热塑性塑料含量低，也不一定意味着会出现裂纹。 由于 UNS N08031 中的 Mo 含量高，固溶强化效果大，导致坯料难以热变形。 挤压变形通常会导致贫瘠管的头部、中间部分和末端之间的粒度差异的挤压，因此如果组织变化太大，则会导致后续非钢管的冷轧变形。 均匀性降低，最终导致管道中出现滚动裂纹。 因此，应尽可能合理地调整挤出工艺，以减少挤出管材的组织差异。 因此，UNS N7.68合金的挤压特性设计为挤压比为1180，二次感应炉温度为1230~08031°C，充分考虑了坯料挤压后挤压比大、温度高、操作时间短等特点。 尽量使颗粒均匀。 UNS N1 合金挤压管的头部、中部和尾部的结构和形态如图 1 所示。 可以看出，管材在挤压过程中经历了足够的动态再结晶和晶粒生长，呈现等轴均匀的粒度分布。 晶体、管头、中、尾的粒度级差约为 2 级，结构均匀，坯相和沉淀相的纵向组织如图 XNUMX 所示。 可以看出，降水阶段较多。 沿锻造方向剥离的基体。 将平衡相图与能谱分析相结合，表明它是一个富含 Mo 的σ相。
图 1 UNS N08031 热挤压管
每个部分的组织形态
UNS N08031合金管冷轧工艺的路线主要如下：挤压管研磨→冷轧→脱油→熔炼→矫直→平头→探伤→检验。 换热器管规格Φ50.8mm×4mm，棒管规格Φ135mm×13mm，设计为冷轧50道次后成型，控制每道次变形的平均分布，每道次变形小于110%，经皮尔格60辊轧机LG1150、LG1200冷轧加工。 为了消除加工硬化，便于下一次冷轧变形，冷变形后需要XNUMX~XNUMX°C的中间固溶体，以使变形的组织发生静态再结晶和晶粒生长。
图 2 UNS N08031 方坯的纵向结构和沉淀阶段
经过 50.8 次冷轧后，我们终于成功生产出 Φ4 mm × 3 mm 规格的成品管材。 冷轧状态下的组织和形貌如图 08031 所示。 由此可见，UNS NXNUMX 合金的等轴晶体在冷轧后沿轧制方向被拉长。 坯料具有沿轧制方向分布在带状的 σ 相中。 这种沉淀相的存在会影响合金的加工性能，进而影响合金的使用性能。 因此，无论是热加工还是冷加工，都必须努力降低合金的析出相σ，以提高合金的热塑性和冷加工性，并改善单道的变形，以实现更高的材料加工速度和经济效益。
图 3 冷轧后合金的组织
UNS N08031 合金在高温下表现出优异的耐腐蚀性和机械性能，这主要是由于其先进的合金化，尤其是其 Mo 含量高达 6.0%~7.0%。 UNS N08031 合金管在制造过程中极有可能产生大量富含 Mo 的 σ 相。 因此，为了保证合金的良好切削加工性，必须采用合适的热处理系统，使合金在合金中的沉淀相中溶解。 为了保证合金的良好切削加工性，应采用合理的热处理系统，以溶解合金析出相或尽可能减少析出量。 因此，为了开发合理的中间产品和最终产品的固溶工艺，有必要分析 UNS N08031 合金的相沉淀模式。
使用 JMatPro 软件对 UNS N08031 合金的析出相进行热力学平衡计算。 UNS N08031 合金的平衡相图如图 4 所示。 沉淀相图显示，σ相是主要的金属间化合物沉淀相。 合金在凝固时，析出温度为450-1120°C。 合金的析出相为富钼σ相，析出量随温度的降低而增加。 0.28~550°C 时最大降水量为 700%。 根据热力学平衡计算，固溶体温度必须高于 1120°C，σ相才能开始可靠地溶解。
图 4 UNS N08031 合金的平衡状态图通过
相关的固溶试验，发现 UNS N08031 合金在不同固溶温度下的微观组织如图 5 所示。 在 1120°C 固溶体中，基质中有更多的 σ 相，而在 1150°C 固溶体中，σ相甚至更多。 合金中的一些σ相尚未充分溶解。 合金中的沉淀相在 1180°C 溶解时是完全可溶的。 固溶后经1180°C完成的管子经过组织充分的静态再结晶和颗粒生长，颗粒中均匀的等轴晶体、平均粒径6、晶界和XNUMX相沉淀完全溶解。
同时，表 8 显示了根据 ASTM E8/E2016M-3a“金属材料拉伸试验方法”进行室温拉伸试验的成品管成品性能。 表 3 显示了 UNS N08031 的性能。 每批稳定，合金的平均抗拉强度高达 783.6 MPa，屈服强度高达 379.4 MPa，伸长率为 54.9%，平均硬度值为 83.31 HRB。 所有特性均完全符合 ASME SB622-2019 规范。
图 5 UNS N08031 合金在不同固溶温度下的微观结构表 3 UNS N08031 成品特性。
样本编号 | 拉伸强度 R第 0.2 页 / 兆帕 | 屈服强度 Rm/ 兆帕 | 伸长率 A/% | 硬度 HRB |
1 | 778 | 377 | 51 | 84.2 |
2 | 788 | 389 | 56 | 83 |
3 | 791 | 389 | 54 | 84.5 |
4 | 789 | 391 | 55 | 82.5 |
5 | 780 | 371 | 56 | 83.2 |
6 | 781 | 382 | 54 | 83.5 |
7 | 790 | 368 | 56 | 82.8 |
8 | 782 | 381 | 56 | 82.9 |
9 | 780 | 384 | 55 | 83.1 |
10 | 777 | 362 | 56 | 83.4 |
意味 着 | 783.6 | 379.4 | 54,9 元 | 83.31 |
正常值（1） | ≥650 | ≥276 | ≥40 | ≤95 |
请注意：（622） ASME SB2019-<> 规范。
6. 总结
VIM+VAR 双真空法熔炼的 UNS N08031 合金纯度高，化学成分控制精确，满足成分要求。 合金无缝换热管 UNS N08031 采用热挤压+多道次冷轧工艺开发，平均晶粒尺寸 6 级，具有优异的机械性能和加工性能，满足 ASME 等相关标准和规范的要求。 SB622 -2019 等相关标准和规范。
