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一、引言
AL-6XN是美國Allegheny Ludlum公司生產的低碳、高純氮系超級奧氏體不鏽鋼。它對氯離子的點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕有優異的抵抗力，它本身的屬性使其在酸或鹼性環境下都表現出良好的性能。它主要的應用場合如下所示。
1、化工儲罐和管道；
2、海洋油氣田平臺；
3、海水冷凝器、熱交換器和管道；原油管道；
4、紙漿漂白過程中的洗濾器、桶和壓力輥；
5、電站煙氣沖刷環境；
6、脫鹽設備和泵；
7、核電站給水管道系統；
8、海洋環境下的變壓器外殼；
9、高純藥品生產設備。
二、化學成分
AL-6XN化學成分
化學元
素含量，Wt.%典型的AL-6XNASTM標準C0.020.03maxMn0.42.00maxP0.020.040maxS0.0010.030maxSi0.41.00maxCr20.520.00/22.00Ni2423.50/25.50Mo6.26.00/7.00N0.220.18/0.25Cu0.20.75maxFe餘量餘量
三、材料標準
ASME和ASTM關於AL-6XN材料的標準如下表所示。
產品形式ASMEASTM板材和帶
材SB688B688棒材和絲SB691B691焊管SB675B675焊接管件SB676B676無縫管和
管件SB690B690錠-B472鍛造管法
及接頭SB462B462可鍛焊接
件SB366B366鍛件SB564B564填料金屬
焊接管-B804鑄件-A743/A744
四、耐蝕性能
重要的設計選擇決定經常是依據實驗室和現場掛片試驗所得的結果，對金屬在一定環境下的耐腐蝕性能的預測，要考慮金屬本身的特性和環境的因素。
一般來說，不鏽鋼的最通常的失效形式是由於氯離子的點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕斷裂而造成的局部腐蝕。
用在海水和煙氣系統的不鏽鋼的一個重要特徵就是有良好的耐點蝕和縫隙腐蝕的能力。Al-6XN含有較高水平的Cr、Mo、Ni，其中Mo的含量達到6~7%，使Al-6XN有優異的耐點蝕和縫隙腐蝕的能力。下表是依據ASTM標準對幾種合金所進行的耐腐蝕性能測試結果。
合金成分（Wt.%）PREN1CCCT2 ℃CPT3 ℃CPT4 ℃CrMoN
30418-0.0619.8＜-2.5--31616.52.10.0524.9＜-2.515-31718.53.10.0630.51.71925904L20.54.50.0536.9204045AL-6XN20.56.50.2247.6438078
1 PREN=Cr+3.3(%Mo)+30(%N) “點蝕當量”
2 基於ASTM G-48B標準（6%FeCl372小時，有縫隙）“臨界縫隙腐蝕溫度”
3 基於ASTM G-48A標準（6%FeCl372小時）“臨界點蝕溫度”
4 測試溶液：4%NaCl+1%Fe2(SO4)3+0.001 M HCl “臨界點蝕溫度”
在AL-6XN中Cr是對抗中性和氧化性環境腐蝕的主要元素。Cr、Mo、N增加了Al-6XN的抗點蝕和縫隙腐蝕的能力，Ni,Mo增加了材料對氯離子應力腐蝕和縫隙腐蝕的抵抗能力，也讓合金在還原性環境下有良好的耐蝕性能（如稀硫酸）。
下表是不同腐蝕環境下的腐蝕性能試驗結果。
試驗環境 （沸騰）腐蝕速率 mm/a316基本試樣焊接試樣(自熔)20%醋酸＜0.01＜0.0145%蟻酸0.280.2610%草酸1.020.9920%磷酸0.180.1610%氨基磺酸1.621.5810%硫酸9.449.4410%硫酸氫鈉1.061.0650%氫氧化鈉3.123.4565%硝酸0.870.741%鹽酸5.335.49試驗環境 （沸騰）腐蝕速率 mm/aAl-6XN基本試樣焊接試樣(自熔)20%醋酸＜0.01＜0.0145%蟻酸0.060.0710%草酸0.190.2320%磷酸＜0.01＜0.0110%氨基磺酸0.240.2710%硫酸1.831.9410%硫酸氫鈉0.120.1750%氫氧化鈉0.290.2865%硝酸0.660.661%鹽酸5.165.16
下表表明了不同合金在化工環境中的腐蝕對比情況。
試驗溶液和溫度 ℃腐蝕速率 mm/a
304316
0.1%鹽酸 90
0.2%鹽酸 700.46
60%硫酸 50
95%硫酸 300.28
85%磷酸 70
0.06
10%硝酸 90
65%硝酸 1160.210.87
65%硝酸+2%鹽酸 50
10%硝酸+3%氫氟酸 7015764.4
80%醋酸 1030.13
50%蟻酸 105
0.46
試驗溶液和溫度 ℃腐蝕速率 mm/a20 alloyC-276Al-6XN0.1%鹽酸 90
＜0.010.2%鹽酸 70
＜0.0160%硫酸 500.1
0.1295%硫酸 30
＜0.0185%磷酸 70
＜0.0110%硝酸 90
0.22＜0.0165%硝酸 1160.2323.10.6665%硝酸+2%鹽酸 50
0.280.2110%硝酸+3%氫氟酸 707.646.72.6280%醋酸 103
＜0.0150%蟻酸 105
0.06
實驗室模擬了電站煙氣沖刷高酸性環境，硫酸、鹽酸和氯化鹽溶液在試樣上的實驗結果如下表所示。（試樣採用焊接態）
模擬沖刷溶液H2SO4-7VOL%
HCL-3VOL%
CuCl2-1Wt%
FeCl3-1Wt%
50℃基材金屬填料金屬重量損失(mg/cm2)點蝕區域317L(4.2%Mo)匹配26.9焊縫317L(4.2%Mo)G合金22.1基材、焊縫317L(4.2%Mo)625（覆蓋電極）18.6熔合線、基材904LG合金22.5基材、焊縫904L62523.3焊縫AL-6XN6252.2焊縫
1、點腐蝕
AL-6XN耐氯離子的點蝕和縫隙腐蝕性能非常優良，在美國，現在已經有超過30000000英尺的薄壁管材應用在海水和鹽水工程的換熱器上，有的使用已經超過10年，但仍然完好無損，沒有發生點蝕和縫隙腐蝕情況。
下表是依據ASTM G48B標準對四種金屬在10%FeCl3溶液中的縫隙腐蝕發生情況所做的試驗。
合金縫隙腐蝕發生溫度(℃)304＜-2.5316-2.5AL-6XN45Inconel62545
當然，縫隙腐蝕發生的溫度與很多因素有關，例如：縫隙的幾何形狀、尺寸；縫隙表面的光潔度等。所以此試驗的數據有其典型性和普遍性。
試驗已經證明AL-6XN對紙漿漂白溶液（含有氯離子或氯的氧化離子）有很好的耐蝕性能。對317L不能使用的場合AL-6XN也可以使用，所以AL-6XN還經常用來維修或升級低合金不鏽鋼設備。
2、應力腐蝕
不鏽鋼材料對抗氯離子的應力腐蝕斷裂主要依靠合金中的鎳成分。試驗表明：合金中的鎳含量超過12%時，對氯離子的應力腐蝕就有明顯的抵抗力。AL-6XN中的鎳含量在24%左右，在沸騰的MgCl2溶液中有良好的耐應力腐蝕性能。同樣，當合金中的Mo含量超過3%時，材料對氯離子的應力腐蝕也有良好的抵抗力。AL-6XN中的Mo含量在6%左右，相對來說應該是比較大的Mo含量，同樣也增加了它對應力腐蝕的抗性。高含量的Ni和Mo使得AL-6XN對氯離子的應力腐蝕抵抗比304、316、20號合金等要好得多。
3、沖刷腐蝕
AL-6XN不象銅基合金，它在高沖刷的環境下不會增加腐蝕率。
4、晶間腐蝕
AL-6XN是採用先進的AOD工藝冶煉製得，在其中添加了N，但是因為它有極低的含碳量，所以它同樣有良好的耐晶間腐蝕性能。
下表是AL-6XN典型的晶間腐蝕試驗數據。
試驗方法基本材料焊接試樣ASTM A262A (電解刻蝕溶液)通過通過ASTM A262B(G28A) (Fe2(SO4)3-50%H2SO4)0.39mm/a0.372mm/aASTM A262E (Cu-CuSO4-16%H2SO4)沒有裂紋 通過沒有裂紋 通過ASTM A262F (Cu-CuSO4-50%H2SO4)0.577mm/a0.599mm/a
五、物理性能
密度：8.06g/cm3
熔點範圍：1320-1400℃
導磁率：1.0028（磁強度200）
熱傳導係數：20-100℃ 13.7W/m-k
比熱：500J/kg-k
動態彈性模量
溫度彈性模量oF℃106psiGPa752428.31952009327.418940020426.118060031624.817180042723.4161100053822.1152
線性熱膨脹係數
溫度範圍線性熱膨脹係數oF℃10-6/ oF10-6/ oC68-21220-1008.515.368-39220-2008.615.568-57220-3008.815.768-75220-4008.91668-93220-5009.116.468-111220-6009.316.768-129220-7009.517.168-147220-8009.817.6
六、力學性能
1、室溫下的力學性能
AL-6XN中N的存在，使它比其他奧氏體不鏽鋼有更高的強度。同時，它具有穩定的奧氏體結構，甚至在極度變形的情況下也不會轉變成馬氏體。當然，AL-6XN也有一定的延展性和成形性能。
下面列舉了退火板材的典型的力學性能
屈服強度：380Mpa
抗拉強度：760Mpa
延伸氯 ：45%
斷面收縮率：60%
硬度： RB 90
BHN 185
R30T 72
2、高溫下的拉伸性能
試驗溫度 (℃)0.2%屈服強度 (MPa)抗拉強度 (MPa)延伸率δ5 (%)213657705093325725451492906704520427064045260255620453162356054537123059545427230585454822205804453821556042
3、抗衝擊性能
退火狀態下的AL-6XN材料有良好的韌性，尤其是在零度以下還有極好的抗衝擊性能。下表是卻貝V形槽衝擊試樣的結果（試樣在試驗溫度下保溫1小時）。
試驗溫度Ft-1bsJoF℃6820140190-200-129100135-300-19685115
七、製造
1、冷成形
對普通奧氏體不鏽鋼的冷成形加工工藝同樣適用於AL-6XN。由於AL-6XN有更高的強度，所以變形加工要有更大的載荷。
2、熱成形
AL-6XN的熱加工溫度應該在1000-1260℃之間，在這個溫度下，AL-6XN的強度介於普通300系列不鏽鋼和鎳基合金之間，如625和276合金。
熱加工過後，為了獲得更好的耐蝕性能，在除垢和酸洗後要進行整體退火和淬火熱處理。
3、機械加工
和其他奧氏體不鏽鋼一樣，AL-6XN機械加工比較困難，因為其強度和加工硬化傾向比較大，所以，機械加工時要採用大的切削力。機加工速度一般是304不鏽鋼的2/3。
八、焊接
在AL-6XN和自身的焊接過程中，為了使焊縫有良好的耐蝕性能，可以選用高一級的焊絲如625、112和276。採用高合金填料的焊縫具有延展性。
而對於匹配的填料金屬和自熔焊一般不採用，因為其焊縫的耐蝕性能無法保障。自熔焊焊縫的耐蝕性能可以通過在1107℃下的退火加快速冷卻來改善。為了使焊縫不受腐蝕環境的支配，可以採用普通奧氏體填料金屬。
為了避免產生熱裂紋，在焊接和退火前要避免和銅和黃銅接觸。
※管子和管板的焊接
AL-6XN的管子和管板的密封焊可以採用自動焊和手工焊接設備。焊接可以採用自熔焊或適宜的耐蝕材料填料金屬。管板材料如果是典型316或高級別的合金，焊接可以採用自熔焊。特殊的腐蝕環境可以改變管板材料的選擇。焊接試驗顯示：AL-6XN管子和管板的焊接，其焊縫及熱影響區不會因為中間相的產生而導致耐蝕性能有較大的下降。
九、熱處理
AL-6XN應該在1107-1232℃之間退火併快速冷卻，相對緩慢的冷卻速度會增加中間相的產生，導致材料耐蝕性能下降。材料中N元素的加入在540-1040℃延遲了中間相的產生，但並不能阻止它的產生。
AL-6XN在空氣或氧化性氣體中退火會產生富Cr的氧化物。和其它高鉬合金一樣，對於可能使Mo大量流失的加工工序（如長時間的退火）要避免，如果無法避免將使材料表面很容易產生點蝕。
一旦富Cr的氧化物形成，則材料表面也會產生貧Cr現象。所以在退火後，貧Cr表面必需以機械方法去處，然後在硝酸和氫氟酸的混合液中酸洗。但是AL-6XN很強的耐蝕性能使它很難酸洗，必需有高的酸濃度，加上高溫，長時間浸泡等方法才可以達到酸洗的效果。
文｜PLEASURE
圖｜來自網絡
THE END
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