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一、引言
AL-6XN是美国Allegheny Ludlum公司生产的低碳、高纯氮系超级奥氏体不锈钢。它对氯离子的点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀有优异的抵抗力，它本身的属性使其在酸或碱性环境下都表现出良好的性能。它主要的应用场合如下所示。
1、化工储罐和管道；
2、海洋油气田平台；
3、海水冷凝器、热交换器和管道；原油管道；
4、纸浆漂白过程中的洗滤器、桶和压力辊；
5、电站烟气冲刷环境；
6、脱盐设备和泵；
7、核电站给水管道系统；
8、海洋环境下的变压器外壳；
9、高纯药品生产设备。
二、化学成分
AL-6XN化学成分
化学元
素含量，Wt.%典型的AL-6XNASTM标准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余量余量
三、材料标准
ASME和ASTM关于AL-6XN材料的标准如下表所示。
产品形式ASMEASTM板材和带
材SB688B688棒材和丝SB691B691焊管SB675B675焊接管件SB676B676无缝管和
管件SB690B690锭-B472锻造管法
及接头SB462B462可锻焊接
件SB366B366锻件SB564B564填料金属
焊接管-B804铸件-A743/A744
四、耐蚀性能
重要的设计选择决定经常是依据实验室和现场挂片试验所得的结果，对金属在一定环境下的耐腐蚀性能的预测，要考虑金属本身的特性和环境的因素。
一般来说，不锈钢的最通常的失效形式是由于氯离子的点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀断裂而造成的局部腐蚀。
用在海水和烟气系统的不锈钢的一个重要特征就是有良好的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力。Al-6XN含有较高水平的Cr、Mo、Ni，其中Mo的含量达到6~7%，使Al-6XN有优异的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力。下表是依据ASTM标准对几种合金所进行的耐腐蚀性能测试结果。
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) “点蚀当量”
2 基于ASTM G-48B标准（6%FeCl372小时，有缝隙）“临界缝隙腐蚀温度”
3 基于ASTM G-48A标准（6%FeCl372小时）“临界点蚀温度”
4 测试溶液：4%NaCl+1%Fe2(SO4)3+0.001 M HCl “临界点蚀温度”
在AL-6XN中Cr是对抗中性和氧化性环境腐蚀的主要元素。Cr、Mo、N增加了Al-6XN的抗点蚀和缝隙腐蚀的能力，Ni,Mo增加了材料对氯离子应力腐蚀和缝隙腐蚀的抵抗能力，也让合金在还原性环境下有良好的耐蚀性能（如稀硫酸）。
下表是不同腐蚀环境下的腐蚀性能试验结果。
试验环境 （沸腾）腐蚀速率 mm/a316基本试样焊接试样(自熔)20%醋酸＜0.01＜0.0145%蚁酸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%硫酸氢钠1.061.0650%氢氧化钠3.123.4565%硝酸0.870.741%盐酸5.335.49试验环境 （沸腾）腐蚀速率 mm/aAl-6XN基本试样焊接试样(自熔)20%醋酸＜0.01＜0.0145%蚁酸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%硫酸氢钠0.120.1750%氢氧化钠0.290.2865%硝酸0.660.661%盐酸5.165.16
下表表明了不同合金在化工环境中的腐蚀对比情况。
试验溶液和温度 ℃腐蚀速率 mm/a
304316
0.1%盐酸 90
0.2%盐酸 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%盐酸 50
10%硝酸+3%氢氟酸 7015764.4
80%醋酸 1030.13
50%蚁酸 105
0.46
试验溶液和温度 ℃腐蚀速率 mm/a20 alloyC-276Al-6XN0.1%盐酸 90
＜0.010.2%盐酸 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%盐酸 50
0.280.2110%硝酸+3%氢氟酸 707.646.72.6280%醋酸 103
＜0.0150%蚁酸 105
0.06
实验室模拟了电站烟气冲刷高酸性环境，硫酸、盐酸和氯化盐溶液在试样上的实验结果如下表所示。（试样采用焊接态）
模拟冲刷溶液H2SO4-7VOL%
HCL-3VOL%
CuCl2-1Wt%
FeCl3-1Wt%
50℃基材金属填料金属重量损失(mg/cm2)点蚀区域317L(4.2%Mo)匹配26.9焊缝317L(4.2%Mo)G合金22.1基材、焊缝317L(4.2%Mo)625（覆盖电极）18.6熔合线、基材904LG合金22.5基材、焊缝904L62523.3焊缝AL-6XN6252.2焊缝
1、点腐蚀
AL-6XN耐氯离子的点蚀和缝隙腐蚀性能非常优良，在美国，现在已经有超过30000000英尺的薄壁管材应用在海水和盐水工程的换热器上，有的使用已经超过10年，但仍然完好无损，没有发生点蚀和缝隙腐蚀情况。
下表是依据ASTM G48B标准对四种金属在10%FeCl3溶液中的缝隙腐蚀发生情况所做的试验。
合金缝隙腐蚀发生温度(℃)304＜-2.5316-2.5AL-6XN45Inconel62545
当然，缝隙腐蚀发生的温度与很多因素有关，例如：缝隙的几何形状、尺寸；缝隙表面的光洁度等。所以此试验的数据有其典型性和普遍性。
试验已经证明AL-6XN对纸浆漂白溶液（含有氯离子或氯的氧化离子）有很好的耐蚀性能。对317L不能使用的场合AL-6XN也可以使用，所以AL-6XN还经常用来维修或升级低合金不锈钢设备。
2、应力腐蚀
不锈钢材料对抗氯离子的应力腐蚀断裂主要依靠合金中的镍成分。试验表明：合金中的镍含量超过12%时，对氯离子的应力腐蚀就有明显的抵抗力。AL-6XN中的镍含量在24%左右，在沸腾的MgCl2溶液中有良好的耐应力腐蚀性能。同样，当合金中的Mo含量超过3%时，材料对氯离子的应力腐蚀也有良好的抵抗力。AL-6XN中的Mo含量在6%左右，相对来说应该是比较大的Mo含量，同样也增加了它对应力腐蚀的抗性。高含量的Ni和Mo使得AL-6XN对氯离子的应力腐蚀抵抗比304、316、20号合金等要好得多。
3、冲刷腐蚀
AL-6XN不象铜基合金，它在高冲刷的环境下不会增加腐蚀率。
4、晶间腐蚀
AL-6XN是采用先进的AOD工艺冶炼制得，在其中添加了N，但是因为它有极低的含碳量，所以它同样有良好的耐晶间腐蚀性能。
下表是AL-6XN典型的晶间腐蚀试验数据。
试验方法基本材料焊接试样ASTM A262A (电解刻蚀溶液)通过通过ASTM A262B(G28A) (Fe2(SO4)3-50%H2SO4)0.39mm/a0.372mm/aASTM A262E (Cu-CuSO4-16%H2SO4)没有裂纹 通过没有裂纹 通过ASTM A262F (Cu-CuSO4-50%H2SO4)0.577mm/a0.599mm/a
五、物理性能
密度：8.06g/cm3
熔点范围：1320-1400℃
导磁率：1.0028（磁强度200）
热传导系数：20-100℃ 13.7W/m-k
比热：500J/kg-k
动态弹性模量
温度弹性模量oF℃106psiGPa752428.31952009327.418940020426.118060031624.817180042723.4161100053822.1152
线性热膨胀系数
温度范围线性热膨胀系数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、力学性能
1、室温下的力学性能
AL-6XN中N的存在，使它比其他奥氏体不锈钢有更高的强度。同时，它具有稳定的奥氏体结构，甚至在极度变形的情况下也不会转变成马氏体。当然，AL-6XN也有一定的延展性和成形性能。
下面列举了退火板材的典型的力学性能
屈服强度：380Mpa
抗拉强度：760Mpa
延伸氯 ：45%
断面收缩率：60%
硬度： RB 90
BHN 185
R30T 72
2、高温下的拉伸性能
试验温度 (℃)0.2%屈服强度 (MPa)抗拉强度 (MPa)延伸率δ5 (%)213657705093325725451492906704520427064045260255620453162356054537123059545427230585454822205804453821556042
3、抗冲击性能
退火状态下的AL-6XN材料有良好的韧性，尤其是在零度以下还有极好的抗冲击性能。下表是却贝V形槽冲击试样的结果（试样在试验温度下保温1小时）。
试验温度Ft-1bsJoF℃6820140190-200-129100135-300-19685115
七、制造
1、冷成形
对普通奥氏体不锈钢的冷成形加工工艺同样适用于AL-6XN。由于AL-6XN有更高的强度，所以变形加工要有更大的载荷。
2、热成形
AL-6XN的热加工温度应该在1000-1260℃之间，在这个温度下，AL-6XN的强度介于普通300系列不锈钢和镍基合金之间，如625和276合金。
热加工过后，为了获得更好的耐蚀性能，在除垢和酸洗后要进行整体退火和淬火热处理。
3、机械加工
和其他奥氏体不锈钢一样，AL-6XN机械加工比较困难，因为其强度和加工硬化倾向比较大，所以，机械加工时要采用大的切削力。机加工速度一般是304不锈钢的2/3。
八、焊接
在AL-6XN和自身的焊接过程中，为了使焊缝有良好的耐蚀性能，可以选用高一级的焊丝如625、112和276。采用高合金填料的焊缝具有延展性。
而对于匹配的填料金属和自熔焊一般不采用，因为其焊缝的耐蚀性能无法保障。自熔焊焊缝的耐蚀性能可以通过在1107℃下的退火加快速冷却来改善。为了使焊缝不受腐蚀环境的支配，可以采用普通奥氏体填料金属。
为了避免产生热裂纹，在焊接和退火前要避免和铜和黄铜接触。
※管子和管板的焊接
AL-6XN的管子和管板的密封焊可以采用自动焊和手工焊接设备。焊接可以采用自熔焊或适宜的耐蚀材料填料金属。管板材料如果是典型316或高级别的合金，焊接可以采用自熔焊。特殊的腐蚀环境可以改变管板材料的选择。焊接试验显示：AL-6XN管子和管板的焊接，其焊缝及热影响区不会因为中间相的产生而导致耐蚀性能有较大的下降。
九、热处理
AL-6XN应该在1107-1232℃之间退火并快速冷却，相对缓慢的冷却速度会增加中间相的产生，导致材料耐蚀性能下降。材料中N元素的加入在540-1040℃延迟了中间相的产生，但并不能阻止它的产生。
AL-6XN在空气或氧化性气体中退火会产生富Cr的氧化物。和其它高钼合金一样，对于可能使Mo大量流失的加工工序（如长时间的退火）要避免，如果无法避免将使材料表面很容易产生点蚀。
一旦富Cr的氧化物形成，则材料表面也会产生贫Cr现象。所以在退火后，贫Cr表面必需以机械方法去处，然后在硝酸和氢氟酸的混合液中酸洗。但是AL-6XN很强的耐蚀性能使它很难酸洗，必需有高的酸浓度，加上高温，长时间浸泡等方法才可以达到酸洗的效果。
文｜PLEASURE
图｜来自网络
THE END
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