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百科解析：镍基合金圆钢 / 钢管 X5NiCrAlTi31-2

百科解析：镍基合金圆钢 / 钢管 X5NiCrAlTi31-2 (Incoloy 800H)

1. 材料概述与命名

X5NiCrAlTi31-2 是德国标准（DIN/EN）对该合金的命名。

其更广为人知和常用的国际通用牌号是 Incoloy 800H (美国牌号，由 Special Metals 公司注册)。采购中常以 Incoloy 800H 进行询价和沟通。

它是一种以铁-镍-铬为基体的奥氏体型耐热合金，通过精确的化学成分控制（特别是碳、铝、钛）和优化的热处理工艺，获得了优异的高温强度、抗氧化性和抗渗碳性。

形式：该合金可生产为圆钢 (用于后续机加工锻件、法兰、阀门部件等) 和无缝钢管 (用于高温高压管道系统)。

2. 核心化学成分 (关键采购确认点)

该合金的成分设计是其性能的基础，采购时需明确供应商提供的材料符合以下关键元素范围（通常依据 ASTM B 409 / ASME SB-409 等标准）：

镍 (Ni)：含量约为 30.0 - 35.0%。提供奥氏体基体的稳定性、基本的耐蚀性和高温强度。

铬 (Cr)：含量约为 19.0 - 23.0%。形成致密、附着性好的氧化铬 (Cr₂O₃) 保护膜，是抵抗高温氧化、硫化腐蚀的关键元素。

铁 (Fe)：余量。构成合金基体的主要元素之一。

碳 (C)：含量严格控制在 0.05 - 0.10%。这是 “H” 型 (High Temperature) 的关键标志。较高的碳含量在高温服役过程中会形成细小的碳化物，显著提升合金的抗蠕变（长期高温应力下的缓慢变形）强度和持久强度。采购时务必确认是 “800H” 而非低碳的 800 或 800HT。

铝 (Al)：含量约为 0.15 - 0.60%。与钛共同作用，在时效过程中形成微小的 Ni₃(Al, Ti) 强化相 (γ'相)，提供沉淀强化效果，进一步增强高温强度。同时有助于抗氧化性。

钛 (Ti)：含量约为 0.15 - 0.60%。与铝协同作用，形成 γ' 强化相，是高温强度的核心贡献者之一。钛含量通常控制为 Al + Ti 的总量不低于 0.85%。

锰 (Mn)： ≤ 1.5% (脱氧剂，改善热加工性)。

硅 (Si)： ≤ 1.0% (脱氧剂)。

铜 (Cu)： ≤ 0.75%。

硫 (S)： ≤ 0.015% (有害杂质，越低越好)。

磷 (P)： ≤ 0.030% (有害杂质，越低越好)。

采购注意：必须要求供应商提供符合标准（如 ASTM B 409）的材质报告 (Mill Test Certificate - MTC)，并仔细核对关键元素 Ni, Cr, C, Al, Ti 的含量是否在指定范围内，特别是碳(C)含量是否满足 0.05-0.10% 的要求，这是确保材料具备高温强度特性的核心。

3. 核心性能特点 (采购决策依据)

优异的高温强度：

在 550°C 至 900°C 范围内，具有卓越的抗蠕变性能和持久强度。这是其作为高温结构材料（如炉管、管道）最重要的特性，源于较高的碳含量和 Al/Ti 的强化作用。

远优于普通奥氏体不锈钢（如 304H, 316H）。

出色的高温抗氧化性和抗渗碳性：

高铬含量形成的 Cr₂O₃ 膜在高温空气环境中非常稳定，抗氧化性能优异，可长期用于最高约 1100°C 的循环氧化环境。

在渗碳性（碳氢化合物热解）环境和含硫气氛中也表现出良好的抵抗力，适用于石化裂解炉、转化炉等。

良好的抗水溶液腐蚀能力：

在多数水介质（包括淡水、蒸汽、冷凝水）和许多化学环境中，耐蚀性优于普通不锈钢，接近更昂贵的镍基合金如 600 合金。

良好的加工制造性能：

具有典型的奥氏体组织，热加工性（锻造、轧制、挤压）良好，但高温变形抗力较高，需合理控制温度和变形量。

冷加工性尚可，但加工硬化速率较高，可能需要中间退火。

焊接性能良好，可采用常规的熔焊方法（如TIG, MIG, SMAW），通常推荐使用匹配焊材（如 ENiCrFe-3 / ERNiCr-3）。焊后一般不需要热处理，但需注意防止焊接热裂纹（如凝固裂纹、液化裂纹）的倾向。

物理性能：

典型的奥氏体合金特性：无磁性、较低的导热系数、较高的热膨胀系数（设计管线时需考虑热膨胀补偿）。

4. 主要应用领域 (采购需求来源)

石油化工：乙烯裂解炉管及管件（核心应用）、转化炉管、辐射管、高温管道系统、高温热交换器管。

化学加工：涉及高温、腐蚀性气体或盐类的反应器、管道、热交换器。

热处理工业：马弗炉、辐射管、料筐、夹具、高温风扇。

核电：蒸汽发生器传热管（特定设计）、辅助系统管道。

能源与环保：废热回收系统、燃煤/燃气发电厂的高温部件。

采购关联：采购员需明确应用场景的温度、压力、介质（氧化性、渗碳性、含硫等）要求，以确认 X5NiCrAlTi31-2 (Incoloy 800H) 的适用性。

5. 生产流程关键点 (影响质量的采购关注点)

熔炼：通常采用真空感应熔炼 (VIM) 或电弧炉熔炼 (EAF) + 炉外精炼 (如 AOD/VOD)，精确控制成分，特别是 C、Al、Ti 含量，并有效降低有害杂质 S、P 和气体含量（O, N, H）。

铸造：浇铸成电极（用于重熔）或钢锭。

热加工：

圆钢：钢锭经锻造或热轧成所需直径的圆钢棒材。关键控制热加工温度（通常在 900°C - 1200°C 范围）和变形量，避免过热或加工不足导致的组织缺陷。

无缝钢管：主要采用热挤压或热穿孔+轧制 (如 Assel 轧管机、Pilger 轧管机) 工艺成型。高温热变形工艺对管材的均匀性和性能至关重要。

固溶处理：无论是圆钢还是钢管，最终都必须进行固溶热处理。典型工艺是将材料加热到 1100°C - 1170°C 的高温，保温足够时间（确保碳化物充分溶解），然后快速冷却（通常是水淬）。此步骤旨在获得均匀的过饱和奥氏体单相组织，溶解初始析出的碳化物，为材料提供最佳的耐蚀性、韧性和后续高温服役时碳化物析出强化的能力。采购时必须确认供应商是否严格执行了符合标准的固溶处理工艺，这是保证材料初始状态性能的关键。

精整与检验：包括矫直、无损检测（超声波探伤UT用于内部缺陷，涡流探伤ET或水压试验用于钢管）、尺寸公差检查、表面处理（如酸洗钝化去除氧化皮）等。

6. 采购注意事项 (核心要点)

明确牌号与标准：清晰指定采购材料为 X5NiCrAlTi31-2 或 Incoloy 800H，并要求符合特定标准（如 ASTM B 409 / ASME SB-409 (板材、带材、棒材)、ASTM B 407 / ASME SB-407 (无缝管及管件) 或 DIN/EN 标准）。

确认“H”型：务必强调并验证碳(C)含量在 0.05% - 0.10% 范围内。这是区分于普通 Incoloy 800 并确保高温强度的核心。要求材质报告明确体现。

热处理状态：必须要求材料为固溶退火 (Solution Annealed) 状态供货，并确认固溶处理的温度范围符合标准要求（通常是 ≥1100°C）。

规格与公差：明确圆钢直径/长度或钢管的尺寸（外径、壁厚）、长度要求及允许的公差范围（如 ASTM A 480/A 480M 对板材棒材，ASTM A 999/A 999M 对钢管）。

表面质量：规定表面要求（如酸洗、抛光、车光等）和无损检测等级（如 UT 检测级别）。

供应商资质：选择信誉良好、具备完善生产设备和质量控制体系、并能提供完整可追溯材质报告（通常要求 EN 10204 3.1 型或 3.2 型证书）的合格供应商。供应商是否通过相关行业认证（如压力容器材料 PED/ASME 材料制造商认证）也很重要。

质保文件：要求提供包含熔炼炉号、化学成分分析、力学性能测试（室温拉伸、高温拉伸/蠕变数据视要求）、热处理记录、无损检测报告等的材质证书 (MTC)。

替代与兼容性：了解类似合金（如 Incoloy 800, 800HT, 825, 617）的特性差异，在特定应用或供应紧张时评估替代可能性（需经严格技术评估和批准）。

总结

X5NiCrAlTi31-2 (Incoloy 800H) 是一种在高温、氧化/渗碳环境中表现卓越的铁镍铬基奥氏体耐热合金。其核心价值在于通过较高的碳含量(C: 0.05-0.10%)和铝钛强化，在550-900°C区间提供优异的抗蠕变和持久强度。采购员需牢牢把握确认牌号(Incoloy 800H)、验证碳含量范围、确保固溶热处理状态、索要完整质保文件这几个关键环节，并选择有资质的合格供应商，才能确保采购到的圆钢或钢管满足苛刻高温应用（如乙烯裂解炉管）的长期安全运行要求。

‌上海商虎有色金属有限公司

一、镍基合金（综合性能最优，占比80%）‌

‌主流变形合金‌

‌GH4169（Inconel 718）‌：航空涡轮盘、叶片核心材料，抗疲劳性优异，使用温度≤650℃。

‌GH3030/GH3128（Inconel 601）‌：燃烧室火焰筒，抗氧化性突出。

‌GH3625（Inconel 625）‌：耐氯离子腐蚀，用于海洋工程/化工反应器。

‌Hastelloy X‌：燃气轮机燃烧室，抗热疲劳性强。

‌铸造与单晶合金‌

‌K403/K418‌：铸造涡轮叶片，高温组织稳定性好。

‌DD6（对标Rene N5）‌：国产单晶叶片合金，承温能力提升100-150℃。

‌二、钴基合金（抗极端腐蚀与高温）‌

‌GH188（Haynes 188）‌：导向叶片专用，抗硫腐蚀性极强。