Inconel 690 高铬镍基耐腐蚀合金
Inconel 690 简介
Inconel 690 是一种高铬镍基合金，专门针对强腐蚀水溶液与高温氧化环境而设计， 尤其适用于含硫气氛或强氧化介质工况。它因具备出色的抗应力腐蚀开裂（SCC）与抗氧化性能， 被广泛用于换热器、蒸汽发生器以及核反应堆管材等关键部件。
该合金以镍（≥58%）、铬（27–31%）和铁（7–11%）为主要成分，具有优异的冶金稳定性与高温强度。 因此，在核能、石油化工与过热器系统等行业中，Inconel 690 常被视为耐强氧化腐蚀的优先材料方案。
Inconel 690 的化学、物理与力学性能
Inconel 690（UNS N06690 / W.Nr. 2.4642）符合 ASTM B167 与 ASTM B564 等规范， 特别适用于高温下的腐蚀性与氧化性环境。
化学成分（ASTM B167）
元素 | 含量范围（wt.%） | 主要作用 |
|---|---|---|
镍（Ni） | ≥58.0 | 基体元素；提供抗氧化与耐腐蚀能力。 |
铬（Cr） | 27.0–31.0 | 关键元素；提升高温氧化介质下的耐腐蚀性。 |
铁（Fe） | 7.0–11.0 | 平衡强度与组织稳定性。 |
硅（Si） | ≤0.50 | 增强抗氧化能力。 |
锰（Mn） | ≤0.50 | 改善热加工性能。 |
碳（C） | ≤0.05 | 控制以提升焊接性与组织稳定性。 |
铜（Cu） | ≤0.50 | 控制较低以避免局部腐蚀风险。 |
硫（S） | ≤0.015 | 降低热裂敏感性。 |
物理性能
性能 | 典型值 | 测试标准/条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.19 g/cm³ | ASTM B311 |
熔化温度范围 | 1343–1377°C | ASTM E1268（DTA） |
导热系数 | 14.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
电阻率 | 1.01 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
线膨胀系数 | 13.3 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比热容 | 456 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269（DSC） |
弹性模量 | 205 GPa（20°C） | ASTM E111 |
力学性能（退火态 – ASTM B167）
性能 | 数值 | 测试标准 |
|---|---|---|
抗拉强度 | 580–730 MPa | ASTM E8/E8M |
屈服强度（0.2%） | 250–340 MPa | ASTM E8/E8M |
伸长率 | ≥30%（50 mm 标距） | ASTM E8/E8M |
硬度 | 160–200 HB | ASTM E10 |
Inconel 690 的关键特性
抗氧化性能：在最高约 1000°C 的氧化性气氛中表现优异，可形成致密牢固的 Cr₂O₃ 氧化膜，在热循环条件下有效降低氧化皮剥落与起皮风险。
抗应力腐蚀开裂（SCC）：对晶间腐蚀与氯化物诱发的 SCC 抵抗能力突出，适合核电蒸汽发生器管材与化工装置等场景。
水溶液耐腐蚀表现：在沸腾 10% 硝酸中腐蚀速率可低于 0.02 mm/year，并对碱液（如 50% NaOH）与高纯水具备良好耐受性。
热稳定性：长期热暴露条件下晶界稳定性较好，可降低碳化物析出与金属间化合物生成带来的性能波动风险。
Inconel 690 的 CNC 加工难点与对策
加工难点
刀具磨损/劣化
较高的镍、铬含量会促进加工硬化，同时可能伴随氧化夹杂的磨粒磨损，导致刀具寿命下降更明显。
热量集中
导热性中等但仍易在刀尖集中热量，导致微崩刃、表面质量下降与尺寸波动风险。
积屑瘤（BUE）倾向
材料韧性与应变速率敏感性会在低速下产生黏附与涂抹，影响公差与表面粗糙度。
优化加工策略
刀具选择
参数 | 建议 | 原因 |
|---|---|---|
刀具材料 | 细晶粒硬质合金 + AlTiN 或 CrN 涂层 | 更耐热冲击与磨粒磨损。 |
涂层 | PVD，厚度约 3–5 µm | 降低摩擦并提升刀具寿命。 |
几何 | 正前角 8°–12°，刃口微钝化（honed） | 降低切削压力并抑制 BUE。 |
切削参数（ISO 3685）
工序 | 线速度（m/min） | 进给（mm/rev） | 切深 DOC（mm） | 冷却液压力（bar） |
|---|---|---|---|---|
粗加工 | 20–30 | 0.15–0.25 | 2.0–3.0 | 80–120 |
精加工 | 35–50 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 100–150 |
Inconel 690 机加工件的表面处理/后处理
热等静压（HIP）
HIP 可在约 1100–1200°C、100–200 MPa 气压下消除微孔与内部疏松，提升核电级部件的蠕变强度与疲劳寿命。
热处理
Heat Treatment 用于机加工后组织稳定。典型固溶退火温度约 1065–1095°C 并快速冷却，可改善塑性并为 900°C 以上服役做准备。
高温合金焊接
Superalloy Welding 采用匹配焊材可使接头抗拉强度达到基材的 ≥95%，通过精确热输入控制降低热影响区性能劣化风险。
热障涂层（TBC）
TBC Coating 通常采用等离子喷涂形成约 100–300 µm 陶瓷层，可降低表面温度（最高可达约 200°C 的量级），用于延长透平与锅炉等工况寿命。
电火花加工（EDM）
EDM 可在热处理后的 Inconel 690 上实现约 ±0.01 mm 公差与低至 Ra 0.4 µm 级的表面质量，同时机械应力较小。
深孔加工
Deep Hole Drilling 支持最高约 50:1 的长径比（L/D）孔加工，适用于蒸汽发生器集箱、换热器歧管等结构。
材料检测与分析
Material Testing 可包含超声、X-ray 与金相分析等手段（如按 ASTM E112、E292 等要求）验证内部完整性与组织稳定性，确保关键件交付可靠。
Inconel 690 零部件的行业应用
核电
蒸汽发生器管材、挡板、换热器等。
在高纯水与辐照环境下具有良好稳定性与抗脆化能力。
化工
催化重整装置、酸洗设备、再沸器等。
可耐受强氧化剂、硝酸/盐酸以及多相混合介质。
垃圾焚烧与环保
烟囱内衬、热氧化器部件等。
抵抗 SOx、NOx 与含卤燃烧气氛侵蚀。
过热器与锅炉系统
炉内构件、上升管、高压集箱等。
在持续高温与压力循环下保持结构强度与组织稳定。
