Hastelloy N UNS N10003 镍基耐熔盐合金板 材质单批次追溯

一、合金定位与成分组织

Hastelloy N（UNS N10003，ATI H-N，国产近似 NS321，GB/T 14992 未单列但归镍基耐蚀高温合金族）是镍-钼-铬系固溶强化型高温耐蚀合金，由美国 Haynes/Union Carbide 为 ORNL 熔盐堆计划专门开发，放弃在氧化性酸中的广谱耐蚀性，换取对熔融氟化物盐（LiF-BeF₂、FLiNaK 等）的抗力。 成分以镍 71% 为基体，钼 16% 提供还原性介质与氟盐腐蚀抗力及主要固溶强化，铬 7% 平衡高温抗氧化（铬过高会促氟盐中 CrF₂ 挥发损失，故压到 6–10%），铁≤5%、锰≤0.8%、硅≤1.0%、钨≤0.5%、钴≤0.2%（核级≤0.2% 降⁶⁰Co 活化）、铜≤0.35%，碳≤0.08%（核级控硼≤0.01% 抑¹⁰B(n,α)氦脆）、铝+钛≤0.5% 刻意抑制 γ′ 析出以防长期时效脆化。 密度 8.77 g/cm³，熔点 1300–1400℃，20–100℃ 线膨胀系数约 11.6×10⁻⁶/K，热导率约 11 W/(m·K)，室温弹性模量 218 GPa，无磁性。 显微组织为面心立方单相奥氏体 + 微量随机分布 M₆C/M₂₃C₆ 碳化物，650–760℃ 长时服役碳化物会聚集但无 γ′/σ 相主导脆化，属纯固溶合金，强化不靠时效、只靠 Mo 固溶与冷作。

二、力学性能与服役行为

1177℃ 固溶快冷（水/空冷）态室温典型值：抗拉强度 690–860 MPa（ASTM B434/B573 下限≥690 MPa，实物常 730–800 MPa），屈服强度（Rp0.2）310–380 MPa（标准下限≥276–310 MPa，典型 330–360 MPa），断后延伸率 30–45%（标准≥40%），断面收缩率约 40–55%，硬度 HB 180–220、HRB 85–95，夏比 V 冲击>80 J。 抗压强度非 ASTM 强制指标，按 FCC 奥氏体镍基合金拉伸/压缩近对称、压缩极限略高规律，固溶态室温抗压强度取约 760–900 MPa（压缩屈服约 350–450 MPa）。 冷加工硬化明显：冷拉/冷轧 20–40% 后 Rp0.2 可升至 650–800 MPa、A 降至 15–25%，再结晶退火即恢复。 高温性能：400℃ Rm≈580 MPa、Rp0.2≈220 MPa；650℃ Rm≈450–550 MPa、Rp0.2≈180–280 MPa；704℃ Rm≈380 MPa、Rp0.2≈160 MPa；760℃ Rm≈240 MPa、Rp0.2≈170 MPa；长期服役推荐≤704℃（熔盐堆主回路工作 600–700℃），空气环境可连续至 982℃。 蠕变抗力在 650–850℃ 优良，MSRE 堆运行验证 704℃ 以下无辐照外脆化倾向；中子辐照>1 dpa 开始氦脆、>2–3 dpa 不可用，故低通量结构件。 耐蚀核心：对熔融氟化物盐腐蚀速率<10 μm/a（700℃ FLiBe 中），耐 HCl、磷酸、有机酸等还原性介质，抗氧化至 900℃ 形成 Cr₂O₃+MoO₃ 混合膜；短板是不耐硝酸等强氧化性酸，且 550–800℃ 长停会析出晶界碳化物略降耐蚀，故禁止在该温区做应力消除。

三、加工工艺与典型应用

熔炼用 VIM+ESR 控硼硫磷，热加工 1177℃ 开锻、终锻≥954℃，热成型后须重新固溶；冷加工硬化率高、变形>15% 需中间退火（1177℃ 快冷）。 机加工接近奥氏体不锈钢但粘刀，宜用硬质合金大前角、水基冷却；焊接性优良，TIG/GTAW 、电子束焊用于关键件，焊丝配 ERNiCrMo-3 或 Haynes 242 系，层温≤100℃、背面 Ar 保护，焊态不需预热也不空淬，但为恢复耐蚀建议焊后 1177℃ 重新固溶快冷——严禁 550–800℃ 去应力退火。 典型应用高度集中：第四代核反应堆熔盐堆（MSR/FHR）堆容器、主循环管道、换热器管束、泵壳叶轮、阀门阀杆、燃料盐处理设备；氟化工 HF 烷基化、含氟聚合物反应器；太阳能热发电熔盐储热罐与吸热管；航天发动机含氟推进剂管路；盐浴炉坩埚与热处理夹具。 选材逻辑：只要介质含熔融氟盐/强还原性卤化物且温度 600–700℃，Hastelloy N 几乎是唯一成熟牌号；若介质偏氧化性酸则让位于 C-276，若纯高温强度需求则让位于 Inconel 617/625。[14]

Hastelloy N 以"Ni71-Mo16-Cr7+低 Al/Ti 低 B"的纯固溶路线，在放弃强氧化酸耐蚀的前提下拿到 700℃ FLiBe 中<10 μm/a 的熔盐抗力与室温 Rm 690–860 MPa、Rp0.2 310–380 MPa、A 30–45% 的强韧包线，室温抗压强度约 760–900 MPa、屈服强度 310–380 MPa、断后延伸率 30–45%，是 ORNL MSRE 验证过的熔盐堆基准结构材料；工程上须坚持 1177℃ 固溶快冷、焊后重固溶、避开 550–800℃ 长停与>1 dpa 中子通量，适合作为"600–700℃ 熔融氟盐接触结构件"而非通用耐蚀镍基或超高温承力件。

UNS N06600、Inconel600、Alloy600、UNS N06601、Inconel601、Alloy601、UNS N06625、Inconel625、Alloy625、Inconel690、Inconel718、InconelX-750

二、英科：

UNS NO8800、Incoloy800、Alloy800UNS NO8810、Incoloy800H、Alloy800H/800HT、UNS NO8825、Incoloy825、Alloy825

三、Carpenter20合金：

Alloy20cb-3、UNS NO8020

四、蒙乃尔：

Monel400NO4400Alloy400MonelK500NO5500

五、哈氏合金：

Hastelloy C-276、C-22、C-4、Hastelloy B、B-2、B-3、Hastelloy X、G、G2、G3、Hastelloy G30

六、固溶强化性铁镍基合金：

NS111、NS112、NS113、NS131、NS141、NS142、NS143

七、固溶强化型镍基合金：

NS311、NS312、NS313、NS314、NS315、NS321、NS322、NS331、NS332、NS333、NS334、

NS335、NS336、NS341

八、时效强化型镍基合金：

NS411

九、固溶强化型铁基合金：

GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140

十、时效硬化性铁基合金：

GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132/SUH660、GH2135、GH2136、GH2302

十一、固溶强化型镍基合金：

GH3030、GH3039、GH3044、GH3028

十二、时效硬化型镍基合金：

GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH4133、GH4133B、GH4169

十三、奥氏体不锈钢:

904L（UNS N08904）、Nitronic60(S21800）、nitronic50(XM-19)/S20910、304L、316Ti、316N、316LN、316Mod、317L、317LN、309S、310S、304N

十四、复合式不锈钢：

SAF2205（F51）、SAF2507（F53）、S32760、254SMo（F44、DIN1.4529）、329J1（0Cr26Ni5Mo2）、SAF2506、0Cr17Mn13Mo2N(A4钢)

十五、沉淀硬化不锈钢

17－4PH(SUS630、S17400、0Cr17NiCu4Nb)、17-7PH（SUS631、0Cr17Ni7Al)、15-7Mo（SUS632、0Cr15Ni7Mo2Al）、15-5PH VAR(S15500、0Cr15Ni5Cu3Nb)

十六、其它：

可伐合金4J29 Kovar，Invar合金4J36 Invar合金、4J34，4J46，4J32，4J42