Alloy 625 的 Grade 1 和 Grade 2:不是质量等级,是热处理状态
Grade 2 的室温强度下限比 Grade 1 低三分之一;订单不写 Grade,七本 ASTM 标准一律按 Grade 1 交货。附各形态保证值对照表,以及钛合金、马氏体时效钢里 Grade 的另外两种含义。
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- Grade 1 是退火态,Grade 2 是固溶态。两个都是合格的交货状态,不分高低。
- Grade 2 的室温强度下限更低:屈服 276 MPa,Grade 1 是 414 MPa。它换来的是 593 °C 以上的抗蠕变能力。
- 订单上不写 Grade,板、无缝管、棒、锻件、焊接管两本、管件,七本 ASTM 标准都按 Grade 1 交货。
- 钛合金里的 Grade 是另一回事:一个 Grade 就是一个牌号。
很多材料标准里,Grade 后面的数字越大,强度越高或者品质越好。Alloy 625(UNS N06625)不是这样。按「2 比 1 高一级」下单,拿到的是屈服强度低三分之一的料。
Grade 分的是最后一道热处理
ASTM 把 625 分成两个 Grade,区别只在出厂前最后一道热处理的温度。
| Grade 1 | Grade 2 | |
|---|---|---|
| 交货状态 | 退火 | 固溶退火 |
| 热处理温度 | 不低于 871 °C(1600 °F) | 不低于 1093 °C(2000 °F) |
| 标准写明的用途 | 使用温度 593 °C(1100 °F)及以下 | 593 °C 以上,且要求抗蠕变、抗持久断裂 |
| 抗拉强度下限 | 827 MPa(120 ksi) | 690 MPa(100 ksi) |
| 屈服强度下限 | 414 MPa(60 ksi) | 276 MPa(40 ksi) |
| 延伸率下限 | 30% | 30% |
表中的强度是无缝管(ASTM B444)的数值,其他形态见下一节。
固溶温度更高,晶粒长得更粗。粗晶粒在室温下强度低一些,但高温下长期受力时不容易蠕变。所以两个 Grade 是为两类工况准备的:
- 常温到 593 °C 的耐蚀结构,例如海水、化工、油气井下:选 Grade 1,强度高。
- 593 °C 以上长期受力的部件,例如炉内件、排气系统:选 Grade 2。
Grade 2 在固溶之后还可以再加一道不低于 982 °C(1800 °F)的稳定化退火,用来提高抗敏化能力。这一道做与不做,标准都允许,需要的话在订单上写明。
各形态的保证值不一样
同样写着 Grade 1,薄板、厚板、大直径棒材的强度下限并不相同。下表按各产品标准逐本核对,每格三个数依次是抗拉强度 MPa、屈服强度 MPa、延伸率 %,都是下限。
| 形态 | 标准 | 尺寸范围 | Grade 1 | Grade 2 |
|---|---|---|---|---|
| 冷轧薄板、带材 | ASTM B443 | 全部 | 827 / 414 / 30 | 690 / 276 / 30 |
| 热轧薄板、热轧板 | ASTM B443 | 厚度 ≤70 mm | 758 / 379 / 30 | 690 / 276 / 30 |
| 冷轧板 | ASTM B443 | 厚度 ≤9.5 mm | 758 / 379 / 30 | 690 / 276 / 30 |
| 无缝管 | ASTM B444 | 全部 | 827 / 414 / 30 | 690 / 276 / 30 |
| 焊接管(tube) | ASTM B704 | 全部 | 827 / 414 / 30 | 690 / 276 / 30 |
| 焊接管(pipe) | ASTM B705 | 全部 | 825 / 415 / 30 | 690 / 275 / 30 |
| 棒材 | ASTM B446 | ≤102 mm | 827 / 414 / 30 | 690 / 276 / 30 |
| 棒材 | ASTM B446 | 102–254 mm | 758 / 345 / 25 | 690 / 276 / 30 |
| 锻件 | ASTM B564 | 截面 ≤102 mm | 827 / 414 / 30 | 690 / 276 / 30 |
| 锻件 | ASTM B564 | 截面 102–254 mm | 758 / 345 / 25 | 690 / 276 / 30 |
三点值得注意:
- Grade 1 里有低一档的。 热轧板、大直径棒材和大截面锻件的抗拉下限是 758 MPa,不是 827。
- Grade 2 各形态基本一致,都是 690 / 276。B705 写的是 275,那是换算取整的差别,下文会讲。
- 棒材另有 Grade 3。 固溶后再冷加工,直径不超过 63 mm,下限是 930 / 690 / 25。只有棒材标准 B446 里有这一档,板、管、锻件都没有。
航空用的 AMS 标准另有一套要求,完整的形态对照在 N06625 牌号页。
订单不写 Grade,发的是 Grade 1
七本标准的采购条款里都有同一句话:没有指明 Grade 时,按 Grade 1 供货。
| 标准 | 形态 | 条款 |
|---|---|---|
| ASTM B443-26 | 板、薄板、带 | 5.1.3.1 |
| ASTM B444-23 | 无缝管 | 4.1.3.1 |
| ASTM B446-26 | 棒材 | 4.1.6.1 |
| ASTM B564-25 | 锻件 | 3.1.2.1 |
| ASTM B704-23 | 焊接管(tube) | 4.1.6 |
| ASTM B705-24 | 焊接管(pipe) | 5.1.5 |
| ASTM B366/B366M-25 | 管件 | 4.1.5 |
所以,高温工况需要 Grade 2,订单却只写了「N06625,ASTM B444」,供方发 Grade 1 完全合规。反过来,常温耐蚀工况写成 Grade 2,拿到的是强度下限更低的料,按 Grade 1 取的设计值就不成立了。
五个容易漏看的地方
公制数值不是标准值。 板、管、棒、锻件和两本焊接管标准都写明:英制单位是标准值,括号里的公制是换算,仅供参考。同样是 120 ksi,B704 换算成 827 MPa,B705 换算成 825 MPa。用公制报告验收、实测值又刚好落在这附近时,以英制值为准。
管件的 Grade 由管件自己的热处理决定。 按 ASTM B366,做 Grade 1 管件和做 Grade 2 管件,原料都可以是任一 Grade。区别在试验:Grade 1 管件必须按炉批做拉伸试验;Grade 2 管件只有在原料质保书写明是 Grade 2、并且管件最终热处理温度符合固溶要求时,才可以免做拉伸。原料质保书上写的 Grade,不等于管件的 Grade。
水压试验的许用应力不同。 B444 无缝管做水压试验,Grade 1 按 207 MPa(30 000 psi)计算试验压力,Grade 2 按 172 MPa(25 000 psi)。
有几种料没有力学保证。 管材标准里的「热成形用管」(hot forming quality)和棒材标准里的「锻造用棒」(forging quality),只按化学成分和表面质量交货,不做拉伸试验。很薄的板带也有豁免:厚度小于 0.508 mm 不考核屈服强度,小于 0.254 mm 不考核延伸率。
再加热会改变状态。 标准特别注明:热加工或重新退火可能显著改变性能,取决于加工历史与温度。买回 Grade 2 的料自己做热成形,成形后的状态需要重新确认。
钛合金里的 Grade 是另一回事
钛的 ASTM 标准也用 Grade,但那里一个 Grade 就是一个牌号,有自己的 UNS 号和成分。下面是钛板标准 ASTM B265 里最常用的几个,强度单位 MPa。
| Grade | UNS | 类型 | 氧上限 % | 铁上限 % | 抗拉下限 | 屈服下限 | 延伸率 % | 本站对应牌号 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | R50250 | 工业纯钛 | 0.18 | 0.20 | 240 | 138 | 24 | TA1 |
| 2 | R50400 | 工业纯钛 | 0.25 | 0.30 | 345 | 275 | 20 | TA2 |
| 3 | R50550 | 工业纯钛 | 0.35 | 0.30 | 450 | 380 | 18 | TA3 |
| 4 | R50700 | 工业纯钛 | 0.40 | 0.50 | 550 | 483 | 15 | TA4 |
| 5 | R56400 | Ti-6Al-4V | 0.20 | 0.40 | 895 | 828 | 10 | TC4 |
| 23 | R56407 | Ti-6Al-4V ELI | 0.13 | 0.25 | 828 | 759 | 10 | TC4-ELI |
- 纯钛 Grade 1 到 4,数字越大强度越高,原因是允许的氧和铁更多。代价是延伸率从 24% 降到 15%,成形更难。数字大也不是「等级更高」。
- Grade 23 的强度反而比 Grade 5 低。 它是 Ti-6Al-4V 的低间隙元素版本,氧上限从 0.20% 收到 0.13%,用在对韧性要求更高的场合。
- 带 H 的 Grade(2H、7H 等)成分不变,只是把抗拉下限提高到 400 MPa(58 ksi),主要给压力容器用。
还有第三种含义:强度级别
18Ni 马氏体时效钢的 Grade 又不一样。按 MIL-S-46850D,Grade 200、250、300、350 指的是名义抗拉强度,单位 ksi。18Ni250、18Ni300、18Ni350 牌号名里的数字就是它。同一份规范里还有 Type I 到 IV,指的是熔炼方式。采购时两个都要写。
| 材料 | Grade 指的是 | 数字大意味着 |
|---|---|---|
| Alloy 625 | 交货热处理状态 | Grade 2 室温强度更低,高温抗蠕变更好 |
| 钛及钛合金 | 不同的牌号 | 没有统一规律:纯钛 1–4 强度递增,23 比 5 低 |
| 18Ni 马氏体时效钢 | 名义抗拉强度 | 强度更高 |
同一个词,三种意思。看到 Grade,先看是哪本标准。
文中涉及的牌号
本文核对的标准版本:ASTM B443-26、ASTM B444-23、ASTM B446-26、ASTM B564-25、ASTM B704-23、ASTM B705-24、ASTM B366/B366M-25、ASTM B265-25、MIL-S-46850D。采购以合同写明的版本为准。