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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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要点
  • 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 1Grade 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 1Grade 2
冷轧薄板、带材ASTM B443全部827 / 414 / 30690 / 276 / 30
热轧薄板、热轧板ASTM B443厚度 ≤70 mm758 / 379 / 30690 / 276 / 30
冷轧板ASTM B443厚度 ≤9.5 mm758 / 379 / 30690 / 276 / 30
无缝管ASTM B444全部827 / 414 / 30690 / 276 / 30
焊接管(tube)ASTM B704全部827 / 414 / 30690 / 276 / 30
焊接管(pipe)ASTM B705全部825 / 415 / 30690 / 275 / 30
棒材ASTM B446≤102 mm827 / 414 / 30690 / 276 / 30
棒材ASTM B446102–254 mm758 / 345 / 25690 / 276 / 30
锻件ASTM B564截面 ≤102 mm827 / 414 / 30690 / 276 / 30
锻件ASTM B564截面 102–254 mm758 / 345 / 25690 / 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。

GradeUNS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
1R50250工业纯钛0.180.2024013824TA1
2R50400工业纯钛0.250.3034527520TA2
3R50550工业纯钛0.350.3045038018TA3
4R50700工业纯钛0.400.5055048315TA4
5R56400Ti-6Al-4V0.200.4089582810TC4
23R56407Ti-6Al-4V ELI0.130.2582875910TC4-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

把牌号、形态、尺寸和使用温度发给我们,报价单上会写明执行标准与交货状态。

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。