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鎳基合金的焊接知識-無錫求和不銹鋼

信息來源:求和不銹鋼 時間:2020-05-25 16:07:09 瀏覽次數:-

1. 概述

鎳及鎳基合金是隨著航空、宇航、核能和石油化工工業的興起而迅速發起來的。現已成為上述工業生產領域不可缺少的重要材料。鎳基合金具有獨特的物理、力學和耐腐蝕性能,同時具有良好的高溫、低溫特性,更有優越的加工性能。


鐵鎳基合金含有質量分數為30%以上的鎳,而FeNi的質量分數對于50%,其組織和性能與鎳基合金相似,一般也使用鎳基合金作為填充材料。故將這兩類合金一并討論


2. 常見母材分類、牌號及性能

2.1 分類


鎳可以與一些耐蝕性優良的元素形成固溶體,而且固溶度較大。因此,可根據實際需要,加入不同的合金元素,得到具有不同耐腐蝕性能的一系列鎳基合金。


  • 按成分分類 ,分為Ni-CrNi-Cr-MoNi-Mo合金等等。
  • 按用途分類 ,分為耐腐蝕鎳基合金和耐熱鎳基合金,其中耐腐蝕鎳基合金又可分為耐氧化性介質鎳基合金及耐還原性介質鎳基合金,等等。

  • 美國高鎳合金主圖

2.2 常用鎳基合金的牌號及性能


中、美、俄羅斯各國都有自己的編號方法,可以查閱有關手冊。其中美國鎳基合金的種類較多,較全面。本文試圖選擇有代表性的材料進行介紹。

  • 純鎳

200合金201合金都是工業純的鍛造Ni,力學性能良好,尤其塑、韌性優良。兩種合金的區別在于,201合金具有極低的含碳量,因此不易出現高溫脆性。

200合金201合金主要用于鹵族氣體、非氧化性鹽類、有機酸等設備和部件。


  • Ni-Cu合金
Ni-Cu合金也稱蒙乃爾合金(即美國Monel型合金)。是最著名的鎳基合金。包括400和500兩個系列,最常用的是Monel400,其成分范圍為:Ni〉63%,Cu=28~34%。
Ni-Cu合金在氫氟酸和氟氣中具有優異的耐蝕性,在所有的強堿中也是高度耐蝕的;在非氧化性的無機酸和大多數有機酸中有相當的耐蝕能力;在工業大氣、流動的海水、氯化物溶液、玻璃腐蝕介質中也有良好的耐蝕性。

Ni-Cu合金具有良好的冷、熱加工性能。Monel400的熱加工溫度為650~1180℃,其退火溫度為760~930℃。


  • Ni-Cr、Ni-Cr-Fe合金
這兩類合金中由于含有較高的Cr(一般在15%以上),在高溫下具有較高的強度和抗氧化能力。有一部分還同時加入Al、Ti、Nb等合金元素,可以時效強化。這兩類合金對工業大氣、海水有良好的耐蝕性,對氧化性酸如硝酸、鉻酸含氧化性鹽的酸性溶液都耐蝕,還耐強堿溶液的腐蝕。但在氯化物溶液中易發生點腐蝕和縫隙腐蝕。

Ni-Cr-Fe合金的典型牌號有Inconel 600NS 312合金,耐高溫氧化性介質腐蝕。Inconel690(NS315)是在Inconel 600的基礎上降C、增Cr而發展起來的。它耐氯化物及高溫高壓水的腐蝕。耐氧化性介質及HNO3-HF混酸腐蝕。X-750屬于時效強化型Ni-Cr-Fe合金,可抗氧化性介質腐蝕,又耐沖蝕。


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  • Ni-Mo 

    見哈氏合金。


  • Ni-Cr-Mo 

因為含有較高的Cr和Mo,既耐還原性介質腐蝕又耐氧化性介質腐蝕。典型牌號有國產NS336,對應的國外牌號是Inconel 625。耐氯離子氧化-還原復合腐蝕,耐海水腐蝕,且熱強度高。


  • 鐵鎳基耐高溫耐蝕合金
鐵鎳基耐高溫耐蝕合金是介于高Ni奧氏體不銹鋼和鎳基耐蝕合金的中間牌號。以鐵為基,主要元素為Ni和Cr,其中Ni含量高于一般奧氏體不銹鋼,同時含有Al、Ti、Nb等沉淀強化元素。

這類合金的國內牌號有NS111、NS112,國外牌號為Incoloy800,Incoloy800H,Incoloy800HT。具有良好的耐高溫氣體(H2+H2S)腐蝕性能,特別是具有較高的高溫蠕變強度。


2.3 Hastelloy (哈氏)合金系列


美國哈氏合金是世界領先的高合金開發及生產商。它的主要產品是鎳基耐腐蝕合金,共有三大系列,即B系列、C系列和G系列。
  • C系列哈氏合金
對照下表,可以看出C系列合金既含合金元素Cr、又含有Mo元素,因此C系列合金無論是在氧化性的環境中還是在還原性的環境中都有優異的表現。同時,C系列合金對于鹵素離子(氯、溴等)引起的局部腐蝕和應力腐蝕有極好的抵抗能力。

C系列中,最經典的產品有C-276,使用量最廣。

C-22合金是C-276的升級產品,C-22在絕大多數環境中,其耐腐蝕性能都優于C-276,國外偏向于用C-22替代C-276。

Hastelloy C-2000 是C系列中最優的合金,高的合金元素成分(23 Cr 16 Mo)使其無論是在氧化還是在還原環境中都有無與倫比的抵抗能力。


  • B系列哈氏合金

代表性的產品是HastelloyB-3合金。HastelloyB-3合金是鎳鉬合金家族中的一個新成員,對于任何溫度和濃度的鹽酸都有極好的耐腐蝕性。同時它對于硫酸、醋酸、食品級磷酸及其它不具有氧化性的介質也具有良好的抗腐蝕性。但無法使用在含有氧化(Fe3+、Cu2+)介質的環境當中。    
  • G系列哈氏合金

由于高的Cr含量,使其對于磷酸以及許多的強氧化性混合酸介質環境,如硝酸+鹽酸、硝酸+氫氟酸、硫酸等,比其它多數鎳基合金和鐵基合金更具卓越的抗腐蝕性。

如G-30合金在強氧化性的環境中表現非常出色。一定的Mo含量對于氯離子引起的局部腐蝕和應力腐蝕有極好的抵抗能力。G-35含有更多的合金元素,因此,在抗腐蝕和熱穩定性方面都比G-30合金更優越。 



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