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|关于镍合金的几点知识详解

    冶金和制造技术的不断进步推动了镍合金的发展,使得它们在化学工业中的应用范围日渐扩大。镍合金具有优良的耐蚀性、强度、韧性、冶金稳定性、可加工性及可焊接性的总合性能。许多镍合金又具有卓越的耐热性能,而成为要求耐化学腐蚀和高温强度用途的理想选择。这里介绍的可锻轧镍基合金(定义为含镍45%以上的合金)包括了在化学工厂常用的可锻轧耐蚀合金这些合金的化学成分和UNS牌号见表1。

表1 耐蚀镍合金的名义化学成分,%

 

合金
UNS牌号
Ni
Cr
Mo
Fe
W
Cu
其它
200
N02200
99.6
 
 
 
 
 
 
400
N04400
66.5
 
 
1.0
 
31.5
1.0Mn
600
N06600
75.0
15.5
 
8.0
 
 
 
625
N06625
62.0
21.5
9.0
2.5
 
 
3.8(Nb+Ta)
690
N06690
61.0
29.0
 
9.0
 
 
 
825
N08825
42.0
21.5
3.0
29.5
 
2.3
1.0Ti
G-3
N06985
44.0
22.0
7.0
19.5
1.5﹡
2.0﹡
2.1Nb
G-30
N06030
43.0
29.8
5.0
15.0
2.8
1.7
1.0(Nb+Ta)
C-276
N10276
57.0
15.5
16.0
5.5
3.8
 
 
C22
N06022
56.0
22.0
13.0
3.0
3.0
 
 
C-2000
N10200
59.0
23.0
16.0
1.5
 
1.6
 
686
N06686
60.0
21.0
16.0
5.0﹡
3.7
 
 
59
N06059
60.0
23.0
15.8
1.5﹡
 
 
 
B-2
N10665
69.0
1.0﹡
28.0
2.0﹡
 
 
 
B-3
N10675
68.5
1.5
28.5
1.5
3.0﹡
 
 
B-4
N10629
66.0
1.0
28.0
3.5
 
 
 

 


﹡ 为最大值
1.合金的性能
    镍合金比不锈钢更贵。但是,使用初始成本而不是根据使用寿命周期进行比较的话,会出现错误的想法。例如,Ni-Cr-Mo合金成本大致是18Cr-8Ni不锈钢的5倍,是超级奥氏体不锈钢成本的大约2倍。
    由于镍合金优越的耐蚀性能,初始成本的增加常常能够通过延长设备寿命,减少维修费用和极少的停机带来的长期费用的节省而获得补偿。
镍合金的物理性能与300系列奥氏体不锈钢的物理性能十分相似。作为一类,镍基合金的热膨胀系数与碳钢的热膨胀系数大致相等,但是,显著低于300系列不锈钢的热膨胀系数。
    虽然纯镍的导热性能超过了碳素钢,但是,大多数的导热性相当低,在某些情况下,甚至低于奥氏体不锈钢。
    除纯镍以外,用于化学加工过程的镍合金大大优于300系列不锈钢。镍合金还有非常好的塑性和韧性(室温力学性能列于表2)。用于化学工厂设备的大多数合金的最大许用应力见ASME锅炉和压力容器标准的第Ⅷ部分。
表2 镍合金室温力学性能的最小值

 

合金
极限抗拉强度,ksi
屈服强度,0.2% ksi
延伸率,%
200
55
15
40
400
70
28
35
600
80
35
30
625
110
55
30
690
85
35
30
825
85
35
30
G-3
90
35
45
G-30
85
35
30
C-276
100
41
40
C-22
100
45
45
C-2000
100
41
45
622
100
45
45
59
100
45
45
B-2
110
51
40
B-3
110
51
40
B-4
110
51
40

 

    镍合金具有全奥氏体显微组织。化学工业使用的几乎所有的镍合金都是固溶强化状态。添加有效硬化元素,如Mo和W,而不是碳化物形成元素,可以提高它们的强度。与奥氏体不锈钢一样,固溶的镍合金不能通过热处理强化,而只能通过冷加工使其强化。
    另外一大类镍基合金通过沉淀硬化热处理可以使其强化。这类合金大多数是专供超高强度用途的合金,如在深层油气生产中和超高压工艺过程使用的合金。除了阀门和旋转机械设备中部分零件外,沉淀硬化镍合金在化学工厂中的使用有限。这类合金中还包含有在燃气涡轮、燃烧室以及宇航应用中使用的耐热超级合金。
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