純鎳是一種重要的應用于工業的原材料，它除具有良好 的強度、塑韌性外，在鹵族元素及其氫化物活潑性氣體、苛 性介質、不含氧和氧化劑的還原性酸介質中還具有良好的耐 蝕性，因此純鎳作為耐蝕金屬材料得到廣泛應用。此外，由 于提高耐蝕性的Cr、Mo、W、Cu、Si等元素在鎳中的溶解度 遠大于在鐵中的溶解度，因此可以通過合金化手段，發展一 系列上述元素含量較高的鎳基和鐵鎳基耐蝕合金，用以解決 不銹鋼不能勝任的特殊腐蝕環境所引起的腐蝕問題。?

1 定義和分類?

鎳基耐蝕金：以鎳為基體(Ni含量(質量分數)≥ 50%)并含有其他合金元素且以耐蝕性為主要使用性能的一 系列合金，稱作鎳基耐蝕合金。 根據合金系列的不同，可將鎳基耐蝕合金區分成Ni-Cu、 Ni-Cr-Fe、Ni-Mo,Ni-Cr-Mo、Ni-Cr-Mo-W、Ni-Cr-Mo-Cu等類型。 鐵鎳基耐蝕合金：以鐵代替鎳基耐蝕合金中部分鎳，其鎳 含量介于不銹鋼與鎳基耐蝕合金之間，以耐腐蝕性能為主要特 征的一系列合金，則稱為鐵鎳基耐蝕合金，一般規定，合金中 的Ni含量在30%~50%之間，w(Ni+Fe)≥50%. 按合金的化學成分特點亦可將鐵鎳基耐蝕合金區分成 Ni-Fe-Cr.Ni-Fe-Cr-Mo、Ni-Fe-Cr-Mo-Cu等類型。?

2 主要合金元素的作用

?純鎳對可改善其耐蝕性的元素，例如Cr、Mo、Cu、W 等具有較高的溶解度，可容納更多數量的有效元素(單獨加 入或復合加入)，因此可形成多種二元和多元合金，合金元素的作用不盡相同，這里僅定性地描述合金元素的作用，其 對性能的定量影響，將在后續公號文章中予以詳細介紹。?

2.1 鉻?

鉻是使鎳成為不銹并在氧化性介質中具有良好耐蝕性的 唯一合金元素。鉻可強烈地改善鎳在強氧化性介質中(例如 HNO,、H2CrO,和熱濃H,PO4、濕法磷酸等)的耐蝕性，其 耐蝕性隨鉻含量的提高而增加；鉻賦予鎳以高溫抗氧化性 能；鉻提高鎳在高溫含硫氣體中的耐蝕性。此外，在Ni-Mo 二元合金中，鉻可抑制有害的NiMo相的析出。在鎳基和鐵 鎳基耐蝕合金中，盡管有的合金中的鉻含量(質量分數)已 高達50%,但在通常合金中的鉻含量為15%~35%. 2.2 鉬 鉬主要改善鎳在還原性酸性介質中的耐蝕性，在鹽酸、 磷酸、氫氟酸，濃度≤60% H2SO,中，鉬是使鎳基合金具有 良好的耐蝕性不可缺少的重要合金元素。在點蝕和縫隙腐蝕 環境中，鉬強烈提高鎳基合金的耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能。 工業二元Ni-Mo耐蝕合金中的鉬含量(質量分數)高達 28%;在Ni-Cr-Mo系耐蝕合金中，鉬含量已達16%.此外， 鉬是一個固溶強化元素，對提高合金的強度和高溫使用的超 級合金亦是一重要的合金化元素。 2.3 鎢 鎢的行為類似于鉬，主要改善鎳基耐蝕合金耐點蝕和耐 縫隙腐蝕等局部腐蝕性能。然而因為鎢的原子重量較高，為 達到相同的耐蝕性，鎢的加入量應為鉬的兩倍，顯著地增加了合金的成本，致使降低了鎢的可利用性。然而在含鉬為13%~16%(質量分數)的Ni-Cr-Mo合金中，加入3%~4%(質量分數)的W,使合金具有優異的耐局部腐蝕性能。2.4 銅銅能顯著改善鎳在非氧化性酸中的耐蝕性，特別是銅含量為30%~40%的蒙乃爾合金，在不通氣的H2SO,中具有適用的耐蝕性，在不通氣的全濃度的HF酸中，具有優異的耐蝕性。在 Ni-Cr-Mo-Fe系統的鐵鎳基耐蝕合金中，加入2%~3%(質量分數)的Cu,使之在HCI、H2SO,和H,PO,中的耐蝕性得以明顯改善。Cu亦改善 Ni-Cr-Mo合金在HF酸中的耐蝕性。2.5 鐵在鎳基合金中，加入鐵的主要目的是減少成本。然而，鐵改善了鎳基耐蝕合金在濃度＞50%的H2SO,中的耐蝕性；在Ni-Mo合金中，鐵抑制有害相Ni,Mo的析出，減少了在Ni-Mo合金加工制作中的裂紋敏感性。此外，鐵可增加碳在鎳中的溶解度，因此可改善合金對晶間腐蝕的敏感性和提高其抗滲碳性能。2.6 硅在變形鎳基耐蝕合金中，因硅具有穩定碳化物和有害金屬間相的功能，必須嚴格控制，例如 Ni-Cr-Mo-W合金(Has-telloy C-276),硅含量(質量分數)必須控制在0.08%以下。作為合金元素，其主要功能是提高合金在熱濃硫酸中的耐蝕性，硅含量可高達9%~11%,以鑄件形式應用于不同工業部門。2.7 鈮、鉭為減少鎳基和鐵鎳基耐蝕合金的晶間腐蝕敏感性，加入Nb和Ta以防止有害的碳化物析出，在AOD引入鎳基合金生產后，可將碳降到更低水平，似乎已沒有必要再加入Nb和Ta,它們的另一重要作用是減少在焊接時的熱裂紋傾向。2.8 鈦鈦是強烈碳化物形成元素，在鎳基和鐵鎳基耐蝕合金中碳的溶解度較在鐵基合金中低，即使在較低碳含量的情況下，也難于避免有害碳化物的析出，加入T可竊取合金中的碳，減少或抑制有害的M3C.和M.C的析出，減少合金的晶間腐蝕敏感性。鈦亦可作為時效強化元素，通過時效處理提高合金的強度。2.9 鋁在耐蝕合金中，鋁作為脫氧劑殘留于合金中或為了使耐蝕合金具有時效強化反應達到提高強度目的而有意加入。鋁的另一作用是在高溫可形成致密黏附性好的氧化膜，提高了合金耐氧化、耐滲碳和抗氯化的性能。2.10 氮在鐵鎳基耐蝕合金中，氮可明顯改善合金的耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能，甚至可達到相當于高鎳耐蝕合金的水平。

3 鎳基和鐵鎳基耐蝕合金的發展正如上述，各種合金元素對鎳的耐蝕性的改善具有不同的作用，單一加入和復合加入形成了各具性能特點的一系列耐蝕合金，隨著工作環境的不同，為適應不同工業應用的需求又派生出一系列改進型牌號。鎳基耐蝕合金的發展演變歷程見圖8.1-1.最早應用和生產的鎳基和鐵鎳合金見表8.1-1.相應牌號的主要合金成分見表8.1-2.

我國于20世紀50年代開始研究和大量生產 70Ni-28Cu 合金(MCu28-2.5-1.8),1961年開始研究和生產含質量分數 為2%Mo的Ni-16Cr耐蝕合金(00Cr16Ni76Mo2Ti),隨后研制 了 Ni-Mo、Ni-16Cr-16Mo-4W、Ni-35Cr和鐵鎳基等一系列耐蝕 合金，1975年制訂并頒布了我國第1個鎳基和鐵鎳基耐蝕合 金標準(YB687-75),在此基礎上，于1994年制訂了我國 的耐蝕合金牌號標準(GB/T 15007-1994)和相應的冶金產 品標準，即耐蝕合金棒(GB/T 15008-1994)、耐蝕合金熱軋 板(GB/T 15009-1994)、耐蝕合金冷軋板(GB/T 15010- 1994)、耐蝕合金冷軋(撥)無縫管(GB/T 15011-1994)、 耐蝕合金冷軋帶(GB/T 15012-1994).同時，1993年修訂并 于1994實施兩個耐蝕合金黑色冶金行業標準，即耐蝕合金 焊絲(YB/T 5263-1993)和耐蝕合金鍛件(YB/T 5264- 1993).至此，我國已形成較為系統的耐蝕合金標準，為產 品生產和使用提供技術支持。 在耐蝕合金牌號標準中共列入23個牌號，其中鐵鎳基 耐蝕合金8個、Ni-Cr合金5個、Ni-Mo合金2個、Ni-Cr-Mo 合金7個，Ni-Cr-Mo-Cu合金1個。 4 耐蝕合金中的碳化物 耐蝕合金工業產品中，碳是必然存在的，由于碳在富鎳 合金中的溶解度很低，極易形成碳化物，所形成的碳化物類 型與合金成分和所經受的熱歷史條件相關。 耐蝕合金中的碳化物可區分成一次碳化物和二次碳化物 兩種與形成條件相關的類型。 次碳化物在凝固過程中形成于技狀晶間區域的一種碳 化物。這類碳化物包括MC型(M為Nb、Ti和Ta)和M.C 型(M通常是W和Mo).一次碳化物在隨后加工過程中不 易溶解，將以治軋制方向串狀排列形式存在。少量的一次碳 化物存在于商業合金中是允許的，如果全部去除將是不經濟 的。大量的一次碳化物存在于合金中，對隨后的加工制作和 合金的性能將引起嚴重的不良后果，應設法避免。 二次碳化物是在加工過程中(焊接、熱處理)和服役期 間暴露于易析出碳化物的溫度下所形成的。此類碳化物通常 是晶間形的，在極個別條件下，在晶內沿滑移線和孿晶界出 現。二次碳化物的類型和數量受固溶體中碳濃度、合金的穩 定性、冷加工條件、晶粒尺寸所控制。二次碳化物的析出將 影響合金的力學性能和耐蝕性能，尤以影響合金耐蝕性最為 顯著。其主要原因是這些碳化物富集了對耐蝕性有效的合金元素，造成局部區域有效合金元素的貧化。4.1 Ni,C在含碳的純鎳中，可形成Ni,C.它是一種亞穩相，在一定條件下可分解成石墨致使鎳石墨化，使晶界弱化并呈現脆性。降低碳含量和添加銅可減輕石墨化傾向和石墨化程度。4.2 MC在含Ti和Nb的耐蝕合金中，MC型碳化物是NbC、TiC、TaC,在含有Mo和W的合金中，M常常含有一些Mo和W.氮可取代MC中的部分碳而形成Nb(CN)和Ti(CN).在耐蝕合金中的MC是面心立方結構，每個晶脆含8個原子，即4個金屬原子和4個碳原子。MC是十分穩定的碳化物，它的形成可減少合金中的碳含量，可減少有害富鉻碳化物的析出，從而提高了合金的耐晶間腐蝕能力。4.3 Cr,CCr,C,是一種富鉻碳化物，屬六角(菱形)晶型，點陣常數a=1.401 nm,c=0.453 nm,每個晶胞含80個原子，Cr56,C24.在低鉻不含鉬、鎢元素的 Ni-Cr-Fe耐蝕合金中，Cr,C,是居統治地位的碳化物，CrC.型碳化物也可能出現，但很少。在OCr15Ni75Fe(Inconel 600)合金中，由于Cr,C的析出，使其晶界附近產生貧鉻區，隨著在敏化溫度時間的延長，貧化程度加劇，但足夠長的敏化時間(100h),由于鉻的擴散使貧化區中的鉻將得以補充，貧Cr區基本消失(圖

8.1-2).0Crl5Ni75Fe合金在700℃敏化5h,晶界的鉻含

量(質量分數)由15%降至5%,敏化10h,晶界的鉻含量(質量分數)已降至3%.貧鉻區的形成是導致合金晶間腐蝕的基本原因。4.4 M,C.在鎳基耐蝕合金中，當w(Cr)/w(Mo+0.4W)超過3.5時，將形成M2C..在Ni-Cr-Fe合金中M,C.是CrC.,在含有W、Mo的復雜合金中，碳化物中的鉻可被Mo、W所置換而形成(Cr,Fe,W),C.和(Cr,Fe,Mo)2C.和(Cr,Mo.W)2C,在鎳基耐蝕合金中常常是Cr2i(Mo、W)2C..M,C.中的鉻含量隨敏化經度的提高和時間的加長而增大。M,C.具有復雜的面心立方結構，點陣常數a=1.053~1.066 nm,每個晶胞中含116個原子，其中金屬原子92個，碳原子24個。MC.的析出溫度為400~950℃,含Mo、W的復雜合金的M2C.的析出溫度高于簡單的 Ni-Cr和 Ni-Fe-Cr合金。富鉻M23C.型碳化物沿晶界析出，以不連續的球狀質點、連續膜或單胞沉淀物的形式存在，富鉻M3C.碳化物中鉻的富集量高于Cr,C,,因此所引起的貧Cr區的Cr貧化程度更為嚴重，圖8.1-3和圖8.1-4指出了貧Cr對合金的耐蝕性所產生的危害。

4.5 M,C M.C是一種η型碳化物，具有面心立方結構，其點陣常 數類似于M3C6,每個晶胞中有96個金屬原子，但碳原子不 確定，不是一個嚴格遵守化學定量法的相。MC中至少含有 兩種金屬原子，故亦可記作A,B,C或ABC.M,C主要存在 于高Mo含W合金中，合金中的氮、鉬、鈮促進M.C的生成， 它是高Mo鎳鉻鉬合金中居統治地位的碳化物。MC中的主要 金屬元素是Mo和W,Fe、Cr、Ni等一些置換型元素也常常存 于M.C型碳化物中。其典型化學式為M,C、(Ni,Co),Mo,C、 (Mo. Ni.Cr,W).C等。M.C是高溫沉淀相，900~950℃是其 最快沉淀溫度，在1h內沉淀出來，主要分布于晶內并與一 種或幾種金屬間相同時生成。M,C的溶解溫度高于M3C6.溫 度高于1050℃,MC將溶解于奧氏體基體中。 M.C碳化物富集Mo和W而不是富集Cr,因此可造成其附 近區域Mo和W的貧化，致使增加晶間腐蝕敏感性。 OCr21Ni58Mo9Ni35AITi(Inconel625)合金的析出行為見圖8.1-5. 4.6 Mo,C和Mo,C 此類碳化物存在于Ni-Mo合金中，能否形成取決于碳和 Mo含

量，這種富Mo碳化物將引起Mo的貧化，有害于合金 的耐蝕性。

35 耐蝕合金中的金屬間相金屬問相是指合金中兩種或兩種以上的金屬元素構成的金屬間化合物，也簡稱中間相。通常，凡以元素周期表中B過渡族元素(Mn、Fe、Ni和Co)為基體，并含有A副族元素(Ti、V、Cr等)的合金系都能形成一系列金屬間相。電子／原子(ela)、原子半徑、可壓縮度以及電子空位數N、是影響金屬間相析出的主要因素。這些相中，有些相其B、A兩族元素原子數的比值保持恒定，而某些相該比值可在相當大的范圍內變動。例如，σ相的B.A元素的構成可從B,A變到BA,而Laves相只能是固定的B2A.在富鎳耐蝕合金中主要的金屬間相為o相、Laves相、μ相，有序Ni,Mo等。5.1 σ相。相是拓樸窯排相，具有復雜的體心正方結晶構造，每個晶胞含30個原子。a相在高Cr合金和Fe-Cr合全中易于形成，在一般的Cr-Ni奧氏體不銹鋼中通常不存在，在單純的低鉻 Ni-Cr合金中也不易出現，在含中等濃度鋁和鐵的鎳基合金中可以形成o相。Si、Mo、W強烈促進合金中。相的形成．鈦和鈮也促進。相的形成。。相的形成溫度區間為650~1000℃,隨合金中合金元素含量的提高其形成溫度向高溫方向移動。在高鎳合金中，g相趨于由MC.處生核。o相的名義成分是FeCr,但實際上由于Mo、Ni等原子參與反應，該相的成分應為(FeNi),(CrMo),.當合金中e/a為5.6~7.6時，o相易于形成。對于耐蝕鎳基奧氏體合金，可采用Woodyall等人提出的計算平均電子空位數N、的方法予以判斷。相的形成傾向，即電子空位濃度理論。N、是各元素的電子空位數與其原子百分數含量的乘積之和，即N=Za(No),式中，N、為平均電子空位數；a,為特定元素的摩爾分數；(Nv),為特定元素的電子空位數；i為在基體中的元素數。當N、值大于2.52時，合金就將出現。相沉淀。此值計算時，各元素的原子百分數含量僅是合金基體中的元素濃度，由于其他相的析出引起基體中元素濃度的變化無法計算，加之未計入間隙元素碳、氮和少量鈦、硅的影響，因此常常引起偏差。盡管如此，利用N、值仍可大體判斷。相的析出傾向和它的穩定程度，N、值越高，越容易析出。相。1984年以來，Morinaga等通過對過渡金屬基合金固溶限問題的理論處理，提出了Ma新參數作為過渡金屬基合金相穩定性的量度，在實際應用中，理論計算結果與實際情況吻合性較好。M.參數的涵義是合金化過渡金屬d軌道的平均能級，M.亦稱電子參數。它起源于過渡金屬的d層軌道，與原子半徑和負電性密切相關，M.隨負電性增加而減少，隨原子半徑的增加而呈線性增加。對于合金固溶體，其M.平均值可按下式計算：Ms=Σx,(Ma).式中，X,為合金中第i元素的摩爾分數；(Ma),為第i元素的M.值。當M.超過某一數值后，合金呈現相不穩定，終端固溶體將發生第二相析出，包括o相、μ相、r相和Laves相。對于鐵基合金HK-40(鉻含量為18%~20%,鎳含量為24%~36%)的研究表明，在800℃時效1000~3000h,出現。相的M.臨界值為0.900,與實際情況相吻合。隨著合金M.值增加，o相析出的愈迅速，其數量也顯著增加。o相硬而脆，o相的析出，即使數量很少也將使合金韌性降低(見圖8.1-6和圖8.1-7),合金變脆。。相的另一危害是惡化合金的耐蝕性在強氧化的高溫濃硝酸中尤其嚴重。沿晶界沉淀的。相將引起合金的晶間腐蝕。為了消除或減輕。相析出所帶來的不利影響，可通過高溫固溶處理消除已產生的a相或避免在o相析出溫度經受熱過程。當不可避免。相析出又不能采用固溶處理手段予以消除時，只能通過調整合金成分，提高合金相的穩定性來減少或防止。相的形成。

5.2 Laves相(η相)該相是B2A型固定原子構成的金屬間化合物，在合金中Lavas相是鐵與鉬、鎢、鈮或鉭構成的金屬間化合物。La-ves相具有復雜的六方晶體結構，每個晶胞由12個原子組成。其形成溫度基本上與碳化物和。相重合。它主要在晶內沉淀，并與o相和碳化物伴隨而出現，Laves相形成速度較慢、數量也較少，往往是次要相和后生相。Laves相的形成與否，與B,A兩類金屬原子的尺寸相對大小密切相關，只有兩者原子半徑比值小于1.225才能形成。與。相一樣，La-ves相的析出將導致合金的耐蝕性下降和塑韌性降低。不過，由于此相伴隨。相和碳化物而出現，因此其影響往往被碳化物和。相的作用所掩蓋。5.3 μ相μ相是一種拓樸密排相，三角形的μ相具有菱形／六方晶體結構，點陣常數ao=0.476 nm,co=2.566 nm.化學式為(Fe,Ni,Co),(W,Mo,Cr)2.在適宜的受熱條件下，在 Ni-Cr-Mo-W耐蝕合金中出現。在固溶態Ni-Cr-Mo-W(Has-telloy C)合金的N、值超過2.4時，在650~1090℃時效將會產生μ相沉淀，最敏感的析出溫度為870℃,析出速度相當快，幾分鐘即可形成，主要受合金成分控制，Si和Fe加速μ相的析出。由于μ相富W和富 Mo,將引起Mo、W的貧化，使合金耐蝕性下降。為避免有害的μ相析出，最理想的方法是通過合金元素的調整，降低Nv值來提高合金的熱穩定性。一旦出現μ相，可采用高溫固溶處理使μ相溶解于基體中，減少和消除μ相所帶來的不利影響。5.4 γ'相γ相具有面心立方結構，其點陣常數與奧氏體基體接近，因此r相開始形成時總是與奧氏體基體基本保持固定位向的共格關系。它的化學式為 Ni,Al、Ni,Ti、Ni,Nb、Ni,(Al,Tī)等，Cr、Mo、W趨向于取代部分Ni.具有相當低的格子錯配度的γ相非常細小亦彌散分布于合金基體中，對提高合金的強度非常有效。在采用Al、Ti、Nb合金化的沉淀硬化的耐蝕合金中，在恰當的時效溫度進行熱處理，將會獲得這種相。

5.5 Ni,MoNiMo是一種具有體心正方結晶構造的有序相，在Ni28Mo合金中，在870℃通過包晶反應生成。Ni,Mo是一種硬而脆的相，它的存在使合金塑韌性遭到嚴重損失而引起脆性。少量Fe和Cr的加入可減少或抑制該相的生成。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的重定义 不同的基类型_镍及铁镍基耐蚀合金高温合金哈氏合金镍基合金之第一篇概述...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。