鎳和鎳合金相關(guān)知識(shí)介紹

1、鎳和鎳合金相關(guān)知識(shí)介紹近年來(lái)，鎳基耐蝕合金在壓力容器制造中應(yīng)用的越來(lái)越多，由于該合金具有獨(dú)特的高溫力學(xué)性能和耐蝕性能，因此在化學(xué)、石油、合金、航空航天、海洋開(kāi)發(fā)和原子能等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，可解決一般不銹鋼和其他金屬、非金屬材料無(wú)法解決的工程腐蝕問(wèn)題。為了便利對(duì)鎳和鎳合金應(yīng)用，現(xiàn)將有關(guān)材料方面資料做了整理供參考。一、鎳和鎳合金的分類.按化學(xué)成分分類我國(guó)習(xí)慣上將鎳和鈷含量之和大于或等于99%，且其中鈷含量小于等于1.5%的鎳材稱為工業(yè)純鎳，將鎳含量大于或等于50%的含量稱為鎳基合金，鎳含量為30%50%且鎳含量與鐵含量大于等于60%的合金稱為鐵鎳基合金，它與不銹鋼的區(qū)別是：不銹鋼中鐵含量應(yīng)大

2、于或等于50%，鎳含量小于30%。在ASME中，將鎳及鎳合金統(tǒng)稱為高鎳合金，包括純鎳、鎳基合金和鐵鎳基合金（包括含鎳量高的鈷合金、鉻合金），這其中鐵鎳基合金的定義與我國(guó)有差別，主要差別在鐵銀基合金與鉻鎳不銹鋼的劃分，如常用的瑞典的2RK65、我國(guó)相應(yīng)牌號(hào)03Cr20Ni25Mo5Cu、（9041）美國(guó)將其歸為鎳基合金，N08904而我國(guó)劃為不銹鋼。.按使用性能分我國(guó)鎳合金，有耐蝕合金，其牌號(hào)用NS*表示（GB/T15007）,有高溫合金，牌號(hào)成分按GB/T14992,牌號(hào)表示GH*。我國(guó)壓力容器用鎳合金只考慮耐蝕合金的牌號(hào)，耐蝕合金沒(méi)有考慮純鎳和鎳銅合金，而壓力容器用鎳和鎳合金包括了純鎳和鎳銅

3、合金。.按合金元素的強(qiáng)化作用分鎳基合金有固溶強(qiáng)化型和析出強(qiáng)化型（或沉淀硬化型）兩類。各國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中基本都采用了固溶強(qiáng)化型的鎳合金，很少采用析出強(qiáng)化型鎳合金。我國(guó)壓力容器采用的板材和管材均采用的是固溶強(qiáng)化型鎳基材料。.按鎳及鎳合金的主要合金體系分我國(guó)常分為：工業(yè)純鎳，鎳銅合金，鎳鉻合金，鎳鉬合金，鎳鉻鉬合金，鎳鉻鉬銅合金。美國(guó)按UNS牌號(hào)分類則分為：工業(yè)純鎳，鎳銅合金，鎳鉻合金，鎳鐵鉻合金，鎳鉬合金，鎳鈷合金等。二、鎳和鎳合金的牌號(hào)標(biāo)識(shí)由于鎳及鎳合金是高度國(guó)際化的商品，因而各國(guó)除采用本國(guó)的牌號(hào)外，還常用美國(guó)ASTM中的UNS牌號(hào)及商品牌號(hào)和其代號(hào)。我國(guó)大部分鐵基材料靠進(jìn)口，進(jìn)口也是常用美國(guó)的

4、標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)，此外，近年來(lái)ISO標(biāo)準(zhǔn)的材料牌號(hào)越來(lái)越多被采用。因此除應(yīng)了解中國(guó)的鎳及鎳合金的牌號(hào)外還應(yīng)熟悉了解ASTM、ISO等的牌號(hào)表示。1.中國(guó)的牌號(hào)標(biāo)示（1）工業(yè)純銀及鎳銅合金為有色金屬，其壓力加工材料的牌號(hào)表示是按GB/T340的規(guī)定，工業(yè)純銀用N加順序號(hào)表示，如N5,N6,N7,鎳銅合金用NCu表示，除基體成分鎳外的成分用數(shù)字表示，如NCu30,NCu28-2.5-1.5等。（2）除銀銅合金外的鎳合金的壓力加工材料按GB/T15007規(guī)定用NSXXX表示，第一位數(shù)是鐵鎳類型NS1XX鐵鎳基合金，固溶強(qiáng)化型NS2XX鐵鎳基合金，時(shí)效強(qiáng)化型（少用）NS3XX鎳基合金，固溶強(qiáng)化型NS4XXNS

5、4XX鎳基合金，時(shí)效強(qiáng)化型（少用）第二位數(shù)是合金體系NSX1X鎳鉻系NSX2X鎳鉬系NSX3X鎳鉻鉬系NSX4X鎳鉻鉬銅系第三位數(shù)表示不同合金牌號(hào)的順序耐蝕合金除以上表示方式外按GB/T17616鋼鐵及合金牌號(hào)統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)體系規(guī)定可同時(shí)采用統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)。耐蝕合金加工材料牌號(hào)的對(duì)照表1一般牌號(hào)NS111NS112NS142NS143NS312NS315統(tǒng)一數(shù)字牌號(hào)H0110H0112H01110H0143H0312H0315一般牌號(hào)NS321NS332NS334NS335NS336NS322統(tǒng)一數(shù)字牌號(hào)H0321H03320H03340H03350H03360H032201.美國(guó)材料標(biāo)示美國(guó)制定

6、的“金屬與合金統(tǒng)一數(shù)字編號(hào)系統(tǒng)”即UNS,對(duì)鎳及鎳合金的UNS為N后加五位阿拉伯?dāng)?shù)字即NXXXXX,前兩位主要是成分分組，后三位采用了通用的商業(yè)牌號(hào)的特征數(shù)字或順序號(hào)，表2。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)壓力加工型鎳及鎳合金的牌號(hào)用NW加四位阿拉伯?dāng)?shù)字構(gòu)成，如NW6600.四位數(shù)字基本上與美國(guó)UNS的數(shù)字相同。表2UNS表示成分類型強(qiáng)化類型典型牌號(hào)UNSNo.商品牌號(hào)流行代號(hào)N01XXX（保留）N02XXX工業(yè)純鎳N02200Nickel200200N03XXX（保留）N04XXX鎳銅合金固溶強(qiáng)化N04400Monel400400N05XXX鎳銅合金析出強(qiáng)化N05502Monel502502N06XXX鎳鉻合金

7、固溶強(qiáng)化N06600Inconel600600N07XXX鎳鉻合金析出強(qiáng)化N07500Udimel500500N08XXX鎳鐵鉻合金固溶強(qiáng)化N08800Incoloy800800N09XXX鎳鐵鉻合金析出強(qiáng)化N09902Ni-span-c902C902N10XXX鎳鉬合金固溶強(qiáng)化N10276Hastelloyc-276C276N11XXX（保留）N12XXX鎳鉆合金固溶強(qiáng)化N12160N13XXX鎳鉆合金析出強(qiáng)化N13100In-100N26XXX鎳鉻鑄造合金固溶強(qiáng)化N26022CXZMWN30XXX鎳鉻鑄造合金固溶強(qiáng)化N30002N-12MV/B2.中美鎳及鎳基合金牌號(hào)對(duì)照為了便于了解世界上

8、常用的美國(guó)鎳材牌號(hào)與我國(guó)常用于壓力容器加工材的相應(yīng)的牌號(hào)的情況，現(xiàn)將牌號(hào)的對(duì)照列于表3。表3商品牌號(hào).代號(hào)美ASMEUNSNO.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝評(píng)定類別Nickel200N02200N6,N7NW2200Ni-1Nickel201N02201N5NW2201Ni-1Monel400N04400NCu30NW4400Ni-2Inconel600N06600NS312NW6600Ni-3Inconel625N06625NS336NW6625Ni-3Hastelloyc-4N06455NS335NW6645Ni-3Inconel690N06690NS315NW6690Ni-3Incoloy

9、800N08800NS111NW8800Ni5Incoloy800HN08810NS112NW8810Ni5Incoloy825N08825NS142NW8825Ni5Canpenter20-cb3N08020NS143NW8020Ni5HastelloyBN10001NS321NW0001Ni4HastelloyC-276N10276NS334NW0276Ni4HastelloyB-2N10665NS322NW0665Ni4三、鎳及鎳合金的焊接材料1、中國(guó)的焊接材料我國(guó)GB/T13814-1992鎳和鎳合金焊條標(biāo)準(zhǔn)基本上等效采用了美國(guó)AWSA5.11其牌號(hào)與化學(xué)成分均基本相同。由于我國(guó)的焊接

10、標(biāo)準(zhǔn)近年來(lái)逐漸向ISO標(biāo)準(zhǔn)靠近以適應(yīng)全球的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此GB/T13814標(biāo)準(zhǔn)在2008年修訂時(shí)根據(jù)ISO14172-2003重新起草，修訂后的GB/T13814-2008鎳和鎳合金焊條標(biāo)準(zhǔn)其主要內(nèi)容近似于ISO標(biāo)準(zhǔn)。焊條型號(hào)對(duì)照見(jiàn)表4.表4GB/T13814-2008焊條型號(hào)AWSA5.11：2005ISO14172-1992GB/T13814-1992工藝評(píng)定分類ENi2061ENi-1ENi2061ENi-1NiT-1ENi4060ENiCu-7ENi4060ENiCu-7NiT-2ENi6062ENiCrFe-1ENi6062ENiCrFe-1NiT-3ENi6133ENiCrFe-2

11、ENi6133ENiCrFe-2NiT-3ENi6093ENiCrFe-4ENi6093ENiCrFe-4NiT-3ENi6182ENiCrFe-3ENi6183ENiCrFe-3NiT-3ENi6002ENiCrMo-2ENi6002ENiCrMo-2NiT-3ENi6625ENiCrMo-3ENi6625ENiCrMo-3NiT-3ENi6276ENiCrMo-4ENi6276ENiCrMo-4NiT-3ENi6275ENiCrMo-5ENi6275ENiCrMo-5NiT-3ENi6620ENiCrMo-6ENi6620ENiCrMo-6NiT-3ENi6455ENiCrMo-7ENi6

12、455ENiCrMo-7NiT-3ENi1001ENiMo-1ENi1001ENiMo-1NiT-4ENi1004ENiMo-3ENi1004ENiMo-3NiT-4ENi1066ENiMo-7ENi1066ENiMo-7NiT-4ENi6985ENiCrMo-9ENi6985ENiCrMo-9NiT-5表5GB/T15620-2008焊絲型號(hào)AWSA5.14：2005GB/T15620-1995工藝評(píng)定分類SNi2061ERNi-1ERNi-1NiS-1SNi4060ERNiCu-7ERNiCu-7NiS-2SNi6082ERNiCr-3ERNiCr-3NiS-3SNi6062ERNiCrF

13、e-5ERNiCrFe-5NiS-3SNi7092ERNiCrFe-6ERNiCrFe-6NiS-3SNi6002ERNiCrMo-2ERNiCrMo-2NiS-3SN6625ERNiCrMo-3ERNiCrMo-3NiS-3SNi6276ERNiCrMo-4ERNiCrMo-4NiS-3SNi6455ERNiCrMo-7ERNiCrMo-7NiS-3SNi1001ERNiMo-1ERNiMo-1NiS-4SNi1003ERNiMo-2ERNiMo-2NiS-4SNi1004ERNiMo-3ERNiMo-3NiS-4SNi1066ERNiMo-7ERNiMo-7NiS-4SNi6975ERNi

14、CrMo-8ERNiCrMo-8NiS-5SNi6985ERNiCrMo-9ERNiCrMo-9NiS-5SNi8065ERNiFeCr-1ERNiFeCr-1NiS-52、美國(guó)焊接材料ASME-2004SFA5.11(AWSA5.11)鎳及鎳合金焊條為熔敷金屬的鎳含量超過(guò)任何其它元素的焊條。其中除包含了所有的純鎳和鎳基合金焊條外而不包含鐵含量超過(guò)鎳含量的那部分鐵鎳基焊條，同理ASMESFA-5.14(AWSA5.4).鎳及鎳合金焊絲中所包含的焊絲為鎳含量超過(guò)任何其它元素的焊絲。對(duì)于鐵含量超過(guò)鎳含量的鐵鎳基焊條、焊絲而列在了AWSA5.4和AWSA5.9不銹鋼焊條和焊絲中。3、鎳基合金焊接材料

15、的商業(yè)牌號(hào)由于美國(guó)的鎳材公司對(duì)鎳合金研究應(yīng)用推廣形成了著名的鎳材和鎳焊材品牌，對(duì)世界鎳合金的應(yīng)用普遍影響。現(xiàn)將常用的焊接材料商業(yè)品牌列于表6表6焊材形式商業(yè)牌號(hào)AWS標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB/T13814-2008GB/T15620-2008主要應(yīng)用范圍焊條鎳141A5.11ENi-1ENi2061用于N6、N7焊接。鎳與鋼焊接。焊絲鎳61A5.14ERNi-1SNi2061焊條蒙耐爾190A5.11ENiCu-7ENi4060用于NCu30焊接。用于NCu30與鋼焊接。焊絲蒙耐爾60A5.14ERNiCu-7SNi4060焊條因康鎳182A5.11ENiCrFe-3ENi6183用于NS312、NS111

16、的焊接。用于鋼表面堆焊。焊絲因康鎳82A5.14ERNiCr-3SNi6082焊條因康鎳112A5.11ENiCrMo-3ENi6625用于NS336、NS142的焊接。用于鋼表面堆焊。焊絲因康鎳625A5.14ERNiCrMo-3SNi6625焊條哈氏合金C-276A5.11ENiCrMo-4ENi6276用于NS334及其他NiCrMo合金的焊接。用于鋼表面堆焊。焊絲哈氏合金C-276A5.14ERNiCrMo-4SNi6276四、鎳及鎳合金材料特性簡(jiǎn)介1、力學(xué)性能(1)能固溶強(qiáng)化型的鎳及鎳合金在退火或固溶狀態(tài)的基體絕大部分為奧氏體組織，面心立方晶格。在正常的合金含量范圍內(nèi)從室溫到高溫，基

17、體均為奧氏體組織，因而其力學(xué)性能與奧氏體不銹鋼接近。常用的壓力加工材料其延伸率下限值在30%45%(個(gè)別為25%)與奧氏體不銹鋼相當(dāng)，材料屈強(qiáng)比0.200.55也與奧氏體不銹鋼相當(dāng)，因而具有良好的冷成型性能。(2)鎳及鎳合金的塑韌性很高，沖擊試樣有時(shí)不斷，因此一般都沒(méi)有必要將室溫沖擊作為材料的驗(yàn)收技術(shù)要求。(3)鎳合金比奧氏體不銹鋼有更高的高溫長(zhǎng)時(shí)拉伸強(qiáng)度及高溫蠕變強(qiáng)度，因此允許采用設(shè)計(jì)溫度達(dá)900950。2、物理性能(1)鎳與鎳合金的相對(duì)密度與銅接近，比鋼稍高在8.09.0。純鎳的熔點(diǎn)低于低碳鋼，鎳合金的熔點(diǎn)低于奧氏體不銹鋼，在13001400范圍。(2)純鎳的熱膨脹系數(shù)比低碳鋼稍高，鎳合金

18、的膨脹系數(shù)比奧氏體不銹鋼的低與低碳鋼接近。因此鎳合金與低碳鋼焊接所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，低于奧氏體不銹鋼與低碳鋼的焊接。(3)工業(yè)純鎳的熱導(dǎo)率與鐵素體鋼接近，是奧氏體鋼的5倍，鎳含量熱導(dǎo)率雖比奧氏體稍低，其傳熱效果還是比較差的。(4)鎳與鐵、鎳與銅均可相互無(wú)限溶解形成固溶體，因而鎳和鎳合金的焊接材料可焊接鋼材。鎳和鎳銅焊材可焊銅材。3、耐蝕性能(1)純鎳的標(biāo)準(zhǔn)電極電位僅比銅低與氫接近，因而鎳具有較好的耐蝕性。純鎳在堿液中的耐蝕性高于不銹鋼和鎳合金。在鎳中加入鉻、鉬、銅、鎢等而成為鎳合金比奧氏體不銹鋼的耐蝕性要高。(2)鎳銅合金可提高在還原介質(zhì)中的耐蝕性，鎳銅合金不存在晶間腐蝕問(wèn)題，鎳銅合金是耐氫氟酸腐蝕最常用材料。(3)鎳鉻合金，鎳中加鉻形成無(wú)限固溶體，而最常用的是含鉻15%25%,鎳鉻合金，鉻的加入提高了耐氧化性酸的腐蝕，抗硫化等耐蝕性。鎳鉻合金與不銹鋼一樣在一些介質(zhì)中存在晶間腐蝕敏感性，其機(jī)理主要是貧鉻理論。此外，由于鎳含量高，因而其對(duì)含氯化物溶液和堿溶液的應(yīng)力腐蝕敏感性都比不銹鋼低。(4)鎳鉬合金，鎳中加鉬可大大提高在鹽酸和稀硫酸中的耐蝕性。鎳鉬合金主要用于還原性強(qiáng)酸介質(zhì)中。(5)鎳鉻鉬合金，鎳中加入Cr、Mo不僅在氧化介質(zhì)中而且在還原介質(zhì)中均有良好耐蝕性，特別是在含氯離子