镍和镍合金相关知识介绍

1、镍和镍合金相关知识介绍近年来，镍基耐蚀合金在压力容器制造中应用的越来越多，由于该合金具有独特的高温力学性能和耐蚀性能，因此在化学、石油、合金、航空航天、海洋开发和原子能等许多领域得到了广泛应用，可解决一般不锈钢和其他金属、非金属材料无法解决的工程腐蚀问题。为了便利对镍和镍合金应用，现将有关材料方面资料做了整理供参考。一、镍和镍合金的分类.按化学成分分类我国习惯上将镍和钴含量之和大于或等于99%，且其中钴含量小于等于1.5%的镍材称为工业纯镍，将镍含量大于或等于50%的含量称为镍基合金，镍含量为30%50%且镍含量与铁含量大于等于60%的合金称为铁镍基合金，它与不锈钢的区别是：不锈钢中铁含量应大

2、于或等于50%，镍含量小于30%。在ASME中，将镍及镍合金统称为高镍合金，包括纯镍、镍基合金和铁镍基合金（包括含镍量高的钴合金、铬合金），这其中铁镍基合金的定义与我国有差别，主要差别在铁银基合金与铬镍不锈钢的划分，如常用的瑞典的2RK65、我国相应牌号03Cr20Ni25Mo5Cu、（9041）美国将其归为镍基合金，N08904而我国划为不锈钢。.按使用性能分我国镍合金，有耐蚀合金，其牌号用NS*表示（GB/T15007）,有高温合金，牌号成分按GB/T14992,牌号表示GH*。我国压力容器用镍合金只考虑耐蚀合金的牌号，耐蚀合金没有考虑纯镍和镍铜合金，而压力容器用镍和镍合金包括了纯镍和镍铜

3、合金。.按合金元素的强化作用分镍基合金有固溶强化型和析出强化型（或沉淀硬化型）两类。各国压力容器标准中基本都采用了固溶强化型的镍合金，很少采用析出强化型镍合金。我国压力容器采用的板材和管材均采用的是固溶强化型镍基材料。.按镍及镍合金的主要合金体系分我国常分为：工业纯镍，镍铜合金，镍铬合金，镍钼合金，镍铬钼合金，镍铬钼铜合金。美国按UNS牌号分类则分为：工业纯镍，镍铜合金，镍铬合金，镍铁铬合金，镍钼合金，镍钴合金等。二、镍和镍合金的牌号标识由于镍及镍合金是高度国际化的商品，因而各国除采用本国的牌号外，还常用美国ASTM中的UNS牌号及商品牌号和其代号。我国大部分铁基材料靠进口，进口也是常用美国的

4、标准牌号，此外，近年来ISO标准的材料牌号越来越多被采用。因此除应了解中国的镍及镍合金的牌号外还应熟悉了解ASTM、ISO等的牌号表示。1.中国的牌号标示（1）工业纯银及镍铜合金为有色金属，其压力加工材料的牌号表示是按GB/T340的规定，工业纯银用N加顺序号表示，如N5,N6,N7,镍铜合金用NCu表示，除基体成分镍外的成分用数字表示，如NCu30,NCu28-2.5-1.5等。（2）除银铜合金外的镍合金的压力加工材料按GB/T15007规定用NSXXX表示，第一位数是铁镍类型NS1XX铁镍基合金，固溶强化型NS2XX铁镍基合金，时效强化型（少用）NS3XX镍基合金，固溶强化型NS4XXNS

5、4XX镍基合金，时效强化型（少用）第二位数是合金体系NSX1X镍铬系NSX2X镍钼系NSX3X镍铬钼系NSX4X镍铬钼铜系第三位数表示不同合金牌号的顺序耐蚀合金除以上表示方式外按GB/T17616钢铁及合金牌号统一数字代号体系规定可同时采用统一数字代号。耐蚀合金加工材料牌号的对照表1一般牌号NS111NS112NS142NS143NS312NS315统一数字牌号H0110H0112H01110H0143H0312H0315一般牌号NS321NS332NS334NS335NS336NS322统一数字牌号H0321H03320H03340H03350H03360H032201.美国材料标示美国制定

6、的“金属与合金统一数字编号系统”即UNS,对镍及镍合金的UNS为N后加五位阿拉伯数字即NXXXXX,前两位主要是成分分组，后三位采用了通用的商业牌号的特征数字或顺序号，表2。国际标准中对压力加工型镍及镍合金的牌号用NW加四位阿拉伯数字构成，如NW6600.四位数字基本上与美国UNS的数字相同。表2UNS表示成分类型强化类型典型牌号UNSNo.商品牌号流行代号N01XXX（保留）N02XXX工业纯镍N02200Nickel200200N03XXX（保留）N04XXX镍铜合金固溶强化N04400Monel400400N05XXX镍铜合金析出强化N05502Monel502502N06XXX镍铬合金

7、固溶强化N06600Inconel600600N07XXX镍铬合金析出强化N07500Udimel500500N08XXX镍铁铬合金固溶强化N08800Incoloy800800N09XXX镍铁铬合金析出强化N09902Ni-span-c902C902N10XXX镍钼合金固溶强化N10276Hastelloyc-276C276N11XXX（保留）N12XXX镍钻合金固溶强化N12160N13XXX镍钻合金析出强化N13100In-100N26XXX镍铬铸造合金固溶强化N26022CXZMWN30XXX镍铬铸造合金固溶强化N30002N-12MV/B2.中美镍及镍基合金牌号对照为了便于了解世界上

8、常用的美国镍材牌号与我国常用于压力容器加工材的相应的牌号的情况，现将牌号的对照列于表3。表3商品牌号.代号美ASMEUNSNO.中国标准ISO标准焊接工艺评定类别Nickel200N02200N6,N7NW2200Ni-1Nickel201N02201N5NW2201Ni-1Monel400N04400NCu30NW4400Ni-2Inconel600N06600NS312NW6600Ni-3Inconel625N06625NS336NW6625Ni-3Hastelloyc-4N06455NS335NW6645Ni-3Inconel690N06690NS315NW6690Ni-3Incoloy

9、800N08800NS111NW8800Ni5Incoloy800HN08810NS112NW8810Ni5Incoloy825N08825NS142NW8825Ni5Canpenter20-cb3N08020NS143NW8020Ni5HastelloyBN10001NS321NW0001Ni4HastelloyC-276N10276NS334NW0276Ni4HastelloyB-2N10665NS322NW0665Ni4三、镍及镍合金的焊接材料1、中国的焊接材料我国GB/T13814-1992镍和镍合金焊条标准基本上等效采用了美国AWSA5.11其牌号与化学成分均基本相同。由于我国的焊接

10、标准近年来逐渐向ISO标准靠近以适应全球的经济发展。因此GB/T13814标准在2008年修订时根据ISO14172-2003重新起草，修订后的GB/T13814-2008镍和镍合金焊条标准其主要内容近似于ISO标准。焊条型号对照见表4.表4GB/T13814-2008焊条型号AWSA5.11：2005ISO14172-1992GB/T13814-1992工艺评定分类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焊丝型号AWSA5.14：2005GB/T15620-1995工艺评定分类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、美国焊接材料ASME-2004SFA5.11(AWSA5.11)镍及镍合金焊条为熔敷金属的镍含量超过任何其它元素的焊条。其中除包含了所有的纯镍和镍基合金焊条外而不包含铁含量超过镍含量的那部分铁镍基焊条，同理ASMESFA-5.14(AWSA5.4).镍及镍合金焊丝中所包含的焊丝为镍含量超过任何其它元素的焊丝。对于铁含量超过镍含量的铁镍基焊条、焊丝而列在了AWSA5.4和AWSA5.9不锈钢焊条和焊丝中。3、镍基合金焊接材料

15、的商业牌号由于美国的镍材公司对镍合金研究应用推广形成了著名的镍材和镍焊材品牌，对世界镍合金的应用普遍影响。现将常用的焊接材料商业品牌列于表6表6焊材形式商业牌号AWS标准号GB/T13814-2008GB/T15620-2008主要应用范围焊条镍141A5.11ENi-1ENi2061用于N6、N7焊接。镍与钢焊接。焊丝镍61A5.14ERNi-1SNi2061焊条蒙耐尔190A5.11ENiCu-7ENi4060用于NCu30焊接。用于NCu30与钢焊接。焊丝蒙耐尔60A5.14ERNiCu-7SNi4060焊条因康镍182A5.11ENiCrFe-3ENi6183用于NS312、NS111

16、的焊接。用于钢表面堆焊。焊丝因康镍82A5.14ERNiCr-3SNi6082焊条因康镍112A5.11ENiCrMo-3ENi6625用于NS336、NS142的焊接。用于钢表面堆焊。焊丝因康镍625A5.14ERNiCrMo-3SNi6625焊条哈氏合金C-276A5.11ENiCrMo-4ENi6276用于NS334及其他NiCrMo合金的焊接。用于钢表面堆焊。焊丝哈氏合金C-276A5.14ERNiCrMo-4SNi6276四、镍及镍合金材料特性简介1、力学性能(1)能固溶强化型的镍及镍合金在退火或固溶状态的基体绝大部分为奥氏体组织，面心立方晶格。在正常的合金含量范围内从室温到高温，基

17、体均为奥氏体组织，因而其力学性能与奥氏体不锈钢接近。常用的压力加工材料其延伸率下限值在30%45%(个别为25%)与奥氏体不锈钢相当，材料屈强比0.200.55也与奥氏体不锈钢相当，因而具有良好的冷成型性能。(2)镍及镍合金的塑韧性很高，冲击试样有时不断，因此一般都没有必要将室温冲击作为材料的验收技术要求。(3)镍合金比奥氏体不锈钢有更高的高温长时拉伸强度及高温蠕变强度，因此允许采用设计温度达900950。2、物理性能(1)镍与镍合金的相对密度与铜接近，比钢稍高在8.09.0。纯镍的熔点低于低碳钢，镍合金的熔点低于奥氏体不锈钢，在13001400范围。(2)纯镍的热膨胀系数比低碳钢稍高，镍合金

18、的膨胀系数比奥氏体不锈钢的低与低碳钢接近。因此镍合金与低碳钢焊接所产生的热应力，低于奥氏体不锈钢与低碳钢的焊接。(3)工业纯镍的热导率与铁素体钢接近，是奥氏体钢的5倍，镍含量热导率虽比奥氏体稍低，其传热效果还是比较差的。(4)镍与铁、镍与铜均可相互无限溶解形成固溶体，因而镍和镍合金的焊接材料可焊接钢材。镍和镍铜焊材可焊铜材。3、耐蚀性能(1)纯镍的标准电极电位仅比铜低与氢接近，因而镍具有较好的耐蚀性。纯镍在碱液中的耐蚀性高于不锈钢和镍合金。在镍中加入铬、钼、铜、钨等而成为镍合金比奥氏体不锈钢的耐蚀性要高。(2)镍铜合金可提高在还原介质中的耐蚀性，镍铜合金不存在晶间腐蚀问题，镍铜合金是耐氢氟酸腐蚀最常用材料。(3)镍铬合金，镍中加铬形成无限固溶体，而最常用的是含铬15%25%,镍铬合金，铬的加入提高了耐氧化性酸的腐蚀，抗硫化等耐蚀性。镍铬合金与不锈钢一样在一些介质中存在晶间腐蚀敏感性，其机理主要是贫铬理论。此外，由于镍含量高，因而其对含氯化物溶液和碱溶液的应力腐蚀敏感性都比不锈钢低。(4)镍钼合金，镍中加钼可大大提高在盐酸和稀硫酸中的耐蚀性。镍钼合金主要用于还原性强酸介质中。(5)镍铬钼合金，镍中加入Cr、Mo不仅在氧化介质中而且在还原介质中均有良好耐蚀性，特别是在含氯离子