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。
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许用应力见ASME锅炉和压力容器标准的第Ⅷ部分。
合金 | UNS牌号 | Ni | Cr | Mo | Fe | W | Cu | 其它 |
200 | N02200 | 99.6 |
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400 | N04400 | 66.5 |
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| 1.0 |
| 31.5 | 1.0Mn |
600 | N06600 | 75.0 | 15.5 |
| 8.0 |
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625 | N06625 | 62.0 | 21.5 | 9.0 | 2.5 |
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| 3.8(Nb+Ta) |
690 | N06690 | 61.0 | 29.0 |
| 9.0 |
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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 |
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C22 | N06022 | 56.0 | 22.0 | 13.0 | 3.0 | 3.0 |
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C-2000 | N10200 | 59.0 | 23.0 | 16.0 | 1.5 |
| 1.6 |
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686 | N06686 | 60.0 | 21.0 | 16.0 | 5.0﹡ | 3.7 |
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59 | N06059 | 60.0 | 23.0 | 15.8 | 1.5﹡ |
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B-2 | N10665 | 69.0 | 1.0﹡ | 28.0 | 2.0﹡ |
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B-3 | N10675 | 68.5 | 1.5 | 28.5 | 1.5 | 3.0﹡ |
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|
B-4 | N10629 | 66.0 | 1.0 | 28.0 | 3.5 |
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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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