镍基和含镍合金译文

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1、 目 录 镍基和含镍合金在制造业中的腐蚀控制 C.P.Dillon 改进的镍不锈钢和镍基合金 C.P.Dillon 化工、石油和加工业用双相不锈钢 Dennis W.Rahoi,C.M.Schillmoller 制浆、造纸厂用不锈钢和镍基合金 Dennis W.Rahoi,C.M.Schillmoller 含镍合金在水系统中的应用. R.W.Ross 炼油与石化厂高温问题解决. C.M.Schillmoller 耐腐蚀铸件. Dennis W.Rahoi,Arthur H.Tuthill 含镍合金在空气污染控制系统中的应用 R.W.Ross 海水中的腐蚀疲劳 Arthur H.Tuthill

2、含镍不锈钢和镍基合金的焊接与成型 Richard E.Avery No.11001 工程材料用不锈钢工程材料用不锈钢 镍基和含镍合金在制造业中的腐蚀控制镍基和含镍合金在制造业中的腐蚀控制 Corrosion control in the process industries with nickel-base and nickel-bearing alloys C.P.Dillon 制造业中的腐蚀材料工程师必须在可能的结构材料中选择成本最低、 性能和可靠性最佳 的材料。含镍合金和镍基合金（即：镍含量在 50以上）在制造业的耐腐蚀应用中起着重 要的作用。有关的供水系统中也可能需要耐蚀合金。 镍在合

3、金系统中起着双重作用。 作为少量合金元素时， 镍对合金的物理和机械性能起着 特殊的作用， SAE 4340 （G43400） 合金中的镍的作用在于对热处理的灵敏度； 在 A242 “耐 候钢”中对强度和耐大气腐蚀有影响。作为主要成分时，镍在腐蚀环境中显示其特有的耐蚀 性和钝化。 在低温应用中（即：气体分离过程） ，钢的脆性转变温度在加入百分之几的镍后即可得 到极大的改善，面在 18Cr-8Ni 不锈钢中，韧性保持在183(-300)以下。 在高温应用中，镍铬结合大大提高了抗渗碳性和抗硫化性（即：耐热铸件 HK40；镍 铬铁合金如：合金 600（N06600）及其派生钢种。 在腐蚀应用中，添加镍

4、会大大影响对特定条件的敏感性和对特殊环境的耐蚀性。 加加 工工 条条 件件 材料选择的基本依据见盐酸、硫酸、硝酸和磷酸的合金选择指南（图 1） 。这样的指南 主要是帮助人们确定在某些特殊的应用中哪些合金不能使用。污染物质（即：氧化物离子、 氟化物离子、重金属阳离子和有机组分等）可能会大大改变混合处理中的腐蚀性。 在以下应用中，耐一般性腐蚀的性能得到了很大提高。 1盐酸 镍钼合金 B2（N10665）可以耐沸腾的盐酸（在没有氧化性污染物如：Fe+离子和 Cu+离子时） 。 2氰氟酸 含金 400（N04400）可应付强氰氟酸，如果有氧化物污染，可能会出现应力腐蚀裂纹 （SCC） ，见图 2。 3

5、硫酸 研制铬镍钼铜合金 20Cb3* (N08020)是为了应付中等浓度的硫酸，优于其它钢种和以往的 188 不锈钢。通过阳性保护系统的钝化，铬镍钼合金 316L（S31603）可用 于强酸冷却器。 4磷酸 含钼不锈钢合金 316L 和 317L（S31703）用于食品级磷酸，而合金 G（N06007）能够耐被污染的工业等级的磷酸。不应使用不含钼的合金 304L（S30403） 。图 3 是由于疏忽安装 在 316L 磷酸管道系统中的 304L 弯头。5硝酸 188 奥氏体不锈钢合金 304L 和 347（S34700）是用于硝酸方面的主要材料。 6有机酸 在许多有机酸（即：醋酸）的设施中，以

6、往常用的材料是合金 316L。使用合金 20 型焊 条（例如：IN65）能够防止容器中局部的焊缝浸蚀和法兰表面浓差电池的腐蚀。完全光 制焊接的 316L（即：最终退火之前终过冷加工的）热交换器管（ASTM A249）的研制开发可防止热醋酸中纵向焊缝的局部腐蚀。 7氢氧化物 图 4 为用于氢氧化钠的碳钢和 188 不锈钢（如：S30403）的参数曲线。把镍含量增 大到 35（如奥氏体铸铁：UNSF 41000F43021）可以大大地提高铸铁耐氢氧化物的性 能。合金 304L 可以用于 80以下的浓缩氢氧化物中。合金 200（N02200）和 600 用于热的 浓缩氢氧化物中。 在 316L 不锈

7、钢易受到活化致钝腐蚀的应用中（图 5） ，如：单乙醇胺气体气提塔或某 些纸蒸煮系统，可以使用 20Cr-25Ni-4Mo-2Cu(N08904)类型的高性能不锈钢。 为了解决 188 不锈钢在水中的氯化物点蚀（图 6） ，人们开发了像 904L 那样的合金， 超铁素体和超奥氏体不锈钢钢种。 为了适应腐蚀性较强的海水应用， 还开发了超铁素体钢种， 如：UNS S44635、S44660 和 S44800。在这些钢种中添加了少量的镍，用来弥补高的脆性转 变温度。主要的钢种是高性能奥氏体牌号，如：254SMO，AL6XN（N08367）以及最好的 合金 28（N08028） 。还使用了 255（S3

8、2550）和 2205（S31803）这样的双相合金。 在合金 316L 受到氧浓差电池浸蚀的地方，如：醋酸塔中的 316L 底座和泡罩（图 7） ， 不妨使用像 C276（N10276） 、C4（N06455）或 C22（N06022）这样的镍铬钼含量 较高的合金。 钢在冷浓缩硫酸中会出现磨蚀 （图 8） ， 18Cr-8Ni 不锈钢， 合金 304L 是有效的替代材料。 碳钢在 L 型管处有蒸汽浸蚀时（图 9） ，可使用合金 600，它即能满足钢管的热膨胀要求， 又能够耐蚀。含铁 9010 铜镍合金（C70600）具有很强的耐海水磨蚀性，但容易受到人口 端磨蚀（图 10） ，而且当氯化不足

9、时，在局部的生物堵塞处会造成湍流（图 11） 。高性能奥 氏体不锈钢、合金 AL6X 越来越受欢迎，特别适用于海水中有硫化物和氨污染的港湾。 铜质水泵的气蚀一直是个问题（图 12） ，采用合金 CA6NM（J91540）替代后很有效。 镍含量较高的合金N08825、20Cb3、 C276 替 代 了 有 些 有 机 酸 应 用 中 的 S316L，在那些应用中晶间腐蚀（IGC）比较 严重（图 13） 。 如图 14 所示， 由氢氧化物造成的应力裂 纹苛性的脆化在中等温度下使用18 8 不锈钢可以得到减缓，在 80（175） 和更高的温度下用合金 600 或 625 （N06625） 可以得到减

10、缓。 188 不锈钢冷却水冷凝管氯化物应力腐蚀裂纹（SCC）的问题已存在多年，如图 15 所示，采用高性能不锈钢（即：N08904，N08366）后得到了解决。绝热状态下 188 不锈 钢外部的应力腐蚀裂纹（图 16、17 和 18）可以通过适当的涂层方式来解决。由于热膨胀系 数不同造成 188 复合钢的热应力无法消除（图 19） ，所以，在用其它方法预测到会出现应 力腐蚀裂纹的地方应使用 N08904 复合钢。 UNS S32100 膨胀波纹管在 300400psi 蒸汽下的苛性裂纹（图 20）是由于锅炉水中夹 杂着大量的碱性， 也可能是氯化物的杂质而造成的， 这一问题已通过稳定镍基合金得到

11、了解 决。最初使用的是合金 600，目前已被耐蚀性更强的合金 625 替代。在这类劳动密集型产品的总成本中，基体材料的成本差异就微不足道了。 碳钢遇到 H2S 会出现氢气泡或裂纹即：硫化物应力裂纹（SSC），目前在这些应用领 域，根据环境的腐蚀性选择了不同的合金，如：双相不锈钢（如：S31803）或镍合金（如： N08825 或 N06625） 。 在产生高温裂纹处使用合金 801 （N08801） 或耐热 2520 铸件 （HK40） 。 UNSN06600 类的合金也能耐高温卤素和氢卤酸。 改进的镍不锈钢和镍基合金改进的镍不锈钢和镍基合金 Innovative nickel-stainle

12、ss steels and Nickel-base alloys CPDillon 由于传统合金的性能有时不能满足需要（甚至会造成严重损坏） ，所以，冶金研究人员 不断地努力开发更好的合金。这里将对双相不锈钢、高性能不锈钢、含铬的富镍和镍基合金 的发展过程进行回顾。新开发的合金对于化工、石化、能源、海洋和造纸等应用领域是很重 要的。 在许多情况下，添加镍可以增加一点镍本身的耐蚀性，从另一方面看，可能只是为了冶 金的目的(即：保持铁素体形成元素的平衡)。 有一点很重要，即：在尚未明确使用条件之前，不能评价一种合金好于另一种。虽然在 许多含氯化物的环境中，增大铬、镍和钼的含量特别有用，但在有些情况

13、下可能是有害的。 例如：在硝酸中，316L（UNS S31603）的耐蚀性不如 304L（S30403） ；合金含量较高的钢 种，如：合金 20Cb3（N08020） ，在某些胺设施中耐蚀性不如 316L，因为容易生成镍铵络化 物。 虽然经过敏化处理的大多数新型合金都能够耐晶间腐蚀， 但是， 由于控制了碳含量并 或用钶或钛进行了稳定化处理， 在腐蚀性的氯化环境中经常会出现点蚀、 缝隙腐蚀和应力腐 蚀裂纹（SCC） 。在很多传统的不锈钢和高镍含铬合金中都存在这样的问题，为了解决这些 问题，开发了许多种新合金。 双相不锈钢双相不锈钢 表 1 列出了几种双相合金的成分（这些合金为 5050 奥氏体铁

14、素体结构） 。原 329 （UNS S32900） 是经过合金 3RE60 （UNS31500） 发展成新合金 2205 （S31803） 和 255 （S32550） 的，3RE60 一直广泛地用于稍咸的水。 表表 1 双相不锈钢成分（）双相不锈钢成分（） 合金 UNS NiCrMoFe其它 329 2304 7Mo Plus 1805 3RE60 2205 255 S32900 S32304 S32950 S31500 S31803 S325504 4 5 5 5 6 625 23 26 19 19 22 251 1 1 3 3 3 3 67 69 66 70 70 66 60N N N

15、Si2 N N,Cu2 上述的双相不锈钢采用了氮强化而且铬、钼含量较高，它们的机械性能比 316L 高（图 1） ，而且具有很好的抗点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀裂纹的性能（图 2） 。表 2 列出了这些新 合金较高的抗点蚀等效值（PRE） ，PRE 的计算公式如下： PRECr+(3.3%Mo)+(16N) 表 2 双相不锈钢耐点蚀等效值 表 2 双相不锈钢耐点蚀等效值 合金 UNS PRE 2304 3RE60 1805 329 2205 7Mo Plus 255 S32304 S31500 S32900 S31803 S32950 S32550 24.6 28.5 29.2 30.5 34.1 37.7 38.1 选用这些合金是因为与 316L 或类似成分的钢种相比，它们的抗局部腐蚀性更好。如果 能够充分利用它们的强度优势， 它们的价格比 316L 便宜。 例如， 使用双相钢时可用 Schedule 40 的管子， 而用 316L 的话， 则需要管壁较厚的 Schedule 80 管。 它们较低的热膨胀系数 （接 近于普通钢和铁