Новости компании
01
Обзор никелевого сплава
2024-07-22 17:08:34
Никелевые сплавы обычно состоят из никеля, хрома, молибдена, алюминия, железа и некоторых других элементов в небольших количествах.
Суперсплавы на основе никеля: легирование
Никель и никелевые сплавы: обзор; Никель: Легирование; Никелевые сплавы: номенклатура; Никелевые сплавы: термическая и термомеханическая обработка; Суперсплавы на основе никеля: обзор; Суперсплавы на основе никеля: методы легирования и термомеханическая обработка; Никелевые сплавы: Коррозия.
ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ КОРРОЗИОННОЙ СРЕДЫ
КЛАССИФИКАЦИЯ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
В зависимости от химического состава никелевые сплавы можно разделить на следующие группы:
(1)Никель Чистый никель (99,56%)
▪ Никель технической чистоты (деформированный) 99,6–99,7%.
(2)Никель и медь
▪ Сплавы с низким содержанием никеля (2–13 % Ni).
▪ Мельхиор (10–30 % Ni)
▪ Немагнитные сплавы (~60% Ni)
▪ Сплавы с высоким содержанием никеля (более 50% Ni)
(3)никель и железо
▪ Деформируемые легированные стали (0,5–9 % Ni)
▪ Литые легированные стали (0,5–0,9 % Ni)
▪ Легированный чугун (1–6, 14–36 % Ni)
(4)Железно-никелевые и хромовые сплавы
▪ Нержавеющие стали (2–25 % Ni)
▪ мартенситностареющие стали (18% Ni)
(5)Никель-хром-молибденовые и железо-никелевые дисперсионно-твердеющие сплавы.
- Электрохимия элементов | НикельНикелевые сплавыНикель является основным компонентом многих известных сплавов, например, коррозионностойких сплавов, таких как монель (Ni, Cu), Inconel 600 (Ni, Cr, Fe), Hastelloy (Ni, Mo, Fe) и уже -упомянутые нержавеющие стали. Никель также присутствует в сильных магнитных сплавах, таких как алнико (Al, Ni, Co), пермаллои (Ni, Fe) и мю-металлы (Ni, Fe, Cu, Mo). Очень известным никелевым сплавом является константан (Cu 60%, Ni 40%), характеризующийся постоянным сопротивлением в широком диапазоне температур.
Ежегодный рост цен на никель в 2021 году был обусловлен ожидаемым более активным использованием никеля для аккумуляторов электромобилей и высоким спросом на нержавеющую сталь. Следует отметить, что рост производства никеля в последние годы был обусловлен расширением мощностей по производству никелевого чугуна, то есть продукта второго класса, непригодного для аккумуляторов электромобилей. Высококачественный никель класса 1, необходимый для аккумуляторов, требует более интенсивной обработки.
ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ КОРРОЗИОННОЙ СРЕДЫ
НИКЕЛЬ И ЕГО СПЛАВЫ
Никель хорошо известен как важный легирующий элемент в нержавеющих сталях, сплавах Ni-Cu, сплавах Ni-Fe, сплавах Ni-Cr-Fe, суперсплавах, а также никель-хромовых сплавах и специальных коррозионно-стойких и жаропрочных сплавах. Никель ферромагнитный плотностью 8,9 г/см3. Он пластичен и податлив, как сталь. Никелевые сплавы хорошо известны своей жаропрочностью и хорошей устойчивостью к коррозии.
Номинальный химический состав (мас.%)
Материал | В | С | Фе | Кр | Мо | Ал | Из | Нб | Мин. | И | С |
Никель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Никель 200 | 99,6 | - | - | - | - | - | - | - | 0,23 | 0,03 | 0,07 |
Никель 201 | 99,7 | - | - | - | - | - | - | - | 0,23 | 0,03 | 0,01 |
Никель-Медь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Монель сплав 400 | 65,4 | 32 | 1.00 | - | - | - | - | - | 1.0 | 0,10 | 0,12 |
Монель сплав 404 | 54,6 | 45,3 | 0,03 | - | - | - | - | - | 0,01 | 0,04 | 0,07 |
Монельный сплав Р-405 | 65,3 | 31,6 | 1,25 | - | - | 0,1 | - | - | 1.0 | 0,17 | 0,15 |
Монель-сплав К-500 | 65,0 | 30 | 0,64 | - | - | 2,94 | 0,48 | - | 0,70 | 0,12 | 0,17 |
Никель-хром-железо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Инконель сплав 600 | 76 | 0,25 | 8.0 | 15,5 | - | - | - | - | 0,5 | 0,25 | 0,08 |
Инконель сплав 601 | 60,5 | 0,50 | 14.1 | 23,0 | - | 1,35 | - | - | 0,5 | 0,25 | 0,05 |
Инконель сплав 690 | 60 | - | 9,0 | 30 | - | - | - | - | - | - | 0,01 |
Никель-Железо-Хром |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Инколой сплав 800 | 31 | 0,38 | 46 | 20 | - | 0,38 | 0,38 | - | 0,75 | 0,50 | 0,05 |
Инколой сплав 800H | 31 | 0,38 | 46 | 20 | - | 0,38 | 0,38 | - | 0,75 | 0,50 | 0,07 |
Инколой сплав 825 | 42 | 1,75 | 30 | 22,5 | 3 | 0,10 | 0,90 | - | 0,50 | 0,25 | 0,01 |
Инколой сплав 925 | 43,2 | 1,8 | 28 | двадцать один | 3 | 0,35 | 2.10 | - | 0,60 | 0,22 | 0,03 |
Пиромет 860 | 44 | - | Бал | 13 | 6 | 1.0 | 3.0 | - | 0,25 | 0,10 | 0,05 |
Никель-хром-молибден |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сплав Хастеллой X | Бал | - | 19 | двадцать два | 9 | - | - | - | - | - | 0,10 |
Сплав Хастеллой G | Бал | 2 | 19,5 | двадцать два | 6,5 | - | - | 2.1 | 1,5 | ||
Сплав хастеллой C-276 | Бал | - | 5,5 | 15,5 | 16 | - | - | - | |||
Сплав Хастеллой C | Бал | - | 16 | 15,5 | - |
0,7 | - | ||||
Инконель сплав 617 | 54 | - | - | двадцать два | 9 | 1 | - | - | - | - | 0,07 |
Удимет 600 | Бал | - | 17 | 4 | 4.2 | 2.9 | - | - | - | 0,04 |
(1) Никель-медные сплавы
Эти сплавы хорошо известны своей превосходной коррозионной стойкостью к морской воде. Они использовались в качестве материалов для пропеллеров, валов насосов, рабочих колес и трубок конденсатора. Самый известный – монель (сплав 400). Он устойчив к рассолу и невосприимчив к коррозионному растрескиванию и точечной коррозии под напряжением в хлоридных и едких щелочных растворах. Он также устойчив к воздействию HF и фторсодержащих сред.
Монельный сплав R-405 содержит определенное количество серы для улучшения характеристик обработки. Монель К 500 имеет двойное преимущество: улучшенную механическую прочность и отличную коррозионную стойкость. Он может сохранять прочность до 650°С и пластичность до 134°С.
(2) Сплавы никель-хром-железо
Эти сплавы содержат высокий процент никеля и обладают превосходной способностью выдерживать высокие температуры в окислительной среде. К этой категории относятся такие сплавы, как Inconel 600, 690, 718 и X750. Сплав Inconel 600 (Ni 76, Cr 15,5, Fe 8) является основным сплавом этого класса с превосходной коррозионной стойкостью при повышенных температурах (~1092°C). Однако он может подвергаться точечной или щелевой коррозии. Другие сплавы этого семейства включают сплав 690 (29% Cr), который демонстрирует превосходную стойкость к SCC в хлоридных средах и низкую скорость коррозии при высоких температурах. Применяется в печах нефтехимической переработки и на установках газификации угля.
Сплав Inconel X750 содержит добавки алюминия, ниобия и титана, которые образуют интерметаллическое соединение Ni3(Al, Ti), что делает его упрочняемым при старении и обеспечивает высокую прочность. Он чрезвычайно устойчив к SCC в хлоридной среде. Он используется в газовых турбинах, вакуумных оболочках, экструзионных головках и пружинах.
(3) Сплавы никель-железо-хром
Эти сплавы представляют собой другую разновидность сплавов Ni-Cr-Fe и содержат 30–44 % никеля. Сплав 800 этой серии широко используется в теплообменниках нефтехимической промышленности из-за его превосходной стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением в хлоридных средах и растрескиванию в политионовой кислоте. Он обеспечивает превосходную устойчивость к ползучести и разрыву. Они используются в средах с высокими температурами, где требуется стойкость к окислению и коррозии. Incoloy 825 зарекомендовал себя очень успешно при применении в H2SO4, HCl, фосфорной кислоте, а также в чистой и загрязненной морской воде.
(4) Никель-хром-молибденовые сплавы
Это семейство сплавов в основном используется в химической обрабатывающей промышленности и содержит 45–60% Ni. Хастеллой успешно применяется при высоких температурах (до 1204°C). Серия Hastelloy C уже давно используется в химической промышленности. Модифицированной версией Hastelloy C является Hastelloy C-276, в которой существенно снижено содержание кремния и C (0,005% C, 0,04% Si). Успешно используется в нефтехимической промышленности. Сплавы 625 и 617 являются жаропрочными сплавами и обладают высокой стойкостью к коррозии. Сплав 625 широко используется в морской воде. Он обладает высокой устойчивостью к точечной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Другие сплавы, например Удимет 500, 520, 600 и 700, сохраняют высокотемпературную прочность до 982°С.
Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость никеля
Элемент сплава | Вклад в устойчивость к коррозии |
Медь | Повышает стойкость к неокисляющим кислотам, серной кислоте (негазированной) и HF. Добавление 2–3% Ni обеспечивает повышенную устойчивость к HCl, H2SO4 и H3PO4. |
Хром | Повышает стойкость к кислотам-окислителям (HCl, H2SO4 и H3PO4) и высокотемпературному окислению. |
Мо | Повышает устойчивость к точечной и щелевой коррозии. Высокое содержание Mo (28%) демонстрирует повышенную устойчивость к HCl, H3PO4, H2SO4 и HF. |
Железо | Улучшает устойчивость к обезуглероживанию. Он не играет никакой роли в улучшении коррозионной стойкости. |
вольфрам | Сплавы с содержанием W 3–4% в сочетании с 13–16% Mo обеспечивают превосходную стойкость к коррозии. Вольфрам обеспечивает высокую стойкость к неокисляющим кислотам. |
Кремний | Улучшает устойчивость к горячей концентрации H2SO4 при добавлении в больших количествах (9–11%). Обычно его добавляют в меньших количествах. |
Кобальт | Повышает стойкость к науглероживанию, как и железо. |
Ниобий и тантал | Уменьшите образование горячих трещин во время сварки. |
Алюминий и титан | В результате этой комбинации образуется алюминиевая окалина, устойчивая к окислению и науглероживанию. |
Углерод и карбиды | Образование карбидов ослабляет устойчивость к коррозии. Ni3C может разложиться до графита и тем самым ослабить границы зерен. |
ЛОКАЛИЗОВАННАЯ ПОДВЕРЖЕННОСТЬ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ КОРРОЗИИ
1) Коррозионное растрескивание под напряжением
Хотя никелевые сплавы в целом обеспечивают лучшую стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением по сравнению со сталями, их применение в высокотемпературной хлоридной или щелочной среде и сероводородной среде может подвергнуть их риску коррозионного растрескивания под напряжением. Случаи SCC наблюдались в высокотемпературной воде под давлением в паровых турбинах. Incoloy 800 – хороший выбор для использования в таких условиях. Основной класс сплавов на основе никеля подвержен SCC в щелочной среде (например, NaOH при 350°C). Сплавы 400, 600 и 800 могут подвергаться SCC в щелочной среде. Сплавы 800, 718 и 600 показали отказы в реакторах с водой под давлением. Увеличение концентрации хрома до 30% (например, сплав 690) повышает стойкость к SCC. Следующие факторы способствуют SCC:
(а) Температуры выше 205°C.
(б) Низкий pH
(в)Наличие H2S и высокий уровень стресса. Несмотря на риск, никелевые сплавы представляют минимальный риск возникновения SCC.
2) Межкристаллитная коррозия
Никель-железо-хром (например, сплав 800) и никель-хром-железо (сплав 600) могут стать сенсибилизированными за счет выделения карбидов хрома и подвергнуться межкристаллитной коррозии в сильно окислительной среде. Диапазон карбидов в химии варьируется от Cr23C6 в простых никелевых сплавах до Cr21(Mo, N)C2C6 в сплавах, содержащих Mo и W. Сплавы 600 и 800 могут стать чувствительными к межкристаллитному разрушению. Контроль содержания таких элементов, как фосфор, углерод, азот и ниобий, и минимизация их сегрегации снижает восприимчивость к межкристаллитному воздействию и сводит к минимуму риск SCC.
3) Водородное охрупчивание
Как и нержавеющие стали, некоторые никелевые сплавы могут выйти из строя из-за водородного охрупчивания. Сообщается, что сплав Инконель X750 подвержен водородному охрупчиванию.
УСТОЙЧИВОСТЬ К ВОДНОЙ СРЕДЕ
Известно, что никель и его сплавы обладают выдающейся стойкостью к коррозии в дистиллированной воде, пресной воде, воде высокой чистоты и в системах горячего водоснабжения. Например, сплав монель 400 широко используется в клапанах, насосах, гребных валах, нагревателях питательной воды котлов и теплообменниках. Сплавы 600 и 690 используются в атомных парогенераторах для предотвращения SCC. Питтинг никель-медных сплавов может быть вызван мягкой водой.
Коррозионная стойкость никелевых сплавов широко исследовалась в морской и соленой воде (солоноватая вода). Хотя известно, что нержавеющая сталь 316 устойчива к точечной коррозии в морской воде, нержавеющие стали, как правило, подвержены точечной коррозии в приливных зонах морской воды. Никелевые сплавы, более дорогие, чем стали, широко используются в морской воде. Сплав Инконель 625 обеспечивает превосходную стойкость к коррозии в морской воде. Он также обеспечивает превосходную устойчивость к SCC. Никелевые сплавы лучше всего использовать для валов, корпусов и рабочих колес насосов, в то время как другие материалы, такие как Cu-Ni 90–10 и аустенитные стали, используются для других деталей, таких как теплообменники и клапаны. В таблице 9.47 показана классификация некоторых никелевых сплавов, используемых в морской воде.
Термическая обработка
Сплавы на основе никеля в твердом растворе обычно используются в отожженном или отожженном и наклепанном состоянии. Эти сплавы не предназначены для упрочнения путем термической обработки.
Механические свойства
Максимальный предел текучести определяется составом сплава, характеристиками сплава при холодной обработке, максимальным пределом текучести, разрешенным применением, и указанной пластичностью. Предел текучести при комнатной температуре может варьироваться от 210 до 1380 МПа (от 30 до 200 фунтов на квадратный дюйм), в зависимости от состава и степени холодной обработки. Минимальный предел текучести трубок обычно находится в диапазоне 760–970 МПа (110–140 фунтов на квадратный дюйм). Корпус и вкладыши часто имеют более высокий предел текучести.
Изготовление
Отожженные сплавы можно сваривать GTAW, SMAW, GMAW, SAW и FCAW.
Холоднодеформированные сплавы обычно не свариваются, поскольку механическая прочность сварных соединений будет ниже, чем у наклепанной области. Механические свойства холоднодеформированных трубок, особенно более толстых сечений, могут различаться в зависимости от сечения.
Сплавы с высоким содержанием никеля более склонны к дефектам литья, таким как горячие разрывы, растрескивание, пористость и газовыделение. Эти дефекты могут появиться на любом этапе производственного процесса, например, при выбивке, термообработке, механической обработке или окончательном испытании под давлением. Хотя деформируемые сплавы с высоким содержанием никеля обычно подвергаются сварке, а некоторые даже наплавке, сварка литых сплавов значительно сложнее. Строгие спецификации, разработанные в тесном сотрудничестве с литейным заводом, обычно используются для оптимизации свариваемости и целостности отливки. Для производства отливок хорошего качества тщательно контролируются и контролируются литейные процессы, качество сырья, состав присадочного материала, процедуры ремонта сварных швов и термическая обработка.
Дисперсионно-твердеющие сплавы на основе никеля
Дисперсионно-твердеющие никель-хромовые сплавы часто содержат изрядное количество железа (Fe); эти сплавы используются из-за коррозионной стойкости, более высокой прочности и превосходной свариваемости.
Термическая обработка никелевых сплавов PH
Эти сплавы обычно используются в условиях отжига на раствор, отжига на раствор и состаривания, горячей обработки и состаривания или холодной обработки и состаривания.
При использовании высокосернистого газа термическая обработка UNS N07718 обычно выбирается для обеспечения хорошей ударной вязкости, предела текучести и коррозионной стойкости. Часто используется отжиг в растворе с последующим одностадийным старением. Для применений с высокосернистым газом UNS N07716 и N07725 подвергаются отжигу и старению.