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            一文讀懂鎳基合金前世今生

            信息來源:鋼狗網


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            超級合金應用領域

            第二次世界大戰以來,“超級合金”一詞首次用于描述在高溫下需要高性能的渦輪增壓器和飛機渦輪發動機中開發的一組合金。超級合金的應用范圍已經擴展到許多其他領域,現在包括飛機和陸基燃氣輪機,火箭發動機,化學和石油裝置等。它們特別適用于這些要求苛刻的應用。超合金基于VIIIB族元素,通常由Fe,Ni,Co和Cr的各種組合以及較少量的W,Mo,Ta,Nb,Ti和Al組成。超級合金的三大類是鎳,鐵和鈷基合金。今天小編來分享一下鎳合金的發展。

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            鎳合金的發展

            同鐵和銅一樣,自從進入文明社會,鎳就被用于合金。但是與鋼、黃銅和青銅相比,鎳合金是化學工業的后來者。隨著冶金技術與制造技術的不斷進步推動了鎳合金的發展,促進了它們在化學工業的廣泛應用。鎳合金集優異的耐蝕性、強度、韌性、冶金穩定性、宜加工性及焊接性于一身。許多鎳合金還具有卓越的耐熱性能,是要求高溫強度和高溫下耐化學腐蝕用途的理想選擇。

            第一個具有商業重要性的鎳合金是合金400,它是由國際鎳公司(后來叫Inco合金公司)于1905年開發出來并推向市場,商標為蒙乃爾(MONEL)。下一個重要的里程碑是1930年左右問世的鎳-鉬合金B和鎳-鉻-鉬-鎢合金C。它們的發明者是Haynes Stellite公司(現在叫Haynes國際公司),其中的兩個注冊商標為HASTELLOY。鎳基合金發展的下一個重要階段來自于Inco公司,1931年開發出鎳-鉻-鐵合金600及1949年開發出鎳-鐵-鉻合金,分別命名為INCONEL和INCOLOY。Inco和Haynes公司利用最初這些商標的知名度和美譽度,共計推出了MONEL、INCONEL、INCOLOY和HASTELLOY系列的大約50種耐腐蝕和耐熱合金。VDM公司是一個后來比較出名的鎳基合金開發者和生產者,其商標是Nicrofer, Nimofer和Nicorros。 news10-3.jpg
            這三家世界領先的公司還在繼續開發化學工業感興趣的新型鎳合金和改進型合金。本文提到的它們的專利合金列于表A。

            INCO國際鎳業公司

            國際鎳業有限公司是世界上最大的鎳生產商之一。它經營加拿大在安大略省薩德伯里的最大的采礦和加工業務,并在加拿大、印度尼西亞等地經營其他礦場。在全球40多個國家的設立銷售和業務。INCO公司還生產鈷、銅、貴金屬、特種鎳制品。

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            在薩德伯里淡水河谷的Inco SuperStack冶煉廠

            國際鎳業公司(INCO)成立于1902年,由兩家著名的鎳公司合并,由羅伯特托馬辛1878年創立的奧福德鎳和銅公司,以及由SJ Ritchie于1886年創立加拿大銅業公司。在第一次世界大戰期間,對鎳的需求相當高。戰后結束,需求下滑,鎳價暴跌,導致INCO于1921年停止采礦煉鎳。到1922年底,INCO恢復采礦和加工鎳。這是INCO總裁羅伯特克羅克斯斯坦利(Robert Crooks Stanley)努力尋找鎳的民用用途的結果。

            在1929年,INCO進行了另一次合并。Mond鎳公司和INCO都在安大略省擁有Frood鎳礦床的部分。兩家公司都認為合并比對這種大型鎳礦更有利。這兩家公司成為加拿大國際鎳業公司,但仍然使用INCO的昵稱。

            INCO經過大蕭條進入第二次世界大戰。這場戰爭就像對第一次世界大戰一樣,對鎳產生了需求。INCO是鎳的主要供應商。到20世紀50年代末和60年代初,鎳的精煉過程有所改善,不銹鋼可能用于廚房電器和其他用途。由于朝鮮戰爭的爆發,鎳需求旺盛,INCO開始難以滿足這一需求。其他公司順利進入鎳產業,INCO作為最重要的鎳生產商和供應商開始減少。

            2006年8月14日,巴西礦業公司淡水河谷以170億美元現金收購Inco。收購協議的一部分,淡水河谷將Inco鎳作為一個獨立的礦業部門運行;所有的淡水河谷鎳業務,包括礦山被轉移到Inco的管理。2006年11月16日Inco紐交所摘牌。Inco成為淡水河谷的全資子公司。

            Haynes International海恩斯國際

            海恩斯國際公司(又譯:哈氏合金國際公司、漢斯合金國際公司)Haynes International, Inc.(NASDAQ:HAYN)成立于1912年,前身是前身的Haynes Stellite Work(哈茨鈷鉻鎢工廠),總部位于美國印第安納州Kokomo,全職雇員1,147人,是一家在美國,歐洲,中國和國際上從事高性能鎳和鈷基合金開發,制造,銷售和分銷的公司。

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            showcase-horizonta-haynes

            海恩斯國際是世界上最大的用于高溫和腐蝕應用的高性能鎳和鈷基合金的開發商,制造商和經銷商之一。標準產品形式包括板材和板材,棒材和坯料,無縫焊接管材和管材,焊絲和焊接材料,配件和法蘭。

            VDM Metals VDM金屬

            VDM縮寫起源于Vereinigte Deutsche Metallwerke AG。公司成立于1930年,當時來自Altena的Berg-Heckmann-Selve AG接管了法蘭克福的Heddernheimer Kupferwerk和SüddeutscheKabelwerk AG。兩家前身公司的根源可追溯到19世紀初。由Vereinigte Deutsche Metallwerke AG組成的合并由Metallgesellschaft(現為GEA集團股份公司)發起,該公司自1893年起是Heddernheimer Kupferwerk公司的控股股東,并獲得了該公司集團的多數股權。

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            由此創立的企業是一家有色金屬制造商,擁有大量半成品和合金產品。最初重點是銅和黃銅,但后來的鋁,不銹鋼和鎳合金變得重要。公司總部在法蘭克福,而其生產地點包括Altena和Werdohl,杜伊斯堡,科隆,紐倫堡和法蘭克福。VDM的成立是德國半成品行業集中趨勢的一個初步步驟,受到全球經濟危機的打擊。 今天,該公司現在是VDM Metals GmbH,總部位于Werdohl,是一家國際領先的鎳,鈷和鋯合金生產商和經銷商,除了特殊的合金。

            直到今天,VALE INCO、Haynes International、VDM Metals依然是世界領先的鎳合金半成品成本材料供應商之一。當不銹鋼達到極限時,合金通常是唯一的解決方案。

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            所有早期的專利合金早已失去專利保護,現在世界許多其它生產廠都可以生產這些合金,或是其自己的商品名,或是符合標準或技術規范的通用合金名稱。常用的標準規范如ASTM和DIN可能比著名合金開發生產廠家自定的標準限制性要求更少,廠商企業內部標準對合金化學成分和冶金參數控制得更嚴一些,目標在于確保較高的材料性能。

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            鎳合金的種類

            市場上可以買到的鎳合金產品形式多種多樣,包括中板、薄板、帶材、管材、接頭和鍛件。部分產品的ASTM規范列于表。某些鎳合金還有鑄造產品,它們通常具有與其鍛軋產品不同的特性。鎳合金一般按照其主要合金成分進行分類,下面簡要介紹廣泛用于化工設備的鎳合金:

            純鎳(合金200)

            對各類還原性酸和鹽有非常好的耐蝕性,但不適用于強氧化性的介質如硝酸。純鎳最重要的特性是其無可比擬的耐苛性堿甚至是熔融態苛性堿腐蝕的能力。雖然純鎳在干燥鹵素介質中耐蝕性很突出,但在水露點以下其耐蝕性不足。對于溫度超過600℉的應用,最好選用合金200的衍生牌號--低碳含量的鎳201(UNS UO2201)。

            鎳-銅合金400

            與鎳一樣,鎳-銅合金400的耐蝕性在還原性介質條件下表現最好,而充氣和氧化性化學物質對其耐蝕性不利。合金400具有非常好的耐氫鹵酸和鹵化物腐蝕的性能,特別是能耐氫氟酸和含氟或氟化氫的高溫氣體。這種合金廣泛用于處理硫酸溶液、海水和鹽水。對于要求高強度的用途,如閥和泵部件,常常采用合金K-500(NO5500),它是合金400的一種沉淀硬化型衍生牌號。

            鎳-鉻-鐵合金600

            在鎳基體中加入鉻擴大了合金600在氧化性環境中的適用性。合金600盡管對無機酸的耐蝕性屬于中等,但它對有機酸的耐蝕性卻非常好,因此廣泛用于脂肪酸的加工。合金600也廣泛用于氫氧化物和堿性化學品的生產和儲運。對于兼有耐熱和耐蝕要求的高溫應用,合金600也是一種極好的材料。該合金在高溫鹵素環境下出色的使用性能使它成為有機氯化反應工藝的理想選材。合金600還表現出優異的抗氧化、抗滲碳和抗滲氮等抗高溫退化性能。

            鎳-鉻-鉬合金625

            在鎳鉻系合金中加入鉬增加了材料對氧化性和還原性無機酸和鹽的耐蝕性。鉬使合金具有耐氯離子點蝕和縫隙腐蝕的能力。合金625是一種抗疲勞性能非常優異的高強度材料,合金625LCF是合金625的衍生牌號,波紋管專用,具有十分優異的抗低周疲勞和耐熱疲勞性能。與合金600一樣,合金625用作耐蝕材料和耐熱材料均可。合金625出色的高溫強度,以及耐鹵素腐蝕,抗氧化和抗滲碳的綜合性能使其成為在苛刻的高溫環境下運行的化工和石化設備的理想選材。

            鎳-鉻合金690

            合金690是承壓設備制造所用的鎳合金中鉻含量最高的,對氧化性介質有極強的耐蝕能力。它能有效地用于熱濃硫酸、硝酸和硝酸/氫氟酸混合酸以及氧化性鹽介質。高鉻含量也提高了材料在高溫硫化環境中的耐蝕能力。

            鎳-鉻-鐵合金825

            由于合金含有近30%的鐵,所以合金825有時也被列入超級奧氏體不銹鋼系列中。它在硫酸和磷酸介質條件表現出色,與合金20類似,開發它們主要目的是用于硫酸和磷酸介質。雖然合金825耐鹽酸腐蝕的能力尚可,但是它容易發生氯離子點蝕和縫隙腐蝕,特別是在不流動、不通氣的溶液中。合金825鐵含量高,所以它對堿和鹵素的耐蝕能力低于鎳含量較高的合金。

            鎳-鉻-鐵-鉬“G”合金

            合金G-3的耐腐蝕能力在許多應用中都超過合金400、合金600和合金825。這種合金特別耐硫酸和不純凈磷酸的腐蝕,能夠經受還原性和氧化性兩種介質條件。后來開發的合金G-30焊接性能更好,耐腐蝕能力全面提高,特別是焊縫熱影響區的耐蝕能力。

            鎳-鉻-鉬“C”合金

            合金C-276是化學工業用于應對腐蝕性極強的介質條件(超出不銹鋼的能力范疇)的卓越合金材料,它在各種酸、酸性鹽和其它各類腐蝕性化學物質中具有杰出的耐蝕能力。合金C-276在濕氯氣和次氯酸鹽這樣的惡劣環境中表現優異。由于合金C-276鉬含量較高,因此它對氯離子引起的點蝕和縫隙腐蝕有很好的耐蝕能力。尋求比合金C-276冶金性能和耐腐蝕性能更好的材料的過程,促進了幾種專利“C”系列合金的開發與商業化,它們是合金C-22、622、59、686和C-2000。這些合金的鉬含量大致相當,而鉻含量都大大高于合金C-276。某些牌號還含有鎢或銅。這些次要合金元素對冶金性能和耐腐蝕性的影響是復雜的,本文不作論述。

            鎳-鉬“B”合金

            合金B-2對具有還原性的硫酸、磷酸和鹽酸有突出的耐腐蝕能力。它特別適用于全部濃度范圍和溫度高達沸點的鹽酸設備。氧化性化學物質對這種合金的耐腐蝕性有不利的影響,尤其是溶液中作為雜質的鐵離子和銅離子等強氧化劑。后來開發的合金B-3和合金B-4的性能比合金B-2更好,這些新牌號的一個好處是最大程度降低了加工中不良顯微組織(可能造成脆化)的形成。

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