镍基合金的焊接知识

1. 概述

镍及镍基合金是随着航空、宇航、核能和石油化工工业的兴起而迅速发起来的。现已成为上述工业生产领域不可缺少的重要材料。镍基合金具有独特的物理、力学和耐腐蚀性能，同时具有良好的高温、低温特性，更有优越的加工性能。

 

铁镍基合金含有质量分数为30%以上的镍，而Fe、Ni的质量分数对于50%，其组织和性能与镍基合金相似，一般也使用镍基合金作为填充材料。故将这两类合金一并讨论。

 

 

2. 常见母材分类、牌号及性能

 

2.1 分类

 

镍可以与一些耐蚀性优良的元素形成固溶体，而且固溶度较大。因此，可根据实际需要，加入不同的合金元素，得到具有不同耐腐蚀性能的一系列镍基合金。

 

按成分分类 ，分为Ni-Cr、Ni-Cr-Mo、Ni-Mo合金等等。

按用途分类 ，分为耐腐蚀镍基合金和耐热镍基合金，其中耐腐蚀镍基合金又可分为耐氧化性介质镍基合金及耐还原性介质镍基合金，等等。

 

2.2 常用镍基合金的牌号及性能

 

中、美、俄罗斯各国都有自己的编号方法，可以查阅有关手册。其中美国镍基合金的种类较多，较全面。本文试图选择有代表性的材料进行介绍。

 

纯镍

200合金201合金都是工业纯的锻造Ni，力学性能良好，尤其塑、韧性优良。两种合金的区别在于，201合金具有极低的含碳量，因此不易出现高温脆性。

 

200合金201合金主要用于卤族气体、非氧化性盐类、有机酸等设备和部件。

 

Ni-Cu合金

Ni-Cu合金也称蒙乃尔合金（即美国Monel型合金）。是*著名的镍基合金。包括400和500两个系列，*常用的是Monel400，其成分范围为：Ni〉63%，Cu=28~34%。

Ni-Cu合金在氢氟酸和氟气中具有优异的耐蚀性，在所有的强碱中也是高度耐蚀的；在非氧化性的无机酸和大多数有机酸中有相当的耐蚀能力；在工业大气、流动的海水、氯化物溶液、玻璃腐蚀介质中也有良好的耐蚀性。

Ni-Cu合金具有良好的冷、热加工性能。Monel400的热加工温度为650~1180℃，其退火温度为760~930℃。

 

Ni-Cr、Ni-Cr-Fe合金

这两类合金中由于含有较高的Cr（一般在15%以上），在高温下具有较高的强度和抗氧化能力。有一部分还同时加入Al、Ti、Nb等合金元素，可以时效强化。这两类合金对工业大气、海水有良好的耐蚀性，对氧化性酸如硝酸、铬酸含氧化性盐的酸性溶液都耐蚀，还耐强碱溶液的腐蚀。但在氯化物溶液中易发生点腐蚀和缝隙腐蚀。

Ni-Cr-Fe合金的典型牌号有Inconel 600和NS 312合金，耐高温氧化性介质腐蚀。Inconel690（NS315）是在Inconel 600的基础上降C、增Cr而发展起来的。它耐氯化物及高温高压水的腐蚀。耐氧化性介质及HNO3-HF混酸腐蚀。X-750属于时效强化型Ni-Cr-Fe合金，可抗氧化性介质腐蚀，又耐冲蚀。

 

Ni-Mo 

见哈氏合金。

 

Ni-Cr-Mo 

因为含有较高的Cr和Mo，既耐还原性介质腐蚀又耐氧化性介质腐蚀。典型牌号有国产NS336，对应的国外牌号是Inconel 625。耐氯离子氧化-还原复合腐蚀，耐海水腐蚀，且热强度高。

 

铁镍基耐高温耐蚀合金

铁镍基耐高温耐蚀合金是介于高Ni奥氏体不锈钢和镍基耐蚀合金的中间牌号。以铁为基，主要元素为Ni和Cr，其中Ni含量高于一般奥氏体不锈钢，同时含有Al、Ti、Nb等沉淀强化元素。

这类合金的国内牌号有NS111、NS112，国外牌号为Incoloy800，Incoloy800H，Incoloy800HT。具有良好的耐高温气体（H2+H2S）腐蚀性能，特别是具有较高的高温蠕变强度。

 

2.3 Hastelloy (哈氏)合金系列

 

美国哈氏合金是世界领先的高合金开发及生产商。它的主要产品是镍基耐腐蚀合金，共有三大系列，即B系列、C系列和G系列。

C系列哈氏合金

对照下表，可以看出C系列合金既含合金元素Cr、又含有Mo元素，因此C系列合金无论是在氧化性的环境中还是在还原性的环境中都有优异的表现。同时，C系列合金对于卤素离子（氯、溴等）引起的局部腐蚀和应力腐蚀有极好的抵抗能力。

C系列中，*经典的产品有C-276，使用量*广。

 

C-22合金是C-276的升级产品，C-22在绝大多数环境中，其耐腐蚀性能都优于C-276，国外偏向于用C-22替代C-276。

Hastelloy C-2000 是C系列中*优的合金，高的合金元素成分（23 Cr 16 Mo）使其无论是在氧化还是在还原环境中都有无与伦比的抵抗能力。

 

B系列哈氏合金

 

代表性的产品是HastelloyB-3合金。HastelloyB-3合金是镍钼合金家族中的一个新成员，对于任何温度和浓度的盐酸都有极好的耐腐蚀性。同时它对于硫酸、醋酸、食品级磷酸及其它不具有氧化性的介质也具有良好的抗腐蚀性。但无法使用在含有氧化（Fe3+、Cu2+）介质的环境当中。    

G系列哈氏合金

 

由于高的Cr含量，使其对于磷酸以及许多的强氧化性混合酸介质环境，如硝酸+盐酸、硝酸+氢氟酸、硫酸等，比其它多数镍基合金和铁基合金更具卓越的抗腐蚀性。

如G-30合金在强氧化性的环境中表现非常出色。一定的Mo含量对于氯离子引起的局部腐蚀和应力腐蚀有极好的抵抗能力。G-35含有更多的合金元素，因此，在抗腐蚀和热稳定性方面都比G-30合金更优越。