一文讀懂鎳基合金前世今生

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超級合金應用領(lǐng)域

第二次世界大戰以來(lái)，“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(fā)動(dòng)機中開(kāi)發(fā)的一組合金。超級合金的應用范圍已經(jīng)擴展到許多其他領(lǐng)域，現在包括飛機和陸基燃氣輪機，火箭發(fā)動(dòng)機，化學(xué)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(lèi)是鎳，鐵和鈷基合金。今天小編來(lái)分享一下鎳合金的發(fā)展。

鎳合金的發(fā)展

同鐵和銅一樣，自從進(jìn)入文明社會(huì )，鎳就被用于合金。但是與鋼、黃銅和青銅相比，鎳合金是化學(xué)工業(yè)的后來(lái)者。隨著(zhù)冶金技術(shù)與制造技術(shù)的不斷進(jìn)步推動(dòng)了鎳合金的發(fā)展，促進(jìn)了它們在化學(xué)工業(yè)的廣泛應用。鎳合金集優(yōu)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(xué)腐蝕用途的理想選擇。

第一個(gè)具有商業(yè)重要性的鎳合金是合金400，它是由國際鎳公司(后來(lái)叫Inco合金公司)于1905年開(kāi)發(fā)出來(lái)并推向市場(chǎng)，商標為蒙乃爾(MONEL)。下一個(gè)重要的里程碑是1930年左右問(wèn)世的鎳-鉬合金B和鎳-鉻-鉬-鎢合金C。它們的發(fā)明者是Haynes Stellite公司(現在叫Haynes國際公司)，其中的兩個(gè)注冊商標為HASTELLOY。鎳基合金發(fā)展的下一個(gè)重要階段來(lái)自于Inco公司，1931年開(kāi)發(fā)出鎳-鉻-鐵合金600及1949年開(kāi)發(fā)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(yù)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(gè)后來(lái)比較出名的鎳基合金開(kāi)發(fā)者和生產(chǎn)者，其商標是Nicrofer, Nimofer和Nicorros。
這三家世界領(lǐng)先的公司還在繼續開(kāi)發(fā)化學(xué)工業(yè)感興趣的新型鎳合金和改進(jìn)型合金。本文提到的它們的專(zhuān)利合金列于表A。

INCO國際鎳業(yè)公司

國際鎳業(yè)有限公司是世界上最大的鎳生產(chǎn)商之一。它經(jīng)營(yíng)加拿大在安大略省薩德伯里的最大的采礦和加工業(yè)務(wù),并在加拿大、印度尼西亞等地經(jīng)營(yíng)其他礦場(chǎng)。在全球40多個(gè)國家的設立銷(xiāo)售和業(yè)務(wù)。INCO公司還生產(chǎn)鈷、銅、貴金屬、特種鎳制品。


在薩德伯里淡水河谷的Inco SuperStack冶煉廠(chǎng)

國際鎳業(yè)公司（INCO）成立于1902年，由兩家著(zhù)名的鎳公司合并，由羅伯特托馬辛1878年創(chuàng )立的奧福德鎳和銅公司，以及由SJ Ritchie于1886年創(chuàng )立加拿大銅業(yè)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(jià)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(jìn)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(yè)公司，但仍然使用INCO的昵稱(chēng)。

INCO經(jīng)過(guò)大蕭條進(jìn)入第二次世界大戰。這場(chǎng)戰爭就像對第一次世界大戰一樣，對鎳產(chǎn)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(guò)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(fā)，鎳需求旺盛，INCO開(kāi)始難以滿(mǎn)足這一需求。其他公司順利進(jìn)入鎳產(chǎn)業(yè)，INCO作為最重要的鎳生產(chǎn)商和供應商開(kāi)始減少。

2006年8月14日,巴西礦業(yè)公司淡水河谷以170億美元現金收購Inco。收購協(xié)議的一部分,淡水河谷將Inco鎳作為一個(gè)獨立的礦業(yè)部門(mén)運行;所有的淡水河谷鎳業(yè)務(wù),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(chǎng)），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(kāi)發(fā)，制造，銷(xiāo)售和分銷(xiāo)的公司。


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(kāi)發(fā)商，制造商和經(jīng)銷(xiāo)商之一。標準產(chǎn)品形式包括板材和板材，棒材和坯料，無(wú)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(xiě)起源于Vereinigte Deutsche Metallwerke AG。公司成立于1930年，當時(shí)來(lái)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(fā)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。


Werdohl_VDM_Metals_FFSW

由此創(chuàng )立的企業(yè)是一家有色金屬制造商，擁有大量半成品和合金產(chǎn)品。最初重點(diǎn)是銅和黃銅，但后來(lái)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(chǎn)地點(diǎn)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(yè)集中趨勢的一個(gè)初步步驟，受到全球經(jīng)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(lǐng)先的鎳，鈷和鋯合金生產(chǎn)商和經(jīng)銷(xiāo)商，除了特殊的合金。

直到今天，VALE INCO、Haynes International、VDM Metals依然是世界領(lǐng)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(shí)，合金通常是唯一的解決方案。

所有早期的專(zhuān)利合金早已失去專(zhuān)利保護，現在世界許多其它生產(chǎn)廠(chǎng)都可以生產(chǎn)這些合金，或是其自己的商品名，或是符合標準或技術(shù)規范的通用合金名稱(chēng)。常用的標準規范如ASTM和DIN可能比著(zhù)名合金開(kāi)發(fā)生產(chǎn)廠(chǎng)家自定的標準限制性要求更少，廠(chǎng)商企業(yè)內部標準對合金化學(xué)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。

鎳合金的種類(lèi)

市場(chǎng)上可以買(mǎi)到的鎳合金產(chǎn)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(chǎn)品的ASTM規范列于表。某些鎳合金還有鑄造產(chǎn)品，它們通常具有與其鍛軋產(chǎn)品不同的特性。鎳合金一般按照其主要合金成分進(jìn)行分類(lèi)，下面簡(jiǎn)要介紹廣泛用于化工設備的鎳合金：

純鎳(合金200)

對各類(lèi)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(zhì)如硝酸。純鎳最重要的特性是其無(wú)可比擬的耐苛性堿甚至是熔融態(tài)苛性堿腐蝕的能力。雖然純鎳在干燥鹵素介質(zhì)中耐蝕性很突出，但在水露點(diǎn)以下其耐蝕性不足。對于溫度超過(guò)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(zhì)條件下表現最好，而充氣和氧化性化學(xué)物質(zhì)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(huán)境中的適用性。合金600盡管對無(wú)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(xué)品的生產(chǎn)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(huán)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(yōu)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(wú)機酸和鹽的耐蝕性。鉬使合金具有耐氯離子點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力。合金625是一種抗疲勞性能非常優(yōu)異的高強度材料，合金625LCF是合金625的衍生牌號，波紋管專(zhuān)用，具有十分優(yōu)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(huán)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(zhì)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(zhì)。高鉻含量也提高了材料在高溫硫化環(huán)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(shí)也被列入超級奧氏體不銹鋼系列中。它在硫酸和磷酸介質(zhì)條件表現出色，與合金20類(lèi)似，開(kāi)發(fā)它們主要目的是用于硫酸和磷酸介質(zhì)。雖然合金825耐鹽酸腐蝕的能力尚可，但是它容易發(fā)生氯離子點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕，特別是在不流動(dòng)、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(guò)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(jīng)受還原性和氧化性?xún)煞N介質(zhì)條件。后來(lái)開(kāi)發(fā)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(xué)工業(yè)用于應對腐蝕性極強的介質(zhì)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(lèi)腐蝕性化學(xué)物質(zhì)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(huán)境中表現優(yōu)異。由于合金C-276鉬含量較高，因此它對氯離子引起的點(diǎn)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(guò)程，促進(jìn)了幾種專(zhuān)利“C”系列合金的開(kāi)發(fā)與商業(yè)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(diǎn)的鹽酸設備。氧化性化學(xué)物質(zhì)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(zhì)的鐵離子和銅離子等強氧化劑。后來(lái)開(kāi)發(fā)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(gè)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。