主要总结了镍基合金性能、分类及焊接性能

镍基高温合金综述（总结）

镍基合金应用领域：航空航天，核工程、能源动力、交通运输、油气开发、石油化工，海洋工程、冶金工业、冶金行业。航空发动机和工业燃气轮机涡轮叶片等热端部件的主要用材。目前广泛应用于涡轮机的热端机部件。涡轮部分的工作叶片导向热片、涡轮盘、燃烧室等高温部件。

镍基合金性能：高温合金(Superalloy)是以铁-镍-钴为基体的一类高温结构材料，可以在600℃以上高温环境服役，并能承受苛刻的机械应力、高温合金具有良好的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用可靠性。适合长时间在高温下工作、耐磨蚀。镍基合金不仅在诸多工业腐蚀环境中具有独特的抗腐蚀甚至抗高温腐蚀性能，而且具有强度高、塑韧性好，可冶炼、铸造、冷热变形、加工成型和焊接等性能。

镍基合金组成成分：镍基高温合金通常含有Cr，Co，W，Mo，Re，Al，Ti，Nb，Ta，Hf，C，B，Zr和Y等十余种合金元素这些元素在合金中起着不同的作用。高温合金一般是以铁钴或镍形成的面心立方基体(γ)为基，可在较高温度下使用的合金。镍固态具有面心立方结构，无同素异构转变、化学活泼性低，在大气中是抗蚀性最强的金属之一。镍基合金中镍含量都在30%以上，其中W(Ni+Fe)≥50%的称为铁镍基耐蚀合金，W(Ni)≥50%的称为镍基耐蚀金。

镍具有高的化学稳定性，在500℃以下几乎不氧化，常温下也不受湿气、水及某些盐类水溶液的作用。镍在硫酸及盐酸中溶解很慢，而在硝酸中溶解很快。镍具有很大的合金化能力，甚至添加十余种合金元素也不出现有害相，这就为改善镍的各种性能提供潜在的可能性。纯镍的力学性能虽不高，但塑性却极好，尤其在低温下塑性变化不大。

镍基合金的分类及应用：

Ni-Cu系：最早的是SMC生产的Monel400系Ni70Cu30.添加S(0.4％)可改善Ni-Mo切削性能成了Monel R-405、添加适量的Al和Ti就成了沉淀型的Monel K-500。Ni-Cu合金主要用于弱还原性溶剂，特别是氢氟酸。特点：较高的强度和韧性，又具有优良的抗还原酸及强碱介质和海水等腐蚀的性能，通常用于制造输送氢氟酸(H F)、盐水、中性介质、碱盐及还原性酸介质的设备。

Ni-Mo系：Hastelloy A系列，在Hastelloy A系列上调整Mo含量和降低Fe的含量就成了Hastelloy B系列。通过降低合金的C、Si含量而成功开发了Hastelloy B-2

Ni-Cr系：典型产品系列有SMC公司的Inconel 、Incoloy ，哈氏公司的Hastelloy C、

主要总结了镍基合金性能、分类及焊接性能

Hastelloy D、Hastelloy G。蒂森克虏伯公司的Nicrofer系列。Ni-Cr系合金主要用于强氧化性介质。铬的加入使镍的耐氧化性酸、盐以及抗高温氧化、硫化、钒腐蚀的能力显著增加。

(1) Ni-Cr-Mo系：典型的在Ni-Cr-Mo系商业合金为Hastelloy C系列，在Hastelloy A系列用15％Cr代替Fe并加入W元素进行固溶处理。再适当降低C、Si含量就成了Hastelloy C-276。在Hastelloy C-276基础上将W含量降低为零，C含量在0.015％以下、同时减少Fe 添加Ti，就成了Hastelloy C-4。提高Cr的含量，同时使Cr、Mo、W达到平衡Hastelloy C-22。在Hastelloy C-22的基础上降低Cr、Fe、W含量，将Co、Mn、V等元素降至零，同时增加Ni、Mo含量得到C-22HS合金。蒂森克虏伯VDM的Nicrofer5923hMo合金59号合金。C、Si含量极低Fe含量较低Cr、Mo含量最高未添加W、Cu、Ti和Ta等元素是最纯的合Ni-Cr-Mo 金。SMC公司的Inconel686合金也属于系Ni-Cr-Mo列与C-276合金组成相似Mo、W含量相当但Cr含量提高至21％。在59号合金上基础上添加1.6％的Cu 可使合金抗还原性介质腐蚀能力大幅度提高这就是目前C系列中最高端产品Hastelloy C-2000 它是哈氏公司1995年的专利产品18Ｃ-2000。

(2) Ni-Cr-Si系：哈氏公司90年代推出的D-205是基于Ni-20Cr发展而来典型成分为65％Ni20％Cr6％Fe５％Si2.5％Ｍo２％Cu0.03％Ｃ。

(3) Ni-Cr-Fe系：是现在商业化牌号最多的。SMC生产的Ni-Cr-Fe系合金大部分都可以类为Inconel系列，有600，690、693和718系列，而哈氏公司则属于Hastelloy G系列G 3、G30、G35和G 50系列。与Inconel600相比，将Cr含量提高1倍，同时适当平衡Ni、Fe含量就得到Inconel690合金。Inconel718合金是1959年美国发明的一种镍基高温合金。作为一种Ni-Cr-Fe-Nb基同时含有少量Mo、Ti、Al和其它微量有益元素的时效硬化型合金，从低温到650~700℃的范围内均具有较好的制造适应性、焊接性及抗焊接裂纹能力，而且还具有高的屈服强度、抗拉强度和持久强度，是Inconel系列中最有名的牌号之一。HastelloyG3合金是添加Mo、Cu的Ni-Cr-Fe合金，同时一些有害微量元素被严格控制以提高合金热影响区的腐蚀抗力及可焊性。

Ni-Fe系：(Ni含量大于30%，Fe+Ni含量大于50%，通常也称为Fe-Ni系)Ni含量有所降低，但仍维持在较高水平，因此成本上具有一定优势，同时还含有Cr、Mo、Cu、Ti和Al等元素，通常Cr含量仍高达20%以上，按三元系来分类属于Ni-Fe-Cr(部分属于Fe-Ni-Cr)，其耐腐蚀性能尽管略逊于Ni-Cr-Fe系，主要性能则与之基本相当，商业系列主要属于Incoloy和Nicrofer，典型牌号Incoloy800(800H、800HT)、825、864和925等.有Incoloy800是inco公司(SMC公司前身)于20世纪50年代推出的。由于碳含量较高的800合金与碳含量较低材料相比具有更高的蠕变和断裂性能，因此将碳含量从0.05％提高至0.05％～0.10％，同时将平均晶粒尺寸的要求

主要总结了镍基合金性能、分类及焊接性能

提高至ASTM5级或更粗大，则可提高设计应力，这就变成了Incoloy800H合金。

国外知名企业

美国国际镍合金集团SMC(Special Metals Corporation ):Monel、Inconel、Incoloy

美国哈氏合金国际公司(Haynes International Inc)：HaynesB、HaynesC、HaynesD、HaynesG 美国卡彭特技术公司(Aarpenter Technology Corporation)

美国阿勒格尼技术公司(Allegheny Technologies Incorporated、ATI)

德国蒂森克虏伯VDM公司(Thyssen Krupp VDM)：Nicrofer（Inconel 601H Nicrofer6023H）、Cronifer、Nicorros、Nimofer

法国安赛乐米塔尔不锈钢及镍合金公司前身是法国殷菲合金(Imphy Alloys)

日本住友金属工业株式会社(Sumitomo Metal Industries，Ltd)

日本冶金工业株式会社(Nippon Yakin Kogyo co.Ltd)

国内知名企业

重庆材料研究院CMRI

钢铁研究总院宝钢特殊钢公司

长城特钢及抚顺特钢

镍及镍基合金可焊接方法：

手工钨极氩弧焊、手工焊条电弧焊、熔化极惰性气体保护焊、埋弧自动焊

镍及镍基合金焊接时常见的缺陷及防止措施：

缺陷产生原因防止措施

气孔1、氢气、氧气、二氧化碳在熔化的液

态镍基合金中溶解度极大,而在固态溶

解度大大减小。

2、焊接坡口及其两侧的油污、水分、

灰尘及氧化层清理不干净。

3、焊接电流及电弧电压较低,焊接速度

过快

焊接热能量低。

4、焊枪气体保护喷嘴直径较小,保护

气体流量过低,气体保护效果不良。

5、焊条烘干不良, 烘干温度计保温时

间不够

1、采用含有脱氧元素或形成氧化物(如铝和钛,它们与氧和氮

有较强的亲和力并形成稳定的化合物的焊条或焊丝可减少

气孔。

2、焊接坡口及其两侧用专用砂轮或不锈钢丝刷将氧化层清

除干净,并用丙酮和无水乙醇去除其表面油污、水分、灰尘等

有害物质。

3、选用适宜的焊接电流、电弧电压和焊接速度即焊接线能

量进行施焊,使有害气体在熔敷金属凝固前充分逸出。

4、选用直径较大的焊枪气体保护喷嘴使其对熔敷金属有足

够的气体保护面积,并选用适当的气体保护流量,使其具有

良好的气体保护效果,防止空气中的氢、氧、氮等有害气体

侵入熔池金属中。

5、严格按规定的烘干温度和保温时间对所使用的焊条进行

烘干,使用时将焊条放置在保温筒中

夹渣1、焊接材料和填充金属不干净

2、层间清理不良

3、焊接电流过小

1、采用化学和机械方法清除坡口及焊丝油物及

氧化膜

2、用适当的电流

未熔合1、坡口型状不合理

2、有残留氧化物

3、焊接电流过小或焊速过大

1、加大坡口角度

2、采用化学和机械方法清除氧化膜

3、适当增大焊接电流

主要总结了镍基合金性能、分类及焊接性能

热裂纹结晶裂纹

残存在晶界的低熔共晶成液态薄膜状

态分布在晶粒表面，引起晶界的分离，

在冷却收缩产生的拉应力作用下形成

结晶裂纹。

严格控制S、P和Si等的含量液化裂纹

液化裂纹形成机理在本质上与结晶裂

纹相同，都是由于晶间脆硬的低熔共晶

相在高温应力作用下开裂，唯一区别在

于结晶裂纹是液态焊缝金属在凝固过

程中形成的，而液化裂纹是固态的母材

在热循环的峰值温度作用下使晶间重

新熔化后形成的。

镍基合金焊接特点：

（一）、液态焊缝金属流动性差镍基合金不能像钢焊缝金属那样通过增大焊接电流改进焊缝金属的流动性，若增加电流，反而起着有害作用这是镍基合金的固有特性由于焊缝金属流动性差，不易流到焊缝两边因此为获得良好的焊缝成形，有时采用摆动工艺，但这种摆动是小摆动大的摆幅容易引起咬边为了消除这一缺陷，焊工在摆动到每一侧极限位置时，要稍停顿一下，以便有足够的时间使熔化的焊缝金属填满咬边此外焊接的电弧要尽量短。

（二）、焊缝金属熔深浅焊缝金属熔深浅是镍基合金的固有特性同样不能通过增大焊接电流来增加熔深。如上所述，如果电流过大对焊接有害，引起裂纹和气孔。由于焊缝金属熔深浅，接头钝边的厚度要薄一些。

类型名称生产公司

常见的牌

号

性能应用领域

Ni-Cu蒙乃尔

Monel SMC

Ni70Cu30

Monel400

MoonelC

Monel403

Monel404

MonelR405

Monel406

Monel 411

MonelK500

Monel502

具有较好的耐H F、海水盐水及

缝隙腐蚀性能。在还原性介质

中耐蚀性优于镍,而在氧化性介

质中耐蚀性又优于铜,在无氧和

氧化剂的条件下,是耐高温氟

气、氟化氢和氢氟酸的最好的

材料。主要用于弱还原性溶剂。

石油与化工行业、海洋

开发。换热设备、锅炉、

给水加热器、石油和化

工用管线、容器、塔、

槽。用于制造输送氢氟

酸(H F)、盐水、中性

介质、碱盐及还原性酸

介质的设备。

Ni-Mo hastelloy

Haynes Internatioal

、Special Metal( 超合

金集团) 和德国蒂森

克虏伯公司

hastelloyA

hastelloyB

hastelloyC

hastelloyF

哈氏合金作为高级的镍基合金,

对多种恶劣的腐蚀环境,如湿

氧、亚硫酸、强氧化盐介质等

都有优异的抗腐蚀性能。主要

用于强还原性介质。

制造盐酸容器的衬里、

管道

Ni-Cr Ni-Cr-Mo SMC

哈氏公司、蒂森克虏hastelloyC

C-276

C-4

既耐硝酸又耐

硫酸腐蚀,在一

些氧化、还原性

主要在氧化

性介质条件

下使用,抗

强腐蚀性氧化一还原

复合介质中应用装置,

以及在高温海水中应

主要总结了镍基合金性能、分类及焊接性能

伯公司C-22 混合酸中也有

很好的耐蚀性高温氧化和

含硫、钒等

气体的腐

蚀,其耐蚀

性随铬含量

的增加而增

强;耐氢氧

化物(如Na

O H、KO H)

腐蚀和耐应

力腐蚀

用的装置

Ni-Cr-Fe 因康镍

inconel

Inconel600

Inconel686

Inconel690

抗氧化性能好,

在高温水蒸气

中具有优良的

耐蚀性能,可用

来制造化工、石

油化工和电力

工业中的过热

器、再热器、转

化炉管、裂解炉

管等

化学工业中,用来制造

加热器、换热器、蒸发

器、蒸馏塔、冷凝器,

以及盛装硝酸及硝酸

加氢氟酸等用途的容

器、管道、塔和槽等

Ni-Cr-Si哈氏D-205 超氧化介质、较

高的抗应力腐

蚀、抗点蚀能

力、优异成形

性、良好的抗高

温脆性

高温高浓度硫酸环境

下的板式换热器

Ni-Fe-Cr Incoloy SMC Incoloy800

具有较高的

高温强度以及抗氧化

抗渗碳和其它形式的

高温腐蚀性能

常用于加热管、热交换器及蒸

汽腐蚀器等

其它镍基合金Ni-Si

Ni82

Si9 可抗硫酸（任一浓度和沸点温度）腐蚀、有机酸及盐的腐蚀

2013年10月25日