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鎳基合金是指在650~1000℃高溫下有較高的強度與一定的抗氧化腐蝕能力等綜合性能的一類合金。主要合金元素是銅、鉻、鉬,具有良好的綜合性能。按照主要主要性能又細分為鎳基耐熱合金,鎳基耐蝕合金,鎳基耐磨合金,鎳基精密合金與鎳基形狀記憶合金等。

1 鎳基合金 -簡介

主要合金元素是銅、鉻、鉬,具有良好的綜合性能,可耐各種酸腐蝕和應力腐蝕。最早應用(1905年美國生產)的是鎳銅(Ni-Cu)合金,又稱蒙乃爾合金(Monel合金Ni 70 Cu30);此外還有鎳鉻(Ni-Cr)合金(就是鎳基耐熱合金,耐蝕合金中的耐熱腐蝕合金)、鎳鉬(Ni-Mo)合金、鎳鉻鉬(Ni-Cr-Mo)合金等。與此同時,純鎳也是鎳基耐蝕合金中的典型代表。這些鎳基耐蝕合金主要用於製造石油,化工,電力等各種耐腐蝕環境用零部件。

按照主要主要性能又細分為鎳基耐熱合金,鎳基耐蝕合金,鎳基耐磨合金,鎳基精密合金與鎳基形狀記憶合金等。 

2 鎳基合金 -類別

鎳基耐蝕合金多具有奧氏體組織。在固溶和時效處理狀態下,合金的奧氏體基體和晶界上還有金屬間相和金屬的碳氮化物存在,各種耐蝕合金按成分分類及其特性如下:

Ni-Cu合金

鎳基合金鎳基合金 
在還原性介質中耐蝕性優於鎳,而在氧化性介質中耐蝕性又優於銅,它在無氧和氧化劑的條件下,是耐高溫氟氣、氟化氫和氫氟酸的最好的材料(見金屬腐蝕)。

Ni-Cr合金

也就是鎳基耐熱合金;主要在氧化性介質條件下使用。抗高溫氧化和含硫、釩等氣體的腐蝕,其耐蝕性隨鉻含量的增加而增強。這類合金也具有較好的耐氫氧化物(如NaOH、KOH)腐蝕和耐應力腐蝕的能力。

Ni-Mo合金

主要在還原性介質腐蝕的條件下使用。它是耐鹽酸腐蝕的最好的一種合金,但在有氧和氧化劑存在時,耐蝕性會顯著下降。

Ni-Cr-Mo(W)合金

兼有上述Ni-Cr合金、Ni-Mo合金的性能。主要在氧化-還原混合介質條件下使用。這類合金在高溫氟化氫氣中、在含氧和氧化劑的鹽酸、氫氟酸溶液中以及在室溫下的濕氯氣中耐蝕性良好。

Ni-Cr-Mo-Cu合金

具有既耐硝酸又耐硫酸腐蝕的能力,在一些氧化-還原性混合酸中也有很好的耐蝕性。

3 鎳基合金 -應用領域

鎳基合金在許多的領域中,比如:
1、海洋:海域環境的海洋構造物,海水淡化,海水養殖,海水熱交換等。
2、環保領域:火力發電的煙氣脫硫裝置,廢水處理等。
3、能源領域:原子能發電,煤炭的綜合利用,海潮發電等。
4、石油化工領域:煉油,化學化工設備等。
5、食品領域:製鹽,醬油釀造等。在以上的眾多領域中,普通不鏽鋼304是無法勝任的,在這些特殊的領域中,特種不鏽鋼是不可缺少的,也是不可被替代的。近幾年來,隨著經濟的快速發達,隨著工業領域的層次的不斷提高,越來越多的項目需要檔次更高的不鏽鋼。隨著各行業對鎳基合金需求量的增長。2011年中國鎳基合金市場規模達到230.7億元,同比增長率19.47%。因此,行業發展水平處於穩步上升趨勢。

4 鎳基合金 -各種元素在合金中的作用

硼、硅元素的作用:顯著降低合金熔點,擴大固液相線溫度區,形成低熔共晶體;脫氧 還原作用和造渣功能;對塗層的硬 化、強化作用;改善操作工藝性能
銅元素的作用:提高對非氧化性酸的耐蝕性
鉻元素的作用:固溶強化作用、鈍化作用;提高耐蝕性能和抗高溫氧化性能;富餘的鉻容易與碳、硼形成碳化鉻、硼化鉻硬質相從而提高合金硬度和耐磨性
鉬元素的作用:原子半徑大,固溶后使晶格發生大的畸變,顯著強化合金基體,提高基體的高溫強度和紅硬性;可以切斷、降低塗層中的網狀組織;提高抗氣蝕、沖蝕能力。

5 鎳基合金 -生產工藝

冶鍊方面

為了獲得更純凈化的鋼水,減低氣體含量與有害元素含量;同時由於部分合金中有易氧化元素如Al,Ti等存在,非真空方式冶鍊難以控制;更是為了獲得更好的熱塑性,鎳基耐熱合金,通常採用真空感應爐熔煉,甚至用真空感應冶鍊加真空自耗爐或電渣爐重熔方式進行生產。

變形方面

採用鍛造、軋制工藝,對於熱塑性差的合金甚至採用擠壓開坯后軋制或用軟鋼(或不鏽鋼)包套直接擠壓工藝。變形的目的是為了破碎鑄造組織,優化微觀組織結構。

鑄造方面

通常用真空感應爐熔煉母合金保證成分與控制氣體與雜質含量,並用真空重熔-精密鑄造法製成零件。

熱處理方面

變形合金和部分鑄造合金需進行熱處理,包括固溶處理、中間處理和時效處理,以Udmet 500合金為例,它的熱處理制度分為四段:固溶處理,1175℃,2小時,空冷;中間處理,1080℃,4小時,空冷;一次時效處理,843℃,24小時,空冷;二次時效處理,760℃,16小時,空冷。以獲得所要求的組織狀態和良好的綜合性能。 

6 鎳基合金 -其他相關材料

精密合金

包括鎳基軟磁合金、鎳基 精密電阻合金和鎳基電熱合金等。最常用的軟磁合金是含鎳80%左右的玻莫合金,其最大磁導率和起始磁導率高,矯頑力低,是電子工業中重要的鐵芯 材料。鎳基精密電阻合金的主要合金元素是鉻、鋁、銅,這種合金具有較高的電阻率、較低的電阻率溫度係數和良好的耐蝕性,用於製作電阻器。鎳基電熱合金是含鉻20%的鎳合金,具有良好的抗氧化、抗腐蝕性能,可在1000~1100℃溫度下長期使用。

記憶合金 含鈦50(at)%的鎳合金。其回復溫度是70℃,形狀記憶效果好。少量改變鎳鈦成分比例,可使回復溫度在30~100℃範圍內變化。多用於製造航天器上使用的自動張開結構件、宇航工業用的自激勵緊固件、生物醫學上使用的人造心臟馬達等。

7 鎳基合金 -市場趨勢

產品結構 隨著中國宏觀經濟環境及工業發展形勢的良好運行,各個行業均或多或少獲得了相應的影響,鎳基合金行業也不例外,加之行業內的企業通過近些年不斷引進國外的先進生產設備及配套技術,帶動了鎳基合金行業市場的繁榮發展。目前有合金鎳粉末、鎳合金型材、鎳合絲及鎳合金管等幾類基本產品。
價格 價格的高低是鎳基合金企業在做戰略時的主要考慮因素,因為當前鎳基合金行業集中度較高,所以競爭比較激烈,但是未來隨著中國經濟運行形勢良好發展,中國廉價勞動力的勞動成本也在逐年上升,加之鎳基合金行業也逐漸的開始集群化發展,並與國內知名機構在一定的區域內集中形成上、中、下游結構完整性,外圍加大對產業體系的支持,終將導致鎳基合金產品價格呈現上升趨勢。
渠道 中國鎳基合金行業的營銷渠道分為以下兩種:一是生產企業——經銷商——消費者二是生產企業——代理商——經銷商——消費者,這種營銷渠道存在一定的市場瓶頸。未來,中國鎳基合金行業產品的營銷渠道很有可能向寬渠道、長渠道拓展,加強與上、下游企業的緊密供應及與科研界、學術機構等的緊密合作,使自身企業的延伸產業鏈條,向一體化的全產業鏈模式前進,為自身企業謀得更多的市場份額的同時,也推動了鎳基合金行業的整體發展。
服務 隨著科學技術的進步,產品技術越來越複雜,消費者對企業的依賴性越來越大。他們購買產品時,不僅購買產品本身,並且希望在購買產品后,得到可靠而周到的服務。企業的質量保證、服務承諾、服務態度和服務效率,已成為消費者判定產品質量,決定購買與否的一個重要條件。
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