• 硫与镍、锰形成NiS、MnS、（Ni, Mn) S等硫化物，存在于合金晶界 区。这 些硫化物溶于酸性氯化物溶液中产生的蚀坑就成为点蚀和缝隙腐 蚀的源头。
16.3杂质元素对耐蚀合金性能的影响
• 2.降低耐蚀合金的热加工性能
• 含镍、铬、钼、铜、钨较髙的耐蚀合金，本身具有较高的变形抗力， 很难进行 热加工。如果再加上低熔点硫化物的存在，将使合金热加工塑 性下降，给热加工带 来更大难度。
• 碳在耐蚀合金中的危害，与在不镑耐酸钢中相同。碳同合金中的铬形 成碳化铬 Cr23C6，从而导致局部贫铬，使合金的耐蚀性下降，并形成 晶间腐蚀。 • 2.对合金的固溶强化作用
• 碳是间隙型原子，有很强的固溶强化奥氏体能力。随着合金中含碳量 的增加， 耐蚀合金的强度提高。
16.3杂质元素对耐蚀合金性能的影响
16.3杂质元素对耐蚀合金性能的影响
• 16.3.3铁元素的影响
• 在镍基耐蚀合金中，铁是杂质元素。在镍基耐蚀合金中，应依据规定 对含铁 量进行控制。当要求含Fe量（质量分数） 备1.00%时，应尽量低 控铁含量。 • 16.3.4硫元素的影响
•
• •
硫是耐蚀合金中影响其性能较大的杂质元素
硫对合金性能的影响主要表现在以下几个方面。 1.降低合金的耐蚀性
16.4耐蚀合金的冶炼方法
• 3.降低合金中非金属夹杂物的含量
• 合金中硫化物夹杂能降低耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能。对含镍量高的镍 基耐蚀合 金来说，硫化物夹杂的危害更为严重。
• • 4.得到致密的低倍组织 致密的钢锭组织，对合金的耐蚀性和力学性能具有极其重要的作用。
16.4耐蚀合金的冶炼方法
• 16.4.2耐蚀合金适用的冶炼方法
•
2.铝能提高合金高温抗氧化、抗渗碳和抗氯化性能
• 耐蚀合金的铝还能在高温氧化气氛中，在合金表面形成一层致密的 A1203氧化 膜，抵制氧、碳、氯的侵蚀作用。 • 3.降低合金晶间腐蚀敏感性 • 镍基和铁镍基耐蚀合金中，加入少量钛能同合金中碳形成TiC，避免 碳化铬 Cr23C6的析出，从而降低合金产生晶间腐蚀的可能性。
0.005
16.4耐蚀合金的冶炼方法
• (2)降低合金含硫量的途径采用双联法冶炼时，主要通过以下方法控 制和 降低含硫量： • • • • • • 1）控制由原材料带人的硫含量。 2）通过合金的初炼过程降低含硫量。 3)通过电渣重熔降低合金含硫量。 2.感应炉冶炼耐蚀合金时的脱硫操作 中频感应炉冶炼低硫合金时的脱硫措施包括以下内容： (1)选用低含硫量的造渣用石灰和萤石
• （1）耐蚀合金含硫量的控制水平按照耐蚀合金用途的不同，对含硫 量提出 三级要求。如表所示
各个环节 规格标准 配料计算 初炼合金 电渣重熔 0.030 0. 020 0.012 0.006 含硫量（质量分数，％) ≤ 0.020 0.015 0. 009 0.015 0.010 0.006 0.003
16.4耐蚀合金的冶炼方法
• 2.电渣重熔可以显著提高合金的热塑性
• 镍基耐蚀合金中热加工比较困难的牌号，合金的热塑性差，变 形抗 力大。但是，经过电揸重熔之后，合金 的热塑性得到显著提高。高温热 塑性几乎提 高了一倍。
• 3.适合冶炼耐蚀合金的冶炼方法
• 1)真空感应炉冶炼。适合冶炼含易氧化 元素铝、钛含量较低的铁镍铬 耐蚀合金。
• 3.降低合金的高温强度
• 随着合金含硫量的升高，耐蚀合金的高温强度和塑性下降，特别是对 高温持久 强度会产生不利的影响。
16.3杂质元素对耐蚀合金性能的影响
• 16.3.5非金属夹杂物的影响
• 1.硫化物夹杂对合金的危害 • 耐蚀合金中，硫化物夹杂主要以MnS、NiS、（Mn, Ni) S，或以氧化 物、硅酸 盐为核心，外包硫化物的复合夹杂物等形式存在。这些硫化夹 杂物的数量，随着合 金中含硫量和含锰量的增加而增多。硫化物和硫氧 化物夹杂物，大多沿晶界区分 布，易溶于酸中，成为孔蚀和缝隙腐蚀的 源头。 • • 2.氧化物和硅酸盐夹杂物对合金的危害 耐蚀合金中氧化物夹杂主要有Cr203、Al203。
• 在耐蚀合金中，钨与钼的作用相似。钨主要改善镍基耐蚀合金的耐点 蚀、耐缝 隙腐蚀和耐局部腐蚀性能。 • 3.钒元素在合金中的作用
• 钒加入镍铬耐蚀合金中，主要形成VN，起细化合金晶粒，提高强度 的作用。
16.3杂质元素对耐蚀合金性能的影响
• 16.3.1碳元素的影响
• • 碳在耐蚀合金中为有害杂质，它对合金性能的危害有以下几方面。 1.降低合金的耐蚀性
第16章 镍基和铁镍基耐蚀合金的冶炼
主讲人：姚春发 高工
16.1镍基和铁镍基耐蚀合金概况
• 16.1.1耐蚀合金的含义
• 以镍铬或铁镍铬元素为基体，含有钼、钨、铜、铌、铝、钛等元素的 耐蚀材 料；在强腐蚀介质中表面能形成一层致密、稳定、耐蚀性极强的 保护膜，抵抗腐蚀 介质对金属的侵蚀；具有比耐酸不锈钢更强的耐蚀性 的合金，称为耐蚀合金。
16. 2合金元素在耐蚀合金中的作用
• 16.2.1镍元素的作用
• • • • 镍在合金中的作用主要体现在以下几个方面。 1.使合金具备稳定的奥氏体组织 2.镍使合金具有一定的耐蚀性 3.镍能改善耐蚀合金的力学性能
16. 2合金元素在耐蚀合金中的作用
• 16.2.2铬元素的作用
• 1.提高合金的耐蚀性 • 镍铬耐蚀合金中，随添加铬量的增加，合金的耐蚀性增强。特别能使 其耐氧化 性酸、盐介质以及耐硫化介质的腐蚀性能得到提高。 • 2.提高合金高温抗氧化和抗硫 化性能 • 铬能显著提高镍基耐蚀合金和铁 镍基耐蚀合金的高温抗氧化和抗硫 化 性能。 • 3.铬与钼共同使用可发挥最好效果
• 铬单独使用时，只能提高耐蚀合金在氧化性酸介质（如硝酸）中的耐 蚀性， 不能改善合金在还原性酸（如硫酸）介质中的耐蚀性。铬与钼同 时使用时，铬能提高耐蚀合金 在还原性酸介质中的耐蚀性。
16. 2合金元素在耐蚀合金中的作用
• 16.2.3钼元素的作用
• • • 1.提高合金在还原性介质中的耐蚀性 镍中加人钼时，可以提高在还原酸介质盐酸、硫酸中的耐蚀性。 2.钼对合金组织结构的影响
16. 2合金元素在耐蚀合金中的作用
• 16.2.6铝和钛元素的作用
• 1.铝、钛元素的时效强化作用 • 在镍基和铁镍基耐蚀合金中，当铝、钛同时存在时，它们以Ni3Al、 Ni3Ti或 Ni3 (Al，Ti)等金属间化合物相存在。当合金进行时效处理时， 金属间化合物， 以弥散状自基体金属中析出，使合金得到强化。
16. 2合金元素在耐蚀合金中的作用
• 16.2.7钨、钴、钒元素的作用
• 1.钴在合金中的作用 • 镍基耐蚀合金中，含钴量（质量分数）为1.0% ~2.0%。钻是不形成 碳化物 的元素，性质相似于镍。钴主要固溶于奥氏体中使基体得到强化， 特别有益于提高 合金的髙温强度。 • 2.钨元素在合金中的作用
• 16.3.2硅元素的影响
• 1.硅对合金耐蚀性的影响 • 耐蚀合金中含硅量分为两类：一类的含硅量（质量分数）小于0.5%, 或小于0.10%;另一类的含硅量（质量分数）为0.70% ~ 1.00%。不同含 硅量对合金的 耐蚀性产生不同的影响。
• (1)硅能提高合金的耐蚀性当合金含硅量大于1.00% (质量分数，下同） 和小于0.10%时，随着含硅量的增加（Si >1.00%时）和含硅量降低（Si <0.10% 时），合金在氧化性介质中的耐蚀性均得到改善。
• 钼和铬均为铁素体形成元素。随含量 的增加，为了保持耐蚀合金具 有稳定的奥 氏体组织，应当提高合金中的镍含量。
16. 2合金元素在耐蚀合金中的作用
• 16.2.4铜元素的作用
• • • 1.铜对合金耐蚀性的作用 铜能同镍形成固溶体，提髙镍在还原性酸中的耐蚀性。 2.铜对合金加工性能的影响
• 铜降低合金的加工硬化倾向，改善冷加工塑性；铜降低合金的热加工 塑性，使 热加工变形困难。
16. 2合金元素在耐蚀合金中的作用
• 16.2.5铌和钽元素的作用
• 1.降低合金晶间腐蚀敏感性 • 镍铁基耐蚀合金中，加人8 ~ 10倍碳含量的铌或钽后，同合金中的碳 形成NbC 或TaC,防止出现碳化铬Cr23C6而产生晶间腐蚀。 • 2.减少合金焊接热裂纹的产生 • 焊接镍基或铁镍基耐蚀合金时，当有少量铌或钽时，在焊后单一奥氏 体焊缝中 会形成少量δ铁素体，能有效地降低高温低塑性裂纹的产生。
16.1镍基和铁镍基耐蚀合金概况
• • 2.耐蚀合金的用途 (1)铁镍基耐蚀合金的用途
• 1)不含钼的铁镍铬合金。主要用于氧化性腐蚀介质中使用的换热器、 蒸汽发 生器以及加热管等结构件，还可以用于压力水中耐应力腐蚀的核 电站蒸汽管线等。 • 2)含钼的铁镍铬合金。主要用于氧化-还原性腐蚀介质中使用的换热 器、冷凝 器以及含卤族元素的腐蚀介质容器等，还可用于硫酸工业用装 置。 • (2)镍基耐蚀合金的用途 • 1)不含钼的镍铬合金。主要用于强氧化性腐蚀介质中使用的化工、核 工程装 置。例如：强硝酸、硝酸与氟氢酸混合酸用的容器和装置。 • 含钼的镍铬合金。主要用于强还原性腐蚀介质和强氧化-还原性腐蚀 介质， 以及海水介质中使用的装置、容器和管线等。
•
这些夹杂物主要能降低合金的塑性和韧性。
16.4耐蚀合金的冶炼方法
• 16.4.1耐蚀合金对冶金质量的要求
• • 根据耐蚀合金的冶金质量特点来选择冶炼方法。 1.准确控制合金中易氧化元素含量
• 部分合金中含有Al =0.15%〜1.7% (质量分数，下同）、Ti =0.15% ~ 1.2%,而且铝、钛的成分范围又比较窄。另外，还有一些合金要求加入B =0.005% ~0. 015%和RE =0.20% ~0. 60%。因此，必须选择合适的冶炼 方法，保 证易氧化元素能有效地加人合金。 • 2.降低合金中碳、硅、硫含量 • 部分镍基耐蚀合金根据使用性能的需要，要求合金中含C<0. 015% ~0. 020% (质量分数，下同）、Si≤0.10% -0.050%、S≤0.015% ~0. 020%。为此，应通过 合适的冶炼工艺，使合金中C、Si、S含量达到尽 量低的水平，以保证合金的使 用。