耐腐蚀材料在阀门中的应用.doc

耐腐蚀金属材料不锈钢和镍基合金在阀门中的应用 年 月引用标准规范GB/T 1220 不锈钢棒GB/T 12230 通用阀门 奥氏体钢铸件技术条件GB/T 2100 一般用途耐蚀钢铸件ASTM A182 高温用锻制或轧制合金钢和不锈钢管法兰、锻制配件、阀门及零部件ASTM A276 不锈钢棒材和型材ASTM A351 承压零件用奥氏体钢铸件ASTM A494 镍和镍合金铸件ASTM A564 热轧及冷精轧时效硬化处理的不锈钢棒材和型材ASTM A743 一般用途耐蚀铬铁及铬铁镍铸件ASTM A744 恶劣工况用耐蚀铁铬镍铸件ASTM A890 一般用途铁铬镍钼双相（奥氏体-铁素体）耐蚀铸件ASTM A995 承压件用奥氏体-铁素体（双相）不锈钢铸件ASTM B160 纯镍杆材和棒材ASTM B164 镍铜合金杆材棒材及线材ASTM B166 镍-铬-铁合金（UNS N06600 N06601 N06603 N06690 N06693 N06625 N06645）和镍-铬- 钴-钼合金杆材、棒材和线材ASTM B335 镍钼合金杆材ASTM B408 镍-铁-铬合金杆材和棒材ASTM B446 镍-铬-钼-钶合金（UNS N06625）和镍-铬-钼-硅合金（UNS N06219）和镍-铬-钼-钨合金（UNS N06650）杆材和棒材ASTM B462 腐蚀性高温工况用锻制或轧制（UNS N6030 N06022 N06035 N06200 N06059 N06686 N08020 N08024 N08026 N08367 N10276 N10665 N10675 N10629 N08031 N06045 N06025 R20033）合金管法兰、锻制管配件、阀门及部件ASTM B564 镍合金锻件ASTM B574 低碳镍-铬-钼、低碳镍-铬-钼-钽、低碳镍-铬-钼-铜、低碳镍-铬-钼-钨合金杆材ASTM B637 高温设备用沉淀淬火镍合金棒、锻件及锻造坯料AMS 美国航天材料技术规范SAE 美国汽车工程学会标准ACI 美国铸造合金学会耐腐蚀金属材料-不锈钢和镍基合金在阀门中的应用随着我国石油、化学工业的发展，耐腐蚀材料的应用也日益广泛。而阀门是各工业领域中不可缺少的部件，阀门的材料应用是否得当，直接影响阀门的使用寿命和生产的安全运行。耐腐蚀材料多用于苛刻的生产环境。如何正确应用这些材料，充分发挥材料的功能以适应相应工况的要求是至关重要的。1.不锈钢不锈钢包括奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢。1.1奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢是最常用的耐腐蚀材料，采用它是应用它优良的耐腐蚀性（相对的）和优良的韧性（变形性能）以及优良的焊接性和耐高温、低温性能。1.1.1常用的奥氏体不锈钢牌号表1-1奥氏体不锈钢锻材 型材ASTM牌号UNS 牌号GB/T1220牌号ASTM牌号UNS牌号GB/T1220牌号A276 304S3040006Cr19Ni10A276 304LS30403022Cr19Ni10A182 F304A182 F304LA276 316S3160006Cr17Ni12Mo2A276 316LS31603022Cr17Ni12Mo2A182 F316A182 F316LA276 321S3210006Cr18Ni11TiA276 347S3470006Cr19Ni11NbA182 F321A182 F347表1-2奥氏体不锈钢铸材ASTM牌号UNS牌号GB/T12230牌号ASTM牌号UNS牌号GB/T12230牌号A351CF8J92600ZG08Cr18Ni9A351CF3J92500ZG03Cr18Ni10A744CF8A744CF3A351CF8MJ92900CF8MA351CF3MJ92800CF3MA744A744A351CF8CJ92710CF8CZG08Cr18Ni9TiA744ZG12Cr18Ni12Mo2Ti1.1.2用于耐腐蚀工况时应注意的事项奥氏体不锈钢的耐腐蚀性是相对的，不是什么样的腐蚀性介质都能承受。金属的耐腐蚀性根据腐蚀介质的种类、浓度、温度、压力、流速等环境因素，以及金属本身的性质，即含有的成分、加工性、热处理等诸多因素的差异而分别有不同的腐蚀状态和腐蚀速度。金属的腐蚀形态可分为两大类，均匀（全面）腐蚀和局部腐蚀。据调查化工装置中局部腐蚀约占70%。局部腐蚀的形态有多种如：缝隙腐蚀、脱层腐蚀、应力腐蚀、孔蚀，晶相腐蚀等。在阀门制造上经常遇到的是晶间腐蚀。1.1.2.1晶相腐蚀的定义和产生的原因晶间腐蚀：在特定的介质中，局部地沿着结晶粒子边界向深度方向腐蚀的形式称晶间腐蚀。这种腐蚀外面看不出腐蚀迹象。严重的晶间腐蚀可以穿过整个机体厚度。产生晶间腐蚀的原因是当奥氏体不锈钢在450850保温或缓慢冷却时会产生晶间腐蚀，这是由于沿晶粒边界析出碳化铬Cr23C6或FeCr化合物称相，使晶界周围贫铬，在适合的腐蚀介质（产生晶间腐蚀的介质）中，就形成碳化铬（阴极）贫铬区（阳极）电池，使晶界贫铬区产生腐蚀。由上述可看出晶间腐蚀是有条件的。其内因是必须有碳化铬或相沿晶界析出使晶界贫铬，其外因是必须有腐蚀贫铬区的介质。水和一些中性溶液并不腐蚀贫铬区，所以即使存在贫铬区也不会产生晶间腐蚀。如果晶界不贫铬，即使有产生晶间腐蚀的介质也不会产生晶间腐蚀。所以产生晶间腐蚀的内因、外因缺一不可。产生贫铬的原因：一是钢水化学成分不合格，如碳高、铬低或含钛、铌的不锈钢中碳钛比或碳铌比不够。二是热处理工艺不正确或焊接或加工时加热至碳化物析出温度，而在900至400冷却速度不够快而析出碳化物造成贫铬。1.1.2.2控制晶间腐蚀的方法晶间腐蚀是奥氏体不锈钢最常见的腐蚀，其危害程度极大，在使用时必须给予控制。控制奥氏体不锈钢晶间腐蚀有三种方法：(1)执行正确的热处理工艺，将钢加热至1100水淬（急冷）使碳化物向固溶体中溶解。但是， 不同牌号的奥氏体不锈钢其淬火加热温度不完全都是1100，执行中要按标准规定。(2)加入固定碳的元素钛或铌；(3)采用含碳量0.03%的超低碳不锈钢。1.1.2.3晶间腐蚀检验晶间腐蚀检验的前提是试样的化学成分合格并经固溶处理。晶间腐蚀检验常用的方法是硫酸硫酸铜腐蚀试验方法，检验用的试片是80183（长宽厚），上下两平面磨至Ra0.8的薄片，并分为敏化状态试片和交货产品状态试片两种。敏化试片：将试片在650下加热，保温2小时（压力加工件）或l小时（铸件）空冷。交货产品试片：即试片经固溶处理，实际上是和铸件一同处理的试样上取下来的试片。判别：试片在酸中浸泡后弯曲90（铸件）或180（锻件）若有裂纹则不合格。不合格时铸件要重新处理，然后再作试验，但固溶处理的次数不得超过两次什么情况下要在敏化试片上作晶间腐蚀检验：含碳量0.03的超低碳奥氏体不锈钢；添加了稳定化元素Ti、Nb的奥氏体不锈钢；0.03C0.08不含稳定化元素用于焊接的奥氏体不锈钢。以上三种情况要在敏化试片上进行晶间腐蚀检验。什么情况下不敏化？含碳量0.03不含稳定化元素，不作焊接件的奥氏体不锈钢可不敏化。1.1.2.4奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂奥氏体不锈钢应力腐蚀的应力主要是拉应力（残余应力或施加的应力），在此应力与腐蚀共同作用下引起的开裂称应力腐蚀开裂，简称SCC（Stress corrosion cracking）.奥氏体不锈钢容易在含氯离子的腐蚀介质中产生应力腐蚀，当Ni含量达到8%10%时奥氏体钢的应力腐蚀倾向最大。1.1.2.5 CF类铸造奥氏体不锈钢的磁性CF类铸造合金和相对应的变形合金的金相组织不同。CF类铸造合金为铁素体奥氏体双相组织，而其相应的变形合金为单相奥氏体组织。由于铸造要考虑铸造的特性如：流动性、抗裂性等等，而变形合金则要考虑他的变形性能，因此其化学成分也是不同的。以316和CF8M为例,CF8M的含Si量比 316高，而含Ni量比316低，由于这种差异造成了CF类铸造合金与相对应的变形合金金相组织的不同。具有双向组织的铸造不锈钢中的铁素体是有磁性的，而单相奥氏体不锈钢是无磁性的。因此，用磁铁检验铸造奥氏体不锈钢，视其对磁铁是否吸引来判定是否合格是概念的混淆。这也就是制造铸件时要用铸造牌号而不用相应的变形合金牌号的理由。1.1.2.6用于低温工况时注意事项通用阀门常用奥氏体不锈钢作-101以下至-196的低温阀门，在低温工况下要注意材料的冷脆现象，即它的塑性降低。另外在低温下奥氏体转变成马氏体，体积产生变化，这些变化是造成阀门泄漏失效的主要原因。因此，奥氏体不锈钢作-101以下低温阀门时要作低于工作温度下的深冷处理，另外要检验它的低温韧性（特别是铸材），即做低温冲击试验。1.1.2.7用于高温工况是注意事项注意在高温工况下超低碳的不锈钢不能代替非超低碳不锈钢，即304L、316L不能代替304、316，同样CF3、CF3M不能代替CF8、CF8M。因为304L、CF3、CF3M最高使用温度为425。316L最高使用温度为450，而304、316、CF8、CF8M在一定条件下使用温度可达816。1.2奥氏体-铁素体双相不锈钢 双相不锈钢是不锈钢的一个重要分支，所谓双相不锈钢是在它的固溶体组织中铁素体相和奥氏体相各占50%，其中某一项的数量一般不超过65%。一般铁素体的含量在35%以上才能称为双相不锈钢，这样才能保证有最佳的综合性能。 根据两相组织的特点，通过正确的控制化学成分和热处理工艺，将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性能与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。1.2.1双相不锈钢的特点： (1)、双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能，而18-8不锈钢在微量氯化物及硫化物介质中及60中性氯化物溶液中容易发生应力破裂。 (2)、含钼的双相不锈钢耐孔蚀性能好。在具有相同的孔蚀抗力当量值PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%)时双相不锈钢与奥氏体不锈钢临界点孔蚀电位相仿。含18%Cr的双相不锈钢的耐孔蚀性能与316L相当，含25%Cr的尤其是含N双相不锈钢耐孔蚀和缝隙腐蚀性能优于316L. (3)、有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。 (4)、综合力学性能好，有较高的强度和疲劳强度，屈服强度是18-8不锈钢的两倍。 (5)、可焊性好，裂纹倾向小，可与18-8不锈钢、碳素钢等异种钢焊接，一般焊前不需预热，焊后不需处理。 (6)、含低Cr (18%Cr)的双相不锈钢热加工温度范围比18-8不锈钢宽，抗力小。含高Cr，( 25%Cr)的双相不锈钢比奥氏体不锈钢热加工困难。 (7)、冷加工时比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大，例如：在管板承受变形初期，需要施加较大的应力才能变形。 (8)、与奥氏体不锈钢相比，导热系数大，线膨胀系数小，适合作设备衬里。 (9)、有高铬铁素体不锈钢的各种脆性倾向，不宜在高于300下使用，双相不锈钢中含Cr越低等脆性相的危险性越小。（10）含有一定量的铁素体-奥氏体双相不锈钢与含同样碳含量的奥氏体不锈钢相比能改善其耐晶间腐蚀性能。1.2.2 双相不锈钢特点中涉及的几种局部腐蚀(1)、孔蚀：孔蚀是双相不锈钢最有害的腐蚀形态之一，蚀孔往往又是应力腐蚀裂纹和腐蚀疲劳裂纹的起始部位。孔蚀通常发生在表面钝化膜或有保护膜的金属，由于表面存在缺陷，非金属夹杂物和溶质等的不均一性，致使钝化膜在这些地方较为脆弱，在特定的腐蚀性介质中容易破坏，破坏的部分成为阳极，周围大面积膜成为阴极，因此，腐蚀迅速向内发展形成蚀孔。小而深的孔可能穿透机体，使介质外泄发生事故。因此，孔蚀是破坏性和隐患最大的腐蚀形态之一。 (2)、缝隙腐蚀：缝隙腐蚀是在腐蚀介质中，金属和金属或金属和非金属表面间构成的非常狭窄的缝隙内产生的一种局部腐蚀现象。这类腐蚀常和垫片底面、搭接缝，表面沉积物以及螺母和铆钉帽下的缝隙内寄存少量静止溶液有关。缝隙腐蚀的破坏形态为沟缝状，严重的可穿透。它也可以说是孔蚀一种特殊形态。(3)、应力腐蚀：应力腐蚀是金属和合金在腐蚀与应力（外力产生的应力、焊接、冷加工等产生的残余应力）同时作用下产生的腐蚀。它只发生于一些特定的材料-环境体系。当金属-环境体系达到某种临界状态时会发生应力腐蚀破裂。这些状态包括电化学参数（电位、PH值杂质浓度、温度等），力学参数（应力、应力强度因子、应变速率等）和冶金因素（局部微观化学、形变特点、屈服强度、化学成分等）。这三者必须共存。 (4）、腐蚀疲劳：腐蚀疲劳是由于腐蚀和循环应力联合作用而引起的一种腐蚀形态。腐蚀疲劳与应力腐蚀破裂是相似的，但两者又有不同。应力腐蚀：破裂是在特殊介质中与拉应力共同作用下的结果，而腐蚀疲劳却可在大多数腐蚀介质中发生，而所受的应力是循环应力，属于纯力学性质的破坏，其破坏应力通常低于金属的屈服极限，且在大量循环次数之后才破坏。经受无限次数循环而不破坏的最大应力即为疲劳极限。（5）、磨损腐蚀：磨损腐蚀是由于腐蚀性介质与金属表面间的相对运动使金属加速破坏或腐蚀。特别是在高流速下或含有固体颗粒的双相流时腐蚀破坏更为严重。1.2.3双相不锈钢的应用领域(1)中性氯化物环境在加工工业中经常使用含少量的氯离子的淡水作冷却水，从而导致304L、316L等奥氏体不锈钢时有产生应力腐蚀破裂(SCC)的危险，这方面的损坏事例相当多。而双相不锈钢可以解决这一问题，尤其适用于孔蚀引起的应力腐蚀破裂的场合，在诸多双相不锈钢的应用中，这方面的应用是首要的，这正说明为什么在不锈钢阀门压力试验中要规定水中氮离子含量不大于100ppm，严格的要求25ppm的原因。（2）炼油工业常减压装置：催化裂化装置；加氢裂化装置；加氢脱硫装置；污水处理装置。（3）石油化学和化学工业聚氯乙烯（PVC）装置；氯乙烯生产装置；甲醇合成装置；醋酸等有机酸生产装置。（4）石油天然气工业在含CL-（氯离子）的湿CO2环境中双相不锈钢是一个理想的材料，可耐高流速的磨损腐蚀，能够代替加缓蚀剂的碳钢使用。（5）纸浆和造纸工业（6）化肥工业（7）海水环境：海水淡化，海上采油等海洋工业（8）能源环保工业：火力发电采用FGD（烟气脱硫）法脱去燃烧气体中的硫（9） 轻工和食品工业盐化装置、食品和制药工业的设备1.2.4双相不锈钢的分类及代表牌号双相不锈钢一般可分为四类。低合金型、中合金型、高合金型和超级双相不锈钢。第一类：低合金型代表牌号是UNS S32304(23Cr-4Ni-0.1N)PREN值为24-25耐应力腐蚀方面可代替304或316使用。第二类：中合金型代表牌号是UNS S31803（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N）PREN值为3233。它的耐蚀性介于316L和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间。第三类：高合金型代表；牌号是UNS S32550(25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N)PREN值为3839，这类钢的耐蚀性高于22%Cr的双相不锈钢。高合金的双相不锈钢一般含25%Cr并含有钼和氮，有的还含有Cu、W。第四类：超级双相不锈钢:此类钢是指PREN值大于40含25%Cr，和高钼（Mo3.5%），高氮（N含量在0.220.30%）的双相不锈钢。代表牌是UNS S32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N),有的也含W、Cu、PREN值大于40可适于苛刻的介质条件，具有良好的耐蚀和力学综合性能。1.2.5常用的奥氏体-铁素体双相不锈钢牌号见表1-3目前阀门产品上用的双相不锈钢均采用的是美国牌号表1-3常用的奥氏体-铁素体双相不锈钢锻材铸材锻材铸材ASTM 牌号UNS牌号ASTM 牌号UNS 牌号ASTM A182 F51S31803A890 A995 1BJ93372ASTM A182 F53S32750A890 A995 4AJ92205ASTM A182 F55S32760A890 A995 5AJ93404ASTM A182 F61S32550A890 A995 6AJ93380注：1B= ACI CD4MCuN 4A=ACI CD3MN 5A=ACI CE3MN 6A=ACI CD3MWCuN1.2.6双相不锈钢应用中的注意事项：（1）、需要对两相比列进行控制，目前无论ASTM A789、A790、A240或GB/T 1220都没有对两相比作规定，这对双相钢的使用是不利的，最合适的比例是铁素体相和奥氏体相各占50%，其中某一相的数量最多不能超过65%。如果；两相比例失调，例如：铁素体相数量过多，很容易在焊接热影响区形成单相铁素体，造成在某些介质中对应力腐蚀敏感。注：ASTM A789一般用途的铁素体/奥氏体不锈钢无缝管和焊接管；A790:铁素体/奥氏体无缝管和焊接管；A240：不锈钢板。 (2)、需要掌握双相不锈钢的组织转变规律，这是正确指导制定双相不锈钢热处理，热成型等工艺的关键，因为双相不锈钢脆性相析出要比奥氏体不锈钢敏感的多。 (3)、双相不锈钢的连续使用温度范围为：-50250，下限取决于双向不锈钢的脆性转变温度，上限受到475脆性的限制，上限温度最高不能超过300。 (4)、双相不锈钢固溶处理后需要快冷，缓慢冷却会引起脆性相析出，从而导致韧性降低，特别是耐局部腐蚀的性能下降。 (5)、双相不锈钢的热加工与热成型的下限温度对于低铬钼双相不锈钢不能低于900，对于高铬钼双相不锈钢不能低于950，以避免因脆性相析出在加工过程中造成表面裂纹。 (6)、双相不锈钢的消除应力处理一般采用950以上的固溶退火处理，而不能使用奥氏体不锈钢常用的600800的消除应力处理。 (7)、双相不锈钢的焊接要注意线能量和层间温度的控制，正确选用焊接材料，以及焊接接头（焊缝金属和焊接热影响区）的两相比例。 (8)、在不同的腐蚀环境中双相不锈钢的耐腐蚀性是相对的，就某一个牌号的双相不锈钢而言，它也是有一定的适用介质范围，如温度、压力、介质浓度PH值等，需要慎重加以选择，从文献或手册获取的数据很多是实验室的数据，往往与工程的实际条件有差距，必要时要在实际介质中作腐蚀试验或掛片。1.3马氏体不锈钢马氏体不锈钢根据钢中的合金元素差别可分为两大类。一类是马氏体Cr不锈钢，一类是马氏体Cr-Ni不锈钢。1.3.1马氏体Cr不锈钢马氏体Cr不锈钢中常用而且用量最大的是Cr13型不锈钢。该钢可通过热处理强化，且具有良好的力学性能和高温抗氧化性，在大气、水等弱腐蚀介质中如：加盐水溶液、稀硝酸及某些浓度不高的有机酸，在温度不高的情况下均有良好的耐蚀性。但该钢种不耐强酸如：硫酸、盐酸、浓硝酸等的腐蚀。常用于水、蒸汽、油品等弱腐蚀性介质。Cr13型不锈钢一般用于制作碳钢阀门内件，如：阀杆、小口径阀门的关闭件（闸板、阀瓣）、阀座、上密封座、球阀的球体等。表1-4常用的马氏体不锈钢锻材棒材铸材锻材或棒材铸 材ASTM 牌号UNS牌号GB/T 1220牌号ASTM 牌号UNS 牌号GB/T 2100牌号A182 F6aS4100012Cr13A217 CA15J91150ZG15Cr12A276 410A276 420S4200020Cr13A743 CA40J91153ZG20Cr131.3.2马氏体Cr-Ni不锈钢马氏体Cr-Ni不锈钢热处理后具有较高的力学性能，耐蚀性优于12Cr13。一般用于既要求较高的力学性能，又要求耐一定腐蚀的场合，它即适用于氧化性酸，又适用于还原性酸。在阀门零件中常用来制作阀杆、关闭件等。常用的牌号为GB/T 1220 14Cr17Ni2；ASTM A276 431。1.3.3马氏体Cr不锈钢应用中的注意事项：（1）Cr13型不锈钢以GB/T 1220为例它的最高抗氧化温度为750，但最高热强温度为500。因此用于高温度时要注意强度校核，特别是对于阀杆这种受力件，要特别注意其刚度和强度。（2）阀杆材料的选用API600、API602曾对13Cr型的阀杆硬度规定为HB200275，且必须采用锻件，因此，一些制造厂或设计部门选择ASTM A182 F6a或F6a CL2作为阀杆材料。但F6a的4个等级的硬度：CL1 HB143207 CL2 HB167229 CL3 HB235302 CL4 HB 263321哪个级别也不符合HB200275的规定。现API600-2009 API602-2009规定13Cr型阀杆选用ASTM A276 410或420.据分析这样规定的合理性在于通过热处理达到13Cr阀杆HB200275的规定。（3）马氏体Cr不锈钢ASTM A182 F6a(UNS S41000)、ASTM A276 410(UNS S41000)、ASTM A276 420(UNS S42000)、ASTM A217 CA15(UNS J91150)若用于含H2S烃类气体的场合（天然气开采、石油精炼）必须遵循NACE MR0175的规定即其硬度不大于HRC22，且满足其对制造的要求。同时规定了热处理程序。UNS S41000 UNS J91150热处理程序（三步）（a） 奥氏体化和淬火后空冷（b） 最小温度达到621（1150 F）回火，然后冷却到环境温度（c） 最小温度达到621（1150 F）回火，但低于第一次回火温度，然后冷却到环境温度。 UNS S42000必须为淬火+回火状态。1.4沉淀硬化不锈钢阀门零件用的沉淀硬化不锈钢常用牌号为17-4PH即GB/T 1220中的05Cr17Ni4Cu4Nb（旧牌号0Cr17Ni4Cu4Nb）；ASTM A564 Type 630(UNS S17400),该钢种是添加了Cu和Nb的马氏体沉淀硬化不锈钢，其强度可通过改变热处理工艺予以调整，耐蚀性优于Cr13型不锈钢和14Cr17Ni2钢，但较难进行深度冷成型。主要用于既要求具有不锈钢性能又要求耐弱酸、碱、盐的高强度部件。在阀门零件中常用于制作阀杆，应注意的是，其使用温度不超过398（750 F）,常用于制作工作温度低于300的结构件。ASTM A747沉淀硬化不锈钢铸件17-4型规定用于小于等于315（600 F）的耐蚀高强度工况。2镍基合金镍基合金属高性能耐蚀合金，在很多介质中甚至强腐蚀介质中有很高的耐蚀性。镍基合金具有良好的力学性能和物理性能，但由于价格比较昂贵一般不轻易选用。但是，由于化工过程向高参数发展（温度、压力、介质浓度），介质腐蚀性很强的场合越来越多，腐蚀条件也变得十分苛刻。因此，所用设备不仅要求抗全面腐蚀、而且越来越多的要抗点蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀等。在选择材料时不仅要考虑一次性投资费用并且还要考虑维修、折旧、停工损失等费用以及安全性，为此更加强调设备长周期运行的可靠性。这些因素促使具有高度耐蚀性的镍基合金应用越来越广泛。目前阀门制造业常用的镍基合金大多采用美国标准的牌号。因此，下面以美国牌号的镍基变形合金为主，对纯镍、镍铬铁合金、镍钼合金、镍铬钼合金、镍铜合金以及镍基合金铸材作一简要介绍。2.1镍基合金的耐蚀性能2.1.1纯镍2.1.1.1材料常用的纯镍材料见表2-1表2-1常用的纯镍 锻材 棒材类别通用名称锻 材棒 材ASTM牌号UNS牌号ASTM牌号UNS牌号钝镍Nickel 200 99NiB 160N02200B 160N02200Nickel 201 99Ni低 CB I60N02201B 160N0220l2.1.1.2性能纯镍在热浓碱液中耐蚀性极好，不产生碱脆性应力腐蚀开裂，对水、海水、高温干氟耐蚀性良好但不耐氧化性酸和含有氧化剂的溶液以及多数熔融金属的腐蚀。在高温含硫的气体中能腐蚀变脆。随着不锈钢和镍合金中镍含量的提高，在稀硫酸、盐酸、磷酸中的耐蚀性明显提高，在氢氧化钠溶液中抗应力腐蚀的性能也明显提高。在碱液中的耐蚀性几乎与镍含量成正比。2.1.2镍铬铁合金2.1.2.1材料常用的镍铬铁合金材料见表2-2表2-2常用的镍铬铁合金 锻材 棒材类别通用名称锻材棒材ASTM牌号UNS牌号ASTM牌号UNS牌号Ni-Cr-FeInconel 600 72Ni15Cr8FeB 564N06600B 166N06600Inconel 625 60Ni22Cr9Mo3.5CbB 564N06625B 446N06625Inconel X-750 73Ni15Cr6.8FeB 637N07750B 637N07750Inconel 718 54Ni18.5Cr3.1Mo18.5FeB 637N07718B 637N07718Incoloy 800 33Ni42Fe21CrB 564N08800B 408N088002.1.2.2性能镍铬铁合金即Inconel 合金，合金中含有一些铁，含铁量低的称Inconel合金。Inconel合金中的含镍量比不锈钢多的多，因而对热碱液、碱硫化物的耐蚀性比不锈钢好，抗高温腐蚀性也更好。(1) inconel 600inconel 600是NiCrFe固溶强化合金具有良好的耐高温、抗氧化性能，有优良的冷热加工和焊接性能，700以下有好的热强性和塑性。由于合金中含有Cr，故而在氧化性环境中耐蚀性比Ni好，又由于含Ni量高在还原性环境中也有良好的耐蚀性。inconel 600 对高温硫酸、各种浓度的常温磷酸、醋酸、脂肪酸等有机酸有很好的耐蚀性，能耐干燥氯气和氯化氢的腐蚀，在碱中有较好的耐全面腐蚀性能。inconel 600 不能用于高温氢氟酸和高温高浓度盐酸，在高温强碱溶液中可以产生应力腐蚀。因此，工件应尽量消除应力。（2）inconel 625Inconel 625是低碳Ni、Cr、Mo、Nb合金，对各种腐蚀介质均有优良的耐蚀性。经稳定化处理即使650400保温50小时仍然不会有敏化倾向。常用于还原性酸、抗点蚀、缝隙腐蚀。在含氯化物及海水中有良好的耐蚀性。在酸性气体环境中，烟气脱硫、造纸工业等应用广泛。 （3）inconel X-750inconel X-750是时效强化镍基高温合金,高温下具有良好的耐蚀性和蠕变断裂强度，980下具有良好的耐强腐蚀性、抗氧化性并具有较高的强度。540下具有较好的耐松弛性能同时有良好的成型性能和焊接性能。低温环境下有优异的力学性能。常用于制作高温下工作的弹簧、大型压力容器、火箭发动机上推力室和飞机上反推力装置等。 （4）inconel 718 inconel 718是用于高温的沉淀硬化镍基合金。-253700范围内具有良好的综合性能，在700下有高的抗拉强度、疲劳强度、抗蠕变强度和断裂强度，1000下具有良好的抗氧化性，在低温下有稳定的化学性能。常用于汽轮机、液体燃料火箭、低温工程、酸性环境工程。 （5）incoloy 800 Incoloy 800是钛稳定化处理的全奥氏体Ni、Fe、Cr合金。具有良好的耐应力腐蚀开裂性能，耐点蚀、缝隙腐蚀性能，有很好的抗氧化性和耐非氧化性热酸性能，在各种介质中耐蚀性均很好，如：硫酸、磷酸、硝酸、有机酸、氢氧化钠、氢氧化钾，以及混酸。常用于各种使用温度不超过550的工业领域；海洋管道系统；硫酸、磷酸工业、石油精炼、食品工业、化学工业以及用作高压氧气阻燃合金。2.1.3镍钼合金2.1.3.1材料常用的镍钼合金材料见表2-3表2-3 常用的镍钼合金锻材 棒材类别通用名称锻材棒材ASTM 牌号UNS牌号ASTM 牌号UNS牌号Ni-MoHastelloy AHastelloy B 62Ni28Mo5FeB 335N10001B 335N10001Hastelloy B-22.1.3.2性能 镍钼合金中常用的是Hastelloy B，它对所有浓度的沸腾盐酸都有良好的耐蚀性，此外在磷酸、氢氟酸、溴酸、硫酸、醋酸和其它有机酸等非氧化性酸和非氧化性盐溶液以及湿氯化氢等多种气体中也有很好的耐蚀性。 镍钼合金在含氧化性离子的溶液中、硝酸等氧化性酸中和含有氧化性盐的盐酸、硫酸中不耐蚀。降低Hastelloy B中的含碳量至0.02%即为Hastelloy B-2,这可以减少和延缓高温下析出碳化物相，提高在敏化状态下抗晶间腐蚀性能。镍钼合金有600900和1300两个晶间腐蚀敏化区，在这些区域中会析出MoC、相及Ni7Mo6等析出相，从而降低了晶界附近的Mo含量，造成晶间腐蚀的敏感性。2.1.4镍铬钼合金2.1.4.1材料常用的镍铬钼合金材料见表2-4表2-4 常用的镍铬钼合金锻材棒材类别通用名称锻材棒材ASTM 牌号UNS牌号ASTM 牌号UNS牌号Ni-Cr-MoHastelloy C 55Ni16Mo16Cr4WAMS 5750N10002AMS 5750N10002Hastelloy C-276 54Ni16Mo15CrB 462N10276B574N10276B 564Hastelloy C-4 61Ni16Mo16CrB 574N06455B 574N064552.1.4.2性能镍钼合金中加入铬即为镍铬钼合金，铬的加入量与不锈钢相似。常用的牌号主要有Hastelloy C、Hastelloy C-276和Hastelloy C-4。由于含有铬所以能耐氧化性酸，如硝酸、硝酸和硫酸的混酸、铬酸和硫酸的混酸等腐蚀，也可耐氧化性盐或含有其它氧化剂的介质，如温度高于常温的次氯酸盐等的腐蚀。在海水、蚁酸、湿氯中耐蚀性能好、也可用于含氯或氯化物的介质。但是，镍铬钼合金在盐酸中的耐蚀性不如镍钼合金。Hastelloy C在敏化状态下使用时，在氧化性介质和含氯化物介质中易产生晶间腐蚀。这是由于Hastelloy C所含的铬在敏化时会析出碳化铬使晶界贫铬，所以产生晶间腐蚀。Hastelloy C在7041038范围内敏化不到10秒就会产生晶间腐蚀。Hastelloy C-276是由Hastelloy C降低了含碳量和含Si量而成。由于含碳量降低致使HiastelloyC-276抗晶间腐蚀加强，敏化态和焊后态的Hastelloy C-276抗点蚀性能比Hastelloy C强的多，抗缝隙腐蚀性能更好。Hastelloy C-276在氧化性、还原性以及含有卤素离子的情况下都具有良好的耐蚀性能。Hastelloy C-4含碳量更低(C0.015)并含有钛，在敏化状态下析出碳化物和金属间化合物更少。Hastelloy C-4在5301090敏化温度下能经受很长时间而不产生严重的晶间腐蚀敏感性。Hastelloy C-4对有机酸和含氯化物的酸溶液等多种介质都有良好的耐蚀性能。Hastellov C-4的耐全面腐蚀与Hastelloy C相似。在盐酸这样的强还原性酸中Hastelloy C-4比Hastelloy C-276有较高的腐蚀率，但是在氢氟酸中Hastelloy C-4比HastelloyC-276有较低的腐蚀率。2.1.5镍铜合金2.1.5.1材料常用的镍铜合金材料见表2-5.表2-5 常用的镍铜合金锻材 棒材类别通用名称锻材棒材ASTM 牌号UNS牌号ASTM 牌号UNS牌号Ni CuMonel 400 67Ni30CuB 564N04400B 164N04400Monel K500 64Ni30Cu3AlSAE/AMS 4676N05500AMS 4676N055002.1.5.2性能镍铜合金含镍70% 、铜30%即Monel合金。Monel合金对非氧化性酸，特别是氢氟酸的耐腐蚀性非常好，常温下各种浓度的氢氟酸都能使用，在浓度10%的氢氟酸中可以用到沸点。镍铜合金对热浓碱也有很好的耐蚀性，但不如纯镍。镍铜合金可耐海水、低浓度盐酸和各种有机物，但不耐氧化性酸和其它强氧化性溶液、熔盐、熔融金属和高温含硫气体的腐蚀。Monel合金的机械性能、加工性能均很好。当Monel合金加入3%铝即为Monel K500，该材料有较高的抗拉强度，常用于阀门的阀杆、泵轴等。Monel合金主要用于氢氟酸系统，其阀门有全Monel合金阀，即阀体、内件均为Monel和阀体为碳钢，内件为Monel两种。全Monel阀用于氢氟酸再生塔温度高(149)和含水率大的场合。在温度低含水率小的场合可用碳钢阀体Monel内件的阀。这是因为氢氟酸对碳钢会产生氟化铁（FeF2）锈蚀物附在钢材表面，当温度不高时起保护膜作用，当温度高于121149时锈蚀物开始剥落腐蚀加剧。2.2镍基合金铸件镍基铸造合金与变形合金的化学成分不是完全相同的，有些小的差异。这些成分上的差异是考虑铸造合金要有优异的铸造性能，适应铸造的特点，而变形合金则考虑其优异的变形性能。铸造镍基合金的牌号以及与其类似的变形合金的对应关系列于表2