镍基合金

随着科技的不断进步，不锈钢的应用越来越广泛。但是在某些特殊恶劣环境中（比如海洋、核电、航空、能源、石油化工、食品等），普通不锈钢已经无法胜任的。在这些特殊的领域中，特种不锈钢是不可缺少的，也是不可被替代的。近几年来，随着经济的快速发达，随着工业领域的层次的不断提高，越来越多的项目需要性能更优越的不锈钢，而镍基合金就是其中的代表性钢种之一。

镍基合金一般定义为Ni含量超过30%的合金，常见产品的Ni含量都超过50%，由于具有超强的高温机械强度与耐蚀性质，与铁基和钴基合金合称为超合金(Superalloy)，适用于540℃以上的高温环境、特殊耐蚀环境、需具备高温机械强度的设备，常应用于航天、能源、石化工业或特殊电子/光电等领域。

镍基合金是30年代后期开始研制的，英国于1941年首先生产出镍基合金 Nimonic75（Ni-20Cr-0.4Ti，UNS N06075）；为了提高潜变强度又添加Al，研制出Nimonic 80（Ni-20Cr- 2.5Ti-1.3Al，UNS N07080）；随后美国、俄罗斯、中国也相继开发出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面，即合金成分的改良和生产技术的革新。如50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高Al和Ti的镍基合金创造了条件，带动了合金强度与使用温度的大幅提高。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用精密铸造技术，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的方向性结晶和单晶高温合金，以及粉末冶金高温合金。

为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高Cr镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。时至今日，镍基合金的使用温度已经可以超过1100℃。

镍基合金是超合金中应用最广、强度最高的材料，具有以下特性：①性能超优异：高温下可维持高强度，且具有优异的抗潜变、抗疲劳等机械性质，以及抗氧化和耐蚀特性与良好的塑性和焊接性。②合金添加超繁杂：镍基合金常添加十种以上的合金元素，用以增进不同环境的耐蚀性；以及固溶强化或析出强化等作用。③工作环境超恶劣：镍基合金被广泛用于各种严苛的使用条件，如航天飞行引擎燃气室的高温高压部分、核能、石油、海洋工业的结构件，耐蚀管线等。

按照主要性能，镍基合金分为：镍基耐热合金、镍基耐蚀合金、镍基耐磨合金、镍基精密合金、镍基形状记忆合金；

1. 镍基耐蚀合金。常见的高耐蚀合金有：Hastelloy C-276、Monel 400 Alloy、Inconel 718、Inconel 725等

Hastelloy C-276 AIloy为Ni-Cr-Mo合金，在氧化性、还原性环境下均具有极佳的耐腐蚀性能，此合金通过减少C、Si含量，控制受热部的温度从而抑制热影响区碳化物析出，提高了耐腐蚀性。基于这一特性，广泛应用于化工成套设备等恶劣环境，尤其适合在高温、混有杂质的无机酸和有机酸(如甲酸和乙酸)、海水腐蚀环境中使用。

Monel 400 Alloy由Ni和Cu组成的合金，兼具Cu的贵金属性和Ni的钝化性能，具有良好的耐腐蚀性，在氢氟酸和氟气介质中具有优异的耐蚀性，对热浓碱液也有优良的耐蚀性，同时还耐中性溶液、海水、有机化合物的腐蚀。并且该合金的一个重要特征是一般不产生应力腐蚀裂纹，切削性能良好。因此，广泛应用于海水淡化装置、热交换器、海洋结构物表层材料等。

常见镍基合金化学成分

Chemical composition of common nickel-based alloys

2. 镍基耐热合金。常见的高耐热合金有：Incoloy 800 Alloy、Incoloy 600 Alloy等。

Incoloy 800 Alloy（UNS N08800）属于高镍耐热钢，在高温环境下具有良好的强度和耐腐蚀性、耐氧化性。成分组织接近于奥氏体不锈钢。广泛应用于覆套式电热器外套管、热电偶保护管、热处理炉、以及在高温环境下使用。

Inconel 600 Alloy是含14~17%Cr的镍基合金，在高温下具有极佳耐氧化性，并且对各种酸和碱环境具有极佳的耐腐蚀性，属于高级耐热合金。适用于各种高温工况，比如热交换器、核反应堆、石化中的催化再生器等。

3. 精密合金。NAS 36（Invar 36、UNS K93600）是36Ni-Fe合金，在-250℃和+200℃之间具有极低的热膨胀系数，很好的塑性和韧性，广泛用作低膨胀材料。特别适用于需要避免热膨胀导致尺寸、形状变薄化的高精度、高精密机器。

近年来，全球镍基合金产量持续增加，尤其以石化、能源、航天领域所用镍基合金需求量的增加最为明显，其中又以亚洲市场的成长最为迅速。随着经济的快速发展，镍合金将保持旺盛需求。