镍基和铁镍基耐蚀合金特性分析

纯镍除具有良好的强度、塑韧性外，在卤族元素及其氢化物活泼气体、不含氧和氧化剂的还原性酸性介质中还具有良好的耐蚀性，因此纯镍作为耐蚀金属材料得以应用。由于提高耐蚀性的Cr、Mo、W、Cu、Si等元素在镍中的溶解度远大于在铁中的溶解度，因此可通过合金化，发展一系列上述元素含量较高的镍基和铁镍基耐蚀合金。铁镍基合金含镍30%～50%且镍与铁总量不小于60%，镍基合金含镍量不小于50%。耐蚀合金根据强化特征，可分为固溶强化型合金和时效硬化型合金；根据成型方式，可分为变形耐蚀合金和铸造耐蚀合金。镍基耐蚀合金按不同的合金体系，可分为Ni-Cu、Ni-Cr-Fe、Ni-Mo、Ni-Cr-Mo、Ni-Cr-Mo-W、Ni-Cr-Mo-Cu等类型；铁镍基耐蚀合金可分为Ni-Fe-Cr、Ni-Fe-Cr-Mo、Ni-Fe-Cr-Mo-Cu等类型。国外耐蚀合金的主要产品有Monel（蒙乃尔）合金、Inconel合金、Incoloy合金、Hastelloy（哈氏）合金等。Monel合金是Ni-Cu合金，为Ni、Cu以任意比例混合形成的固溶体。Inconel合金为含铁量较低的Ni-Cr系镍基合金；而Incoloy合金为含铁量较高的Ni-Fe-Cr系铁镍基合金。Hastelloy合金是以Cr、Mo为主要合金元素的超低碳Ni-Cr-Mo系合金，包括A、B、C、D、F、G、N、W、X等系列。

在耐蚀合金中，铬是使镍成为不锈并在氧化性介质中具有良好耐蚀性的唯一合金元素。铬可改善镍在强氧化性介质中的耐蚀性，其耐蚀性随铬含量的提高而增加。铬赋予镍以高温抗氧化性能；铬提高镍在高温含硫气体中的耐蚀性。在镍基和铁镍基合金中，通常铬含量为15%～35%。

钼主要改善镍在还原性酸性介质中的耐蚀性，在盐酸、磷酸、氢氟酸，浓度≤60%硫酸中，钼是使耐蚀合金具有良好耐蚀性不可缺少的重要合金元素。钼强烈提高耐蚀合金的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能。在Ni-Mo耐蚀合金中钼含量高达28%；在Ni-Cr-Mo系耐蚀合金中，钼含量达16%。此外，钼是一种固溶强化元素，可提高合金的强度。

铜能显著改善镍在非氧化性酸中的耐蚀性，特别是含铜30%～40%的蒙乃尔合金，在不通气的硫酸中具有一定的耐蚀性，在不通气的全浓度HF酸中，具有优异的耐蚀性。

在镍基合金中，加入铁的主要目的为减少成本。而通过铁的加入，改善了耐蚀合金在50%以上浓度硫酸中耐蚀性；在镍-钼合金中，铁可抑制有害相的析出；此外铁可增加碳在镍中的溶解度，从而改善合金的晶间腐蚀敏感性和提高抗渗碳性能。

氮在铁镍基耐蚀合金中，可明显改善合金的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能。钛、铌、钽的加入可减少有害碳化物的析出，降低合金的晶间腐蚀敏感性。同时，钛亦可作为时效强化元素，通过时效处理提高合金的强度。(www.xing528.com)

海洋石油装备使用的几种典型耐蚀合金的牌号、化学成分和应用举例见表9，不同国家耐蚀合金牌号对照见表10。

表9 几种典型耐蚀合金的牌号、化学成分和应用举例

表10 不同国家或组织典型耐蚀合金牌号对照

在海洋石油装备材料中，当不锈钢材料的耐腐蚀性能无法满足工况要求时，则需选用具备更高耐蚀性的铁镍基合金或镍基合金。一般情况下，镍基和铁镍基合金用于制造符合API Apec6A与17D规范的HH级井口装置和采油树零部件。材料牌号的具体选用与腐蚀介质的温度、介质中H₂S和CO₂分压、pH酸碱度、氯化物浓度以及硫元素是否存在等有关，按照NACE MR0175选材有三种途径，分别为：标准推荐表选择、实验室评价和现场实际经验。