镍当量的计算
镍当量的计算
镍当量的计算 The manuscript was revised on the evening of 2021为什么要考虑镍当量只需要按照标准要求的范围验收就可以了。
Ni= 8~10%. 在304不锈钢是一种奥氏体不锈钢, 而镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。
在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。
然而，镍并不是唯一具有此种性质的元素。
常见的奥氏体形成元素有：镍、碳、氮、锰、铜。
这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。
目前，人们已经研究出很多公式来表述奥氏体形成元素的相对重要性，最着名的是下面的公式：奥氏体形成能力(Ni当量) =Ni%+30C%+30N%+%+%请看下面的资料，相信对你有所启发。
从这个等式可以看出：碳是一种较强的奥氏体形成元素，其形成奥氏体的能力是镍的30倍，但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中，因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。
氮元素形成奥氏体的能力也是镍的30倍，但是它是气体，想要不造成多孔性的问题，只能在不锈钢中添加数量有限的氮。
添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少和焊接的问题。
从上述式中可以看出，添加锰对于形成奥氏体并不非常有效，但是添加锰可以使更多的氮溶解到不锈钢中，而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。
在200系列的不锈钢中，正是用足够的锰和氮来代替镍形成100%的奥氏体结构，镍的含量越低，所需要加入的锰和氮数量就越高。
例如在201型不锈钢中，只含有%的镍，同时含有%的氮。
由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于%的镍，所以同样可以形成100%奥氏体结构。
这也是200系列不锈钢的形成原理。
在有些不符合标准的200系列不锈钢中，由于不能加入足够数量的锰和氮，为了形成100%的奥氏体结构，人为的减少了铬的加入量，这必然导致了不锈钢抗腐蚀能力的下降。
什么是电化当量
什么是电化当量？
我们由法拉第第一定律的公式还可以得知，比例常数K实际上是单位电量所能析出的物质的质量：
由M=KQ，可得
因此，电化学中也将比例常数K称作电化当量。
例如，镍的原子量是58．6g，在电镀过程中，镍离子还原时每一个镍离子得到电子数是2，则lmol的镍就是29．35g。
也就是说，在电沉积镍时，每通过26．8A·h的电量，就能得到29．35g的金属镍。
由此我们可推算出镍的电化当量是：
29．35g／96500C=0．000304g／C
需要提醒的是，电化当量的值因所选用的单位不同而有所不同。
比如同样是镍，如果不以库仑做单位，而改用安培小时做单位，则电化当量的值就不同了：
29．35g／26．8A·h=1．095g／(A·h)
为了方便读者查对，现将常用金属元素的电化当量列于表1-3。
表1-3常用金属元素的电化当量列于表1-3.
①这里化学当量为原子量除以原予价。
名词解释
1、焊接性：同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。
结合性能：一定的材料在给定的焊接工艺条件下对形成焊接缺陷的敏感性。
使用性能：一定的材料在规定的焊接工艺条件下所形成的焊接接头适应使用要求的能力。
2、再热裂纹：厚板焊接结构，并采用含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除应力热处理或在一定温度下服役的过程中，焊接热影响区部位发生的裂纹称为消除应力裂纹。
由于这种裂纹是在再次加热过程中产生的，故又称为再热裂纹，简称SR裂纹。
3自回火：M转变点较高的低碳合金钢，在淬火的过程中，先形成低碳M，由于形成温度较高，在其它M不断转变的过程中，因工件自身的温度而得到回火，并消除应力，从而不需要专门的回火工序，这种现象称为“自回火”4、调质处理：淬火+回火的热处理工艺称为调质处理。
5、断裂韧度K IC：反应含裂纹的构件抵抗裂纹失稳扩展的能力。
当应力或裂纹尺寸增大到某临界值时，裂纹尖端一定区域内应力超出材料断裂强度，从而导致裂纹失稳扩展，材料断裂。
该临界值即称为断裂韧度K IC。
6、等强匹配：焊接接头的强度等级与母材的强度等级在同一数量上称为等强匹配。
即焊缝的屈服强度与母材的屈服强度相当。
7、低强匹配：焊缝强度匹配系数S=(σb)W/ (σb)b<1时，称为“低强匹配”。
8、超强匹配：焊缝强度匹配系数S=(σb)W/ (σb)b>1时，称为“低强匹配”。
9、淬透性：材料在一定条件下淬火时获得淬透层深度的能力，用规定条件下试样淬透层深度和硬度分布来表征。
10、不锈钢：是指能耐空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的，具有高度化学稳定性的合金钢的总称11、耐热钢：包括抗氧化钢和热强钢。
抗氧化钢指在高温下具有抗氧化性能的钢，对高温强度要求不高。
12、热强钢指在高温下即具有抗氧化能力又要具有高温强度。
13、热强性：指在高温下长时工作时对断裂的抗力（持久强度），或在高温下长时工作时抗塑性变形的能力（蠕变抗力）。
实验10镍电沉积及镀层的结构与性能测试
2005-11
Comprehensive Chemical Experiments
11
• 3. 在2的溶液中依次加入糖精、苯亚磺酸钠、 镍光亮剂XNF和十二烷基硫酸钠，使其浓 度分别为1.0 g/L、0.1g/L、3 mL/L和0.1 g/L分别进行同2的实验和记录。
2005-11
Comprehensive Chemical Experiments
12
• 4. 在含所有添加剂的光亮镍镀液中，比较 镀液搅拌与不搅拌、常温和实验温度下镍 的沉积层质量，并进行记录。
2005-11
Comprehensive Chemical Experiments
13
五、注意事项
• 电沉积实验前必须仔细检查电路是否接触良好或 短路； • 阴极片要认真水洗; • 除油和酸洗要彻底； • 加入添加剂时要按计算量加入，不能多加； • 新配镀液要预电解； • 电镀时要带电入槽； • 电镀过程中镀液挥发应及时用去离子水补充并调 整pH值。
2005-11 Comprehensive Chemical Experiments
17
• 极化：金属的阴极反应过程中，在某一极 化电流下，电极电位偏离平衡电位的现象。 • 极化度：电位ψ和电流i的Δψ/Δi比值 • 过电位: 在某一极化电流下，相应的电极电 位偏离平衡电位的值。 • 通过极化曲线中极化、极化度和过电位的 变化来分析镀液组分和添加剂的作用。 • 通过 Tafel曲线的制作，求得电极过程动力 学参数。
20
镀层的厚度L和沉积速度υ的计算：
• Sc为阴极面积，ρNi为金属Ni的密度（= 8.9 g/cm3），t为电镀时间
υ＝L/t
远 阴 极 — 阳 极 + 近 阴 极 —
舍夫勒组织图
舍夫勒组织图创建时间：2008-08-02舍夫勒组织图 (Schaeffler，s Diagram)表征不锈钢焊缝金属之化学组成(不计氮元素)与相组织的定量关系图。
是舍夫勒(schaeffler)根据不锈钢手工电弧焊的焊缝组织实测统计绘成的组织图(1949年)。
利用此图，可依据熔敷的有效方法。
组织图中，纵坐标用Ni eq(镍当量)表示，镍当量是反映不锈钢焊缝金属组织奥氏体化程度的指标。
其量值是根据焊缝金属组织中包含的奥氏体元素(如镍，碳，锰等)，按其奥氏体化作用的强烈程度折算成相当于若干个镍之总和；横坐标用cr eq(铬当量)来表示，铬当量是反映焊缝金属组织的铁素体化程度的指标，其量值是根据参与焊缝组织中的铁素体化元素(如铬，钼，硅，铌等)，按其铁素体化作用的强烈程度，折算成相当于若干个铬之总和。
图中标有：A(奥氏体)，F(铁素体)，M(马氏体)等组织的区域范围。
根据被焊母材和添加焊接材料的化学成分，用熔焊稀释率换算出焊缝金属的化学组成，并分别折算成镍当量和铬当量，即可在组织图中查出焊缝金属组织的相组织和铁素体的含量。
反之，也可以按照对焊缝金属组织的相组成要求．确定对应的镍当量和铬当量值。
然后，据此组织图进行焊缝金属化学组成的调整。
舍夫勒组织图考虑了化学成分对组织的影响，但未考虑到实际结晶条件及合金元素存在形态的影响。
实际上，合金元素只有在固溶状态下才对γ奥氏体与δ铁素体的比例发生影响。
如合金元素以化合物形式沉淀时，并不能影响γ与δ的比例。
而不同的焊接方法，焊接工艺及接头形式，都会对熔焊稀释率和熔池的凝固结晶条件产生影响。
利用舍夫勒组织图估算的δ铁素体含量同实测值有所出入(按体积，估算精度为±4％)。
尽管如此，工程上用此组织图估算不锈钢焊缝金属组织的相织成较为简便，仍具有一定的实用价值。
不锈钢的成分、组织和熔合比的关系图称为不锈钢的组织图，见图7-14。
图中坐标为铬当量（Cr当量）和镍当量（Ni当量），其计算式为Cr当量（%）=Cr+Mo+1.5Si+0.5Ni(质量分数)(%)Ni当量（%）=Ni+30C+0.5Mn(质量分数)(%)当知道了两种母材金属的化学成分后，可分别算出其铬当量和镍当量，根据两者的值在不锈钢组织图上找出相应的点，然后根据熔合比，就能确定不锈钢焊缝的组织状态。
不锈钢核级焊缝铁素体含量测定方法差异
不锈钢核级焊缝铁素体含量测定方法差异摘要：本文从不锈钢焊缝铁素体含量要求出发，阐述了铁素体含量测定的三种常用方法，对三种方法的差异进行分析，得出三种方法的逻辑关系，对铁素体含量测定方法的选择起指导作用。
关键词：不锈钢、铁素体、方法、差异0前言压力容器的不锈钢焊接技术方面的焊接裂纹，焊接接头的耐腐蚀性能，焊接和熔敷金属的脆化问题是影响产品使用性能和寿命的关键，对装载不同介质的不锈钢容器的焊缝规定要求控制不同的铁素体含量，来保证压力容器产品的品质，所以，在核电站建造过程的不锈钢焊接生产工作中，大多都需要方便而准确地控制和测量焊缝和熔敷金属的铁素体含量。
目前普遍使用的方法有金相法、磁性法、Delong图法。
据奥氏体不锈钢焊接理论：当焊缝组织中有3～8%δ铁素体时，奥氏体和δ铁素体的双相组织具有较高的抗热裂纹的能力，因为δ铁素体对S、P、Si等元素有较高的溶解度，能有效地降低凝固时残液的杂质含量，最终提高抗裂性能。
另外，焊接材料中铁素体为4～12%的焊接材料有利于增加焊缝的抗晶间腐蚀性能，因为δ铁素体分布在奥氏体晶粒的晶界，有阻隔晶界通道并延伸总通道长度的作用，对减少晶间腐蚀是有效的。
18-8型核级奥氏体不锈钢的供货状态为固溶状态，其母材的铁素体含量实测值约为0.3%Fe左右，设计技术要求焊丝的铁素体含量为5～12%Fe，目的是提高焊缝熔敷金属铁素体含量，即提高焊缝的抗晶间腐蚀性能。
1铁素体试样选取母材：Z2CN18.10和焊材，OKTigrodN316LOK63.25N的焊接件；焊接采用不锈钢对接焊工艺，抽取6个样品的数据，并获每个样品采用Delong图法、磁性法和金相法进行铁素体测定。
2铁素体含量测定方法在不锈钢核级焊缝铁素体含量测定的控制和管理中发现，目前核电站在建造过程中对不锈钢核级焊缝铁素体含量测定方法为Delong图法或磁性法，较少使用金相法。
2.1DELONG图法DELONG图法是依据RCCMS2500.3DELONG图-计算δ铁素体百分比含量。
舍夫勒组织图
舍夫勒组织图 (Schaeffler，s Diagram)创建时间：2008-08-02表征不锈钢焊缝金属之化学组成(不计氮元素)与相组织的定量关系图。
是舍夫勒(schaeffler)根据不锈钢手工电弧焊的焊缝组织实测统计绘成的组织图(1949年)。
利用此图，可依据熔敷的有效方法。
组织图中，纵坐标用Ni eq(镍当量)表示，镍当量是反映不锈钢焊缝金属组织奥氏体化程度的指标。
其量值是根据焊缝金属组织中包含的奥氏体元素(如镍，碳，锰等)，按其奥氏体化作用的强烈程度折算成相当于若干个镍之总和；横坐标用cr eq(铬当量)来表示，铬当量是反映焊缝金属组织的铁素体化程度的指标，其量值是根据参与焊缝组织中的铁素体化元素(如铬，钼，硅，铌等)，按其铁素体化作用的强烈程度，折算成相当于若干个铬之总和。
图中标有：A(奥氏体)，F(铁素体)，M(马氏体)等组织的区域范围。
根据被焊母材和添加焊接材料的化学成分，用熔焊稀释率换算出焊缝金属的化学组成，并分别折算成镍当量和铬当量，即可在组织图中查出焊缝金属组织的相组织和铁素体的含量。
反之，也可以按照对焊缝金属组织的相组成要求．确定对应的镍当量和铬当量值。
然后，据此组织图进行焊缝金属化学组成的调整。
舍夫勒组织图考虑了化学成分对组织的影响，但未考虑到实际结晶条件及合金元素存在形态的影响。
实际上，合金元素只有在固溶状态下才对γ奥氏体与δ铁素体的比例发生影响。
如合金元素以化合物形式沉淀时，并不能影响γ与δ的比例。
而不同的焊接方法，焊接工艺及接头形式，都会对熔焊稀释率和熔池的凝固结晶条件产生影响。
利用舍夫勒组织图估算的δ铁素体含量同实测值有所出入(按体积，估算精度为±4％)。
尽管如此，工程上用此组织图估算不锈钢焊缝金属组织的相组成较为简便，仍具有一定的实用价值。
不锈钢的成分、组织和熔合比的关系图称为不锈钢的组织图，见图7-14。
图中坐标为铬当量（Cr当量）和镍当量（Ni当量），其计算式为Ni当量（%）=Ni+30C+0.5Mn(质量分数)(%)当知道了两种母材金属的化学成分后，可分别算出其铬当量和镍当量，根据两者的值在不锈钢组织图上找出相应的点，然后根据熔合比，就能确定不锈钢焊缝的组织状态。
舍夫勒l图及应用schaefflerdiagram
舍夫勒组织图 (Schaeffler，s? Diagram)表征不锈钢焊缝金属之化学组成(不计氮元素)与相组织的定量关系图。
是舍夫勒(schaeffler)根据不锈钢手工电弧焊的焊缝组织实测统计绘成的组织图(1949年)。
利用此图，可依据熔敷的有效方法。
组织图中，纵坐标用Ni eq(镍当量)表示，镍当量是反映不锈钢焊缝金属组织奥氏体化程度的指标。
其量值是根据焊缝金属组织中包含的奥氏体元素(如镍，碳，锰等)，按其奥氏体化作用的强烈程度折算成相当于若干个镍之总和；横坐标用cr eq(铬当量)来表示，铬当量是反映焊缝金属组织的铁素体化程度的指标，其量值是根据参与焊缝组织中的铁素体化元素(如铬，钼，硅，铌等)，按其铁素体化作用的强烈程度，折算成相当于若干个铬之总和。
图中标有：A(奥氏体)，F(铁素体)，M(马氏体)等组织的区域范围。
根据被焊母材和添加焊接材料的化学成分，用熔焊稀释率换算出焊缝金属的化学组成，并分别折算成镍当量和铬当量，即可在组织图中查出焊缝金属组织的相组织和铁素体的含量。
反之，也可以按照对焊缝金属组织的相组成要求，确定对应的镍当量和铬当量值。
然后，据此组织图进行焊缝金属化学组成的调整。
舍夫勒组织图考虑了化学成分对组织的影响，但未考虑到实际结晶条件及合金元素存在形态的影响。
实际上，合金元素只有在固溶状态下才对γ奥氏体与δ铁素体的比例发生影响。
如合金元素以化合物形式沉淀时，并不能影响γ与δ的比例。
而不同的焊接方法，焊接工艺及接头形式，都会对熔焊稀释率和熔池的凝固结晶条件产生影响。
利用舍夫勒组织图估算的δ铁素体含量同实测值有所出入(按体积，估算精度为±4％)。
尽管如此，工程上用此组织图估算不锈钢焊缝金属组织的相织成较为简便，仍具有一定的实用价值。
Schaeffler constitution diagram for stainless steel weld metal 舍弗勒不锈钢焊接金属的的结构图Delong DiagramThis refines the Schaffler diagram by taking account of the strong austenite stabilising tendency of nitrogen. The chromium equivalent is unaffected but the nickel equivalent is modified to : Ni (eq) = Ni + (30 x C) + x Mn) + (30 x N)The diagram, identifying the phase boundaries is shown below. This shows the ferrite levels in bands, both as percentages, based on metallographic determinations and as a ferrite number 'FN', based on magnetic determination methods.Delong constitution diagram for stainless steel weld Schaeffler austenite-martensite boundary is included for reference. Delong不锈钢焊接金属的的结构图。
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为什么要考虑镍当量? 只需要按照标准要求的范围验收就可以了。
Ni= 8~10%. 在304不锈钢是一种奥氏体不锈钢, 而镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了
钢的晶体结构。
在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。
然而，镍并不是唯一具有此种性质的元素。
常见的奥氏体形成元素有：镍、碳、氮、锰、铜。
这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。
目前，人们已经研究出很多公式来表述奥氏体形成元素的相对重要性，最着名的是下面的公式：
奥氏体形成能力(Ni当量) =Ni%+30C%+30N%+%+%
请看下面的资料，相信对你有所启发。
从这个等式可以看出：碳是一种较强的奥氏体形成元素，其形成奥氏体的能力是镍的30倍，但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中，因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。
氮元素形成奥氏体的能力也是镍的30倍，但是它是气体，想要不造成多孔性的问题，只能在不锈钢中添加数量有限的氮。
添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少和焊接的问题。
从上述式中可以看出，添加锰对于形成奥氏体并不非常有效，但是添加锰可以使更多的氮溶解到不锈钢中，而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。
在200系列的不锈钢中，正是用足够的锰和氮来代替镍形成100%的奥氏体结构，镍的含量越低，所需要加入的锰和氮数量就越高。
例如在201型不锈钢中，只含有%的镍，同时含有%的氮。
由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于%的镍，所以同样可以形成100%奥氏体结构。
这也是200系列不锈钢的形成原理。
在有些不符合标准的200系列不锈钢中，由于不能加入足够数量的锰和氮，为了形成100%的奥氏体结构，人为的减少了铬的加入量，这必然导致了不锈钢抗腐蚀能力的下降。
在不锈钢中，有两种相反的力量同时作用：铁素体形成元素不断形成铁素体，奥氏体形成元素不断形成奥氏体。
最终的晶体结构取决于两类添加元素的相对数量。
铬是一种铁素体形成元素，所以铬在不锈钢晶体结构的形成上和奥氏体形成元素之间是一种竞争关系。
因为铁和铬都是铁素体形成元素，所以400系列不锈钢是完全铁素体不锈钢，具有磁性。
在把奥氏体形成元素-镍加入到铁-铬不锈钢的过程中，随着镍成分增加，形成的奥氏体也会逐渐增加，直至所有的铁素体结构都被转变为奥氏体结构，这样就形成了300系列不锈钢。
如果仅添加一半数量的镍，就会形成50%的铁素体和50%的奥氏体，这种结构被称为双相不锈钢。
400系列不锈钢是一种铁、碳合铬的合金。
这种不锈钢具有马氏体结构和铁元素，因此具有正常的磁特性。
400系列不锈钢具有很强的抗高温氧化能力，而且与碳钢相比，其物理特性和机械特性都有进一步的改善。
大多数400系列不锈钢都可以进行热处理。
300系列不锈钢是一种含有铁、碳、镍和铬的合金材料，一种无磁性不锈钢材料，比400系列不锈钢具有更好的可锻特性。
由于300系列不锈钢的奥氏体结构，因此它在许多环境中具有很强的抗腐蚀性能，具有很好的抗金属超应力引起的腐蚀所造成的断裂的性能，而且其材料特性不受热处理的影响。