镍在不锈钢中的作用(精)
国内外最新镍铁生产工艺介绍(精)
国内外最新镍铁生产工艺介绍根据红土镍矿成分的不同，镍生产厂可以选择不同的冶炼工艺。
中国目前还没有一座大型镍铁生产工厂，为了少走弯路可以引进国外成熟的先进技术，在中国国内制造全部设备，以较少的投资，在最短的时间内，选择适宜的沿海地区建设一座大型镍铁生产厂。
为此，比较详细的介绍了乌克兰帕布什镍厂的火法冶炼镍铁的工艺流程和生产指标。
文章还介绍了在镍铁精炼车间，直接冶炼300系列不锈钢工艺的开发。
1. 开发利用海外镍资源满足中国日益增长的镍需求：尽管中国镍资源的开发与利用近年来得到了快速的发展，但是，发展的速度远远跟不上冶金等行业对镍需求增长的速度。
近几年，中国精炼镍产量在8万吨左右，受到资源的限制，短时间内不大可能快速增长。
合资在国外开发镍矿、建设镍生产厂的几个项目虽然已经签约，但是项目产能有限、实施还需要时间。
目前中国镍的年消费量已经快速的增加到1 4.6万吨，中国已经成为仅次于日本的世界第二大镍消费国，是近年来全球镍消费增长最快的国家。
随着国民经济的快速发展，人民生活水平的提高，不锈钢的消费量将上升，这将导致镍的需求量增长的速度大大超过目前可以预期的镍的产出量的增长速度。
有色金属工业协会预计到2010年，中国镍消费量将达到24万吨。
近年来，为了保证国民经济发展对镍的需求，中冶、五矿、太钢、宝钢等大企业实施“走出去”的发展战略，参与海外镍矿资源的开发，这将对中国镍的稳定供应发挥重要作用。
中国的一些民营企业，也积极进行开发利用海外镍资源的探索，取得进展。
利用红土镍矿生产的低镍含量的生铁已经广泛的用于200系列不锈钢的冶炼。
目前中国镍冶炼工艺基本上处于以电解镍为主的单一产品的局面。
研究开发利用红土型镍矿，生产镍铁的技术是必要的。
红土型镍矿用来生产镍铁在经济上合理，没有必要一定要生产电解镍。
这项技术的开发有利于中国企业参与海外镍矿资源开发，占有更多优势矿产资源。
2. 建设火法冶炼镍铁的工厂的条件分析：目前中国还没有大型的镍铁生产厂。
201不锈钢成分标准
201不锈钢成分标准201不锈钢是一种广泛应用于各种工业领域的材料，其成分构成决定了其特性。
以下是201不锈钢的成分标准：1.铬（Cr）铬是201不锈钢中的主要合金元素，含量通常在11%-13%之间。
铬的加入提高了钢的耐腐蚀性和硬度，并赋予了钢材良好的加工性能。
2.镍（Ni）镍是201不锈钢中的重要合金元素，含量通常在3.5%-5%之间。
镍的加入提高了钢的韧性、耐腐蚀性和延展性，使得钢材在低温环境下也能保持良好的性能。
3.锰（Mn）锰是201不锈钢中的另一种合金元素，含量通常在1%-2%之间。
锰的加入提高了钢的强度和硬度，并有助于改善钢的耐腐蚀性能。
4.硅（Si）硅是201不锈钢中的一种合金元素，含量通常在0.75%-1.5%之间。
硅的加入提高了钢的强度和硬度，并有助于改善钢的耐磨性能。
5.碳（C）碳是201不锈钢中的基本元素之一，含量通常在0.1%-0.2%之间。
碳的加入提高了钢的强度和硬度，但过多会导致钢材变脆。
6.磷（P）磷是201不锈钢中的有害元素之一，含量应严格控制。
磷过多会导致钢材变脆，降低其耐腐蚀性能。
7.硫（S）硫也是201不锈钢中的有害元素之一，含量应严格控制。
硫过多会导致钢材出现热脆性，降低其延展性和加工性能。
8.余量（Others）除了上述元素外，201不锈钢中还可能含有其他微量杂质元素，如钛、钡等。
这些元素的含量通常很低，但对钢材的性能也有一定影响。
总之，201不锈钢的成分标准是经过精心设计的，各元素之间的配比使得钢材具有优良的性能。
了解这些成分及其作用有助于更好地理解和应用201不锈钢。
红土镍矿2013-4-22
镍元素在不锈钢中的作用是一种银白色的铁磁性金属。
密度8.9g/cm3，熔点1455℃。
古代埃及、中国和巴比伦人都曾用含镍量很高的陨铁作器物。
可以说，镍是既“古老”又“年轻”的金属。
镍具有磁性，是许多磁性材料的主要组成成分。
镍还具有良好的抗氧化性，在空气中，镍表面形成NiO薄膜，可阻止进一步氧化。
实验证明：纯度为99%的镍，20年内不会发生锈痕。
镍的抗腐蚀能力很强，尤其是对苛性碱的抗蚀能力强，在50%的沸腾苛性钠溶液中镍每年的腐蚀速度不超过25微米。
镍的强度和塑性也很好，可承受各种压力加工。
镍在不锈钢中的耗量最大，不锈钢既能抵抗大气、蒸汽和水的腐蚀，又能耐酸、碱、盐的腐蚀。
故不锈钢广泛地应用于化工、冶金、建筑和各种民用用途，如制作石油化工、纺织、轻工、核能等工业中要求焊接的容器、塔、槽、管道等；尿素生产中的合成塔、洗涤塔、冷凝塔、汽提塔等耐蚀高压设备。
市场上最常用的不锈钢在国内称为Cr18Ni9Ti（读作一铬十八镍九钛），国际编号为304。
镍铬合金机械强度大，耐海水腐蚀性强，故用于制作海洋船舰的涡轮发动机等。
氧化镍矿生产镍铁氧化镍矿生产镍铁(production of ferronickel from nickel oxide ore)硅镁镍矿中的镍和部分铁在高温下被还原剂选择性还原成金属，产出镍铁的过程，为氧化镍矿处理的一种方法。
产品供合金钢生产使用。
自20世纪50年代新喀里多尼亚多尼安博(Doniambo)冶炼厂首先采用回转窑–电炉熔炼氧化镍矿生产镍铁以来，此法已在全世界获得广泛应用。
1988年世界镍铁产品的含镍量约占氧化镍矿总产镍量的65％。
降低电炉熔炼的电耗是该法需待解决的重要课题。
典型的硅镁镍矿含镍量较低(Ni l.8％～3.5％)，水分含量很高(30％～45％)，在熔炼时形成熔点较高的炉渣和金属相。
在镍铁生产中必须配有完善的干燥设施和可产生高温的电炉。
生产流程包括干燥、煅烧与预还原、熔炼和精炼等环节。
不锈钢所含各元素的作用
不锈钢所含各元素的作用目前已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。
对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。
这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。
实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。
1)．各种元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用1-1.铬在不锈钢中的决定作用：决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。
迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。
铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。
这种变化可以从以下方面得到说明：①铬使铁基固溶体的电极电位提高②铬吸收铁的电子使铁钝化钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。
构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。
1-2. 碳在不锈钢中的两重性碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。
碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。
所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。
认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。
合金元素对铬镍双相不锈钢组织和性能的影响
合金元素对铬镍双相不锈钢组织和性能的影响1.1 镍的影响镍是强烈的形成奥氏体和扩大γ区的元素，在αγ+双相不锈钢中也不例外。
图5-8系在αγ+双相不锈钢中，随镍量、温度的不同，钢中γ相量增长的示意图。
研究表明，镍在双相不锈钢中还能促进其σ（χ）相的形成，增加钢的脆化敏感性，并有使脆化敏感温度向高温方向移动的倾向。
镍还能降低双相不锈钢马氏体的转变温度，从而改善钢的冷加工变形性能。
镍对约25％铬钢力学件能影响的研究结果表明，随镍量增加，钢的组织结构从纯奥氏体向αγ+?双相过渡。
在αγ+双相范围内。
随镍量增加，钢中γ相量增加，所引起钢的室温强度和韧性的变化见图5-9。
从图中可以看出，当钢中含镍量约5％时．钢的屈服强度达到最高值；含镍量约10％时，钢的抗拉强度达到最大值；而冲击韧性，随镍量增加而提高，在αγ+双相区内可稳定在200~250J/cm2左右。
研究镍对含铬约25％钢的相组成和耐沸腾45％MgCl2应力腐蚀性能的结果指出，当镍~2％时〔钢中为含镍的单—铁素体组织)，钢的耐应力腐蚀性能最差，钢中镍量增加到6％~8％时（钢中 相约40％一50％)，其耐应力腐蚀性能最佳（如图5-10）。
图5-11和5-12分别指出了Ni对双相不锈钢耐点蚀，耐缝隙腐蚀的影响。
从图5-11中可以看出，钢中含铬约22％时，含镍4％~6％时的双相不锈钢和含铬约25％时，钢中合镍4％~8％时的双相不锈钢，具有最好的耐点蚀性。
从图5-22个可以看出，钢中含镍5%~7％的双相不锈钢、镍的变化对钢在固溶态的耐缝隙腐蚀性能影响不大，而对钢在敏化态的耐缝隙腐蚀性能则有显著影响。
其它的研究工作同样指出，为了获得良好耐孔蚀，附缝隙腐蚀性能，当双相钢中铬量一定时，必定有一适宜的镍量范围与其相适应。
显然，除Ni的作用外，主要是钢中适宜相比例所起的良好影响。
根据研究，对25Cr-2.5Mo-3cu-0.15N钢而言,，最佳镍量约为5％；对28Cr-25Mo-15Cu-0.15N钢而言，约为8％。
316不锈钢含量成分表
《316不锈钢含量成分表》一、铬（Cr）：约16%-18%铬就像是316不锈钢的“守护天使”，它能让钢材表面形成一层致密的氧化膜，就像给钢材穿上了一层坚固的“防护服”，防止钢材生锈和被腐蚀。
比如说，我们家里的不锈钢水槽，如果是316不锈钢材质的，那它的铬含量就保证了水槽在长期接触水和各种清洁剂的情况下，依然能保持光亮如新，不会轻易生锈。
你想想，要是水槽生锈了，那多难看啊，还会影响使用，对吧？所以铬的作用可大了呢！二、镍（Ni）：约10%-14%镍可是316不锈钢的“调和大师”哦！它能提高钢材的韧性和延展性，让钢材变得更加“柔软”和易于加工，同时还能增强钢材的耐腐蚀性。
打个比方，就像我们做面包时需要加入酵母让面团更有弹性一样，镍就是316不锈钢中的“酵母”。
我有个朋友是做不锈钢饰品加工的，他就特别喜欢用316不锈钢，因为镍的存在让他在制作复杂形状的饰品时更容易操作，而且制作出来的饰品质量好，不容易断裂，客户都特别满意。
你看，镍的作用是不是很神奇呀？三、钼（Mo）：约2%-3%钼就像是316不锈钢的“秘密武器”，它能大大提高钢材的抗腐蚀能力，特别是在一些恶劣的环境下，比如海边或者有腐蚀性化学物质的地方，316不锈钢能表现出超强的耐腐蚀性，这可多亏了钼的功劳。
我听说有个化工厂在设备改造时，选用了316不锈钢，就是因为它里面的钼含量合适。
以前用普通不锈钢的时候，设备很容易被腐蚀损坏，维修成本特别高。
自从换了316不锈钢，设备的使用寿命大大延长了，节省了不少成本呢！这钼的作用可真是不容小觑啊！四、碳（C）：≤0.08%碳在316不锈钢中就像是一个需要被“小心控制”的小家伙。
适量的碳能保证钢材有一定的强度，但如果碳含量过高，就会影响钢材的耐腐蚀性和焊接性能。
比如说，在一些对焊接要求很高的工程中，如果316不锈钢的碳含量超标，那么在焊接时就可能会出现裂纹等问题，影响工程质量。
所以啊，控制好碳含量是非常重要的。
镍在不锈钢中作用
镍在不锈钢中作用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。
普通碳钢的晶体结构称为铁氧体，呈体心立方（BCC）结构，加入镍，促使晶体结构从体心立方（BCC）结构转变为面心立方（FCC）结构，这种结构被称为奥氏体。
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，最著名的是下面的公式：奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%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。
从镍等式中可以看出，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4.5%的镍，同时含有0.25%的氮。
由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于7.5%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。
合金元素对铬镍双相不锈钢组织和性能的影响
合金元素对铬镍双相不锈钢组织和性能的影响1.1 镍的影响镍是强烈的形成奥氏体和扩大区的元素，在双相不锈钢中也不例外。
图5-8系在双相不锈钢中，随镍量、温度的不同，钢中相量增长的示意图。
研究表明，镍在双相不锈钢中还能促进其（）相的形成，增加钢的脆化敏感性，并有使脆化敏感温度向高温方向移动的倾向。
镍还能降低双相不锈钢马氏体的转变温度，从而改善钢的冷加工变形性能。
镍对约25％铬钢力学件能影响的研究结果表明，随镍量增加，钢的组织结构从纯奥氏体向?双相过渡。
在双相范围内。
随镍量增加，钢中相量增加，所引起钢的室温强度和韧性的变化见图5-9。
从图中可以看出，当钢中含镍量约5％时．钢的屈服强度达到最高值；含镍量约10％时，钢的抗拉强度达到最大值；而冲击韧性，随镍量增加而提高，在双相区内可稳定在200~250J/cm2左右。
研究镍对含铬约25％钢的相组成和耐沸腾45％MgCl2应力腐蚀性能的结果指出，当镍~2％时〔钢中为含镍的单—铁素体组织)，钢的耐应力腐蚀性能最差，钢中镍量增加到6％~8％时（钢中相约40％一50％)，其耐应力腐蚀性能最佳（如图5-10）。
图5-11和5-12分别指出了Ni对双相不锈钢耐点蚀，耐缝隙腐蚀的影响。
从图5-11中可以看出，钢中含铬约22％时，含镍4％~6％时的双相不锈钢和含铬约25％时，钢中合镍4％~8％时的双相不锈钢，具有最好的耐点蚀性。
从图5-22个可以看出，钢中含镍5%~7％的双相不锈钢、镍的变化对钢在固溶态的耐缝隙腐蚀性能影响不大，而对钢在敏化态的耐缝隙腐蚀性能则有显著影响。
其它的研究工作同样指出，为了获得良好耐孔蚀，附缝隙腐蚀性能，当双相钢中铬量一定时，必定有一适宜的镍量范围与其相适应。
显然，除Ni的作用外，主要是钢中适宜相比例所起的良好影响。
根据研究，对25Cr-2.5Mo-3cu-0.15N钢而言,，最佳镍量约为5％；对28Cr-25Mo-15Cu-0.15N钢而言，约为8％。
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镍在不锈钢中的作用
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。
普通碳钢的晶体结构称为铁氧体,呈体心立方(BCC结构,加入镍,促使晶体结构从体心立方(BCC 结构转变为面心立方(FCC 结构,这种结构被称为奥氏体。
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,最著名的是下面的公式:
奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%
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。
从镍等式中可以看出,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4.5%的镍,同时含有0.25%的氮。
由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于7.5%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。