(译)铌对镍基合金耐腐蚀性能的影响
铌对镍基合金耐腐蚀性能的影响
Gaylord D. Smith and Nathan C. Eisinger Special Metals Corporation 3200 Riverside Drive Huntington, WV 25705 摘要：在技术文献中，已经很好地证实了铌在提高镍基合金力学性能的作用。但是，对于它
在镍基合金中提高耐腐蚀性的作用还没有较好的证明和了解。本论文回顾了关于含铌的镍基
合金的耐腐蚀性的文献，给出了某些含有不同铌的镍基合金的腐蚀性能方面一些内部数据。
主要的焦点将集中在铌对提高高温含硫环境下－如化学制药，石油化工，电力，和炼油厂－
抗硫化性能提高的贡献。除了高温合金中添加铌，也研究了增加铌含量通过增加局部耐腐蚀
性而提高耐水溶液腐蚀性。 为了有助于说明铌通过何种机制有效的提高耐腐蚀性，总结了文献研究中的关键问题。
本文将报道两个趋向于解释铌的作用的两个重要原因。第一，曾假定铌降低了在氧化/硫化
环境中形成保护膜如Cr2O3所需要的时间。第二，铌的添加会倾向于在外层的膜中形成一种
块状的析出物，可以作为硫穿过膜缺陷向内扩散的障碍。 接下来给出了关于几种商用的含有显量铌的合金在典型工业环境中的腐蚀数据。这些应
用包括在高温和水溶液腐蚀环境及废物回收和燃煤的锅炉的石油化工和化学制药。为了完成
本论文，也讨论了铌在服役于水溶液的镍基合金中的作用和提高铌含量的合金的发展。
1 引言
铌被公认为是几种主要镍基锻造合金中关键的合金化元素。研究铌在某些合金和环境中
能够和确实所起的提高耐腐蚀性的作用是本文的目的。为了清楚地说明是通过添加铌而获得
的提高，选择了一种水溶液和高温无铌耐腐蚀合金,并且耐腐蚀性作为添加铌含量的函数而
提高。较早文献研究认为铌改善高温硫化环境的耐腐蚀性，所以这成分本研究的焦点。高温
下形成的膜显微组织研究有助于说明铌的作用。另外的文献表明铌会提高镍基合金的局部耐
腐蚀性。为了研究添加铌对水溶液耐腐蚀性的影响，选用了商用Ni－Cr－Mo-W合金
（Inconel622）并且确定了添加铌对两种恶劣环境中临界蚀损斑（CPT）和裂纹腐蚀温度
（CCT）。除了实验室研究，也给出了商用中含铌的镍基合金数据来和实验研究相对应和补
充。由于它们属于铌在镍基合金中的应用，以研究铌的相关性能作为开始似乎更合适。 1.1铌元素的性能
铌，体心立方（bcc）第V主族元素，和钼，钨和钽一起是镍基合金中使用的四种主要
难熔元素之一。铌，作为一种难熔元素，具有相对低的模量（100n/m2×106），相对低的熔点
（2468℃），相对低的密度（8.4g/cm3）和大的原子尺寸（0.2852nm）。铌是在镍和Ni-Cr中
固溶度最小的难熔合金元素。铌与镍和铁的原子错配度是难熔金属中最大的。错配度限制了
固溶度。铌也是难熔元素中电阳性最大的。电正性特征说明了铌为什么具有强的形成A3B
型TCP相（如γ”Ni3Nb，几种镍基高温合金中的体心立方（BCT）强化相）的亲和力。铌的
电正性特征有利于NbC （-△F=30Kcal/mol）和NbN(-△F=38Kcal/mol)形成，在象625，706
和718这样的合金中通常在某种程度上形成初晶相或而次二次相。碳和氮也能结合在一起形
成一次或二次的Nb（C,N）。铌与氧形成NbO，NbO2和Nb2O5[1/5 Nb2O5(-△F=38Kcal/mol)]
的亲和力适中。没有铌关于硫化和卤化的数据。
1.2铌对镍基合金耐硫化性能的影响
早期的研究认为铌在高温硫化环境中有利。由于这个原因及硫是高温工业环境中最普通
的腐蚀介质之一，所以确定选取两种高温合金并且研究铌的添加对腐蚀速率的影响，来通过
俄歇扫描电镜（SAM）和电子探针（EM）来说明铌的作用。
已经证实纯铌的硫化速率极低。研究者们研究了Ni-Nb和Co-Nb的硫化发现，它们的
硫化速率低于纯镍和钴的，但是达不到纯铌的。Baxter和Natesan在Fe-Ni-Cr实验中研究了
铌的作用，表明铌含量达到6wt%有助于在875℃氧化/硫化条件下形成一种Cr2O3保护膜。
这些作者把合金耐硫化性能的提高归于两个因素。第一是铌降低了这些合金形成Cr2O3保护
膜所需要的时间。第二是铌在外部的Cr2O3膜内形成一种氧化物，作为硫通过膜中可能存在
的缺陷向内扩散的障碍。
1.3关于证明铌在高温硫化中的作用的实验过程
在表1中给出了Inconel693合金(名义基体成分Ni-30wt%Cr-5wt%Fe-3.3wt%Al(质量分
数))的两种变异合金和Incotherm合金(Ni-15wt%Cr-4.4wt%Si)TD的两种变异合金，分别为HV5660，HV5661和HV9601和HV9602。 这些合金带经过32微英寸表面抛光加工的小棒
（直径7.26mm,长17.78mm）在816℃包括54％H2-45%CO2-1%H2S的气体气氛中时效。实
验中，试样以规则的间隔从电炉（带管端盖板莫来石管）中取出，称重，放回该气氛中继续
时效。实验完成时，Oak Ridge National Laboratory 的Harry Meyer Ⅲ和Larry Walker用扫描
电镜（SEM）研究了每个样品的表面形态，用SAM测定了腐蚀产物的化学成分。表面分析
后，试样截出横截面并用EM测定。 表1 用于研究Nb在硫化过程中作用的合金成分(wt %) 炉次 C Fe Si Ni Cr Al Nb HV5660 0.006 5.80 0.12 Bal 30.0 3.3 0.54 HV5661 0.009 4.30 0.14 Bal 30.0 3.3 2.04 HV9601 0.030 -- 1.38 Bal 15.1 -- 0.88 HV9602 0.015 -- 1.43 Bal 15.4 -- 1.90
1.4 变异Inconel 693合金的结果
图1给出了每个Inconel693的变异合金在816℃54％H2-45%CO2-1%H2S混合气氛中时
效过程中所显示质量的变化。如图所示，含有更多铌的合金HV5661，如其最低的获重所表
明的，具有最低的硫化速率。SEM显示出两种合金具有不同的Cr2O3膜形态。含铌较少的
合金（HV5660）的氧化膜的形态相对光滑，与合金HV5661中生长的粗糙的细晶粒膜相反。
对HV5660中发生加速腐蚀的表面区域的化学分析表明存在着铁，铬，铝，氧和微量的硫。
相反的，如图2中所看到的，HV5661中的加速腐蚀区显示出高的硫，铬，氧及Cr2O3一些Ni的存在。合金HV5661横截面的背反射图像显示出外层的膜是有铬，氧和铌构成的。外
层膜的下面，在膜/合金的界面上，存在着硫，内部的析出物富含硅，氧和硫。在紧邻膜/金
属内表面下面进行了元素分析，以确定该区域元素富化和/或贫化的程度。表2中的结果显
示，HV5660的成分梯度几乎没有变化，而HV5661在膜/合金内表面具有铬的贫化和显著的
铌的富化。
图1 表1所示合金在816°C在54% H2 -45% CO2 - 1% H2S气氛中时效的重量变化结果 表2 HV5660 和 HV5661的电子显微镜收集数据
1.5 变异Incotherm合金TD的结果
图1描述了INCOTHERM合金TD的每一种变异合金在816℃54％H2-45%CO2-1%H2S
混和气体中时效时所显示出的重量变化。如图所示，含有更高铌的HV9602合金具有最低的
硫化速率，可由它的较低的获重来说明。然而，在HV9601和HV9602中都发现了球状的硫
化物，后者的量要少的多。HV9601中存在的表面加速腐蚀区化学成分分析表明有高含量的
铬，氧和少量的镍。相反，HV9602的腐蚀加速区显示出较多的铬，氧和铌存在。HV9601
合金的横截面背散射（BE）图像表明，外部的膜富含铬和氧（可能是Cr2O3）。在外部膜下
面的膜/合金内表面处存在着硫，内部析出物富含铬和硫（可能是CrS）。象HV5661一样，HV9602的Cr2O3层内含有显量的铌，在膜/合金内表面以下有铌，铬，氧和硫存在。 为了确定元素在紧邻膜/金属界面以下区域中富化和/或贫化的程度，对这个区域进行了
元素分析。表3为分析结果，在合金HV9601和HV9602中的膜/合金内表面处都存在着铬
的贫化，而HV9602合金的膜/合金内表面有很明显的铌的富化。图3为HV9602的背散射
（BE）图像。 表3 HV9601 和 HV9602合金的电子显微镜收集数据
图2 图2f所示区域元素点扫描图像(HV5661) a-e
图3 HV9602样品交界部分背散射电子图像a和相关的点扫描图像b-e
2铌在镍基合金中耐硫化作用的讨论
图1中的重量变化结果清楚表明了铌的添加对两种不同的镍-基合金的有利影响。Baxter 和Natesan 通过对母合金添加1%，3%和6%(均为质量分数)的铌研究了添加铌对两种不同
的合金Fe-12%Cr和Fe-20%Ni-25%Cr耐硫化性能的影响。在他们的研究中，铌的添加通过
增加保护膜形成的起始速率而降低了渗入（incorporate）膜和合金内部的硫量从而改善了耐
硫化性能。作者们还假定添加铌提高氧化物形核率而导致了膜层较细的晶粒尺寸。这个结果
也和本研究中HV5661和HV5660SEM观察比较结果相一致。另外，本研究中也证实了铌渗
入外层膜以内，这样可能有助于阻碍硫穿过膜向内扩散进入合金内部形成有害的铬的硫化
物。基于以上结果，很显然合理的添加铌能对镍基合金耐硫化性能的提高有利。
3铌在水溶液环境中的作用
象其它难熔金属如钽，钨和钼一样，元素铌在许多普通的水溶液环境,包括绝大多数的
无机和有机酸都有很好的耐蚀性。例如，铌耐各种成分和温度下的HCl，尤其极耐硝酸。让
人注意的一个例外是铌耐HF腐蚀性能差。然而，与钼相比，铌对为耐水溶液介质腐蚀而设
计的镍-基合金的影响较小。几种众所周知的合金如Inconel625和Incoloy20合金含有铌。含
铌0.5%合金020利用了前面提到的铌形成碳化物的倾向。020和625合金都可通过退火析
出铌的碳化物而稳定的抗晶间腐蚀。碳被绑定，在接下来700－900℃之间或焊接或服役的
时效都不能引起铬的碳化物在晶界上形成。在未稳定化的合金如304SS或Incoloy800中，800℃左右的时效中会在晶界析出铬的碳化物，造成晶界附近铬的贫化区。这种被称为敏化
现象致使合金由于铬的贫化而易于受到严重的晶间腐蚀。例如，如图4所示，如果625合金
不进行退火析出铌的碳化物，它的易晶间腐蚀性（IGA）急剧增加。 在高温进行的应用也能够得益于铌的稳定化提高性能。合金625或347SS经常在氢用
来去除燃料中的硫和氮的地方精确规定加氢处理的单位。高于这些单位的停止点，合金800
或304SS经常会由于聚硫脲酸应力腐蚀裂纹而断裂。通过形成铌的碳化物而稳定化防止了
破坏已稳定化的合金。合金625也在一系列水溶液（环境）应用中使用。为了研究铌对625
耐腐蚀性的影响，与Inconel合金617的快速比较是一目了然的。如在下面表4中看到的，
除了三处例外合金625和617的成分是相似的。合金617不含铌，但是含有钴代替一部分镍。
合金617含有更高的碳以获得更高的强度。尽管这些不同，铌对腐蚀性能的大致影响能象表5中看到的一样很容易查出。
元素含量对奥氏体不锈钢性能的影响
元素含量对奥氏体不锈钢性能的影响
奥氏体不锈钢是一种常用的不锈钢材料，其具有优异的耐腐蚀性能和良好的加工性能。元素含量对奥氏体不锈钢性能的影响十分重要，下面将详细介绍不同元素含量对奥氏体不锈钢性能的影响。
1.镍（Ni）：
镍对奥氏体不锈钢的影响非常显著。适量添加镍可以提高奥氏体不锈钢的强度、塑性和耐腐蚀性能。镍可以稳定奥氏体相并抑制铁素体相的形成，从而提高材料的耐蚀性和力学性能。高镍含量的奥氏体不锈钢具有良好的耐高温和耐腐蚀性能，适用于化工、航空航天等领域。
2.铬（Cr）：
铬是不锈钢的主要合金元素，对奥氏体不锈钢的影响也非常显著。铬可以形成致密的氧化铬层，保护不锈钢材料不受腐蚀。适量添加铬可以提高奥氏体不锈钢的耐蚀性能，特别是在酸性环境和氯化物环境中的耐蚀性。此外，铬还能提高奥氏体不锈钢的强度和硬度，延长材料的使用寿命。
3.碳（C）：
碳是奥氏体不锈钢的强化元素，适量的碳含量可以提高材料的强度和硬度。但过高的碳含量会降低耐蚀性能，容易发生晶间腐蚀。因此在奥氏体不锈钢中，碳含量一般低于0.08%，以保证良好的耐蚀性能。
4.锰（Mn）：
锰是奥氏体不锈钢的合金元素之一，可以提高材料的强度和硬度。适量的锰添加也可以改善耐蚀性能，但过高的锰含量会降低材料的塑性。
5.氮（N）： 适量的氮含量可以有效提高奥氏体不锈钢的强度和硬度，同时还能改善材料的耐蚀性能。氮会强化奥氏体相，提高材料的塑性和韧性。
除了上述主要元素外，还有一些其他合金元素也对奥氏体不锈钢的性能有影响。例如钼（Mo）可以提高奥氏体不锈钢的耐蚀性，特别是在高温环境下的耐蚀性。钛（Ti）和铌（Nb）可以防止晶间腐蚀，改善奥氏体不锈钢的焊接性。硅（Si）可以提高奥氏体不锈钢的强度和耐蚀性能。
总之，不同元素的含量对奥氏体不锈钢的性能有明显的影响。合理调控元素含量可以提高奥氏体不锈钢的强度、硬度、塑性和耐蚀性能，使其适应不同环境和工程应用的需求。
镍基高温合金熔点
镍基高温合金熔点
1. 介绍
镍基高温合金是一种具有优异高温性能的金属材料，主要由镍作为基体元素，通过合金化添加其他元素来增强材料的力学性能和耐高温性能。其中，熔点是衡量材料热稳定性的重要指标之一。本文将重点探讨镍基高温合金的熔点及其相关知识。
2. 镍基高温合金的组成
镍基高温合金的主要组成元素包括镍、铬、钼、铌、钨、铁等。这些元素通过合金化相互作用，可以提高合金的热稳定性、力学性能和耐腐蚀性。
3. 镍基高温合金的晶体结构
镍基高温合金的晶体结构主要是面心立方（FCC）结构和体心立方（BCC）结构两种。镍的原子在面心立方结构中排列得更为紧密，因此，镍基高温合金的熔点通常较高。
4. 镍基高温合金的熔点特性
镍基高温合金的熔点受多种因素影响，例如合金元素的种类和含量、晶体结构、晶格畸变等。一般而言，熔点随着合金元素含量的增加而提高，这是因为合金元素的加入可以破坏晶体结构的稳定性，从而提高合金的熔点。
5. 镍基高温合金的常见熔点范围
镍基高温合金的熔点范围通常在1200°C至1500°C之间。不同合金的具体熔点取决于其组成和制备工艺。例如，IN718合金的熔点约为1320°C，而IN625合金的熔点约为1350°C。
6. 熔点对镍基高温合金性能的影响
熔点是镍基高温合金的重要性能指标之一，它直接影响合金的高温稳定性和耐腐蚀性。较高的熔点意味着合金在高温环境下能够保持较好的结构稳定性，同时具有较好的耐腐蚀性能。 7. 提高镍基高温合金熔点的方法
提高镍基高温合金的熔点可以通过以下几种方法：
• 增加合金元素的含量：合金元素的加入可以提高合金的热稳定性，从而使熔点升高。
• 改变合金的晶体结构：通过合金化或热处理等方法，调控合金的晶体结构，使其更为稳定，从而提高熔点。
• 精确控制制备工艺：制备工艺的优化可以通过改变晶体的形貌和结晶方式，从而影响合金的熔点。
8. 应用领域
镍基高温合金由于其优异的高温性能和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、石化、能源等领域。在航空航天领域，镍基高温合金常用于制造燃气涡轮发动机的叶片和涡轮盘等关键部件。在石化和能源领域，镍基高温合金广泛用于制造耐高温腐蚀的炉管、炉管套等设备。
铌及铌合金的氧化行为
铌及铌合金的氧化行为
姜传海;周健威;叶长青;吴建生
【期刊名称】《机械工程材料》
【年(卷),期】2003(027)012
【摘 要】铌及铌硅化合物具有优良的力学性能,可替代现有的镍基合金超高温材料.通常,这类材料的高温抗氧化性能较差,铌在高于350℃时即发生剧烈氧化,而抗氧化性能较好的NbSi2在1000K附近也会出现"pest"现象.铌硅化物的氧化行为与钼(或钨)硅化物存在很大区别,其氧化产物无挥发性.通过增加硅的含量,或添加钛、铝、铬等元素,涂敷高温抗氧化涂层等,可有效提高铌及铌硅化合物的高温抗氧化能力.
【总页数】4页(P1-3,31)
【作 者】姜传海;周健威;叶长青;吴建生
【作者单位】上海交通大学材料科学与工程学院,高温材料及高温测试教育部重点实验室,上海,200030;上海交通大学材料科学与工程学院,高温材料及高温测试教育部重点实验室,上海,200030;上海交通大学材料科学与工程学院,高温材料及高温测试教育部重点实验室,上海,200030;上海交通大学材料科学与工程学院,高温材料及高温测试教育部重点实验室,上海,200030
【正文语种】中 文
【中图分类】TG146.4
【相关文献】 1.新型多元铌合金的高温氧化行为 [J], 李丹;贾中华;许谅亮
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镍基合金成分
镍基合金成分
镍基合金是一种由镍为主要成分的合金，通常还包括其他元素如铬、钼、钨、铜、铁等。这些元素的加入可以改善合金的力学性能、耐腐蚀性能和高温性能等。
以下是常见的镍基合金成分：
1. 镍：镍是镍基合金的主要组成部分，通常占总重量的50%以上。它具有优异的耐腐蚀性和高温强度，可以提高合金的抗氧化性和耐热性能。
2. 铬：铬是一种重要的添加元素，可以提高镍基合金的抗氧化性和耐腐蚀性能。一般含量在10-30%之间。
3. 钼：钼是一种重要的强化元素，可以提高镍基合金的强度和硬度。同时还可以提高其抗热疲劳和抗裂纹扩展性。
4. 钨：钨是一种重要的添加元素，可以提高镍基合金的强度和硬度，并且具有良好的高温稳定性。
5. 铜：铜是一种优秀的加工硬化元素，在镍基合金中起到了很好的强化作用。同时还可以提高其耐腐蚀性能。
6. 铁：铁是一种常见的杂质元素，虽然含量较低，但会对镍基合金的性能产生影响。过高的铁含量会导致合金的塑性和韧性降低。
除了上述元素外，镍基合金中还可能包括其他元素如锆、钛、铌等。这些元素的加入可以改善合金的性能，例如提高其耐热性能和抗腐蚀性能等。
总之，镍基合金成分复杂多样，不同成分的组合可以得到不同性能的合金。在实际应用中，需要根据具体要求选择适当的镍基合金。
铌合金
铌合金的热机械工艺与性能
C.Craig Wojcik Wah Chang，An Allegheny Technologies Company
1600 Old Salem Road, NE，Albany, OR 97321-4548, U.S.A. 摘要：在所有熔点超过2000℃的高温耐热金属中，铌合金最易加工成形且密度最小。从通
讯卫星到人体成像设备，铌合金都有着广泛应用，但是多数科学家和工程师仅进行了有限的
试验研究。所有铌中，作为添加剂应用于钢和镍合金中的铌量超过95%，而铌基合金和高
纯铌仅占1-2%，这一小部分中，超导铌钛合金又占了铌合金的一半以上，其余的铌被应用
于耐高温铌合金和耐腐蚀材料中。目前，正在应用的所有耐高温铌合金是二十世纪六十年代
为适应核技术和航空航天领域的需要而开发的。与二十世纪六、七十年代开发研究的其它高
温耐热金属和数百种高温耐热合金相比，工业铌合金相对来说强度较低，但延展性能特别好，
能加工成非常复杂的形状。虽然铌合金的耐热能力比镍基合金高出数百度，但由于氧化和长
期过程中蠕变行为而受限。本文简述了目前铌合金的制造方法，并综述了它们的热力学性能。 1 铌锭生产方法
从二十世纪六十年代早期开始，就已经采用铝热还原法生产粗铌金属，然后用电子束
熔炼提纯。在铝热还原中，将Nb2O5和铝粉末混合在一起，然后反应放热生成粗铌金属和Al2O3渣。粗铌金属含有几个百分数的杂质，包括原来的铝和氧，这些杂质（铝、Al2O3和Nb次生氧化物）在转变温度上的蒸汽压比铌金属要高得多。
因为蒸汽压的不同，所以可以用电子束熔炼的方法工业提纯。这种工艺能达到非常高
的过热状态，通过液体对流快速蒸发除去杂质。经过几次连续的电子束熔炼步骤后，铝和氧
含量均减小到50ppm以下。其它天然产生的蒸汽压低的杂质，如钽和钨，不能用电子束熔
炼的方法除去，这些杂质必须用其它优于铝热还原的液体净化方法除去。目前常用的电子束
熔炼炉的电子束能量为500－2000kw，能够对直径300－500mm、长度2m以上的铌锭提纯。
铌(Nb)和铼(Re)的介绍
铌(Nb)和铼(Re)
Nb-铌，一种化学元素。拼音:nǐ ní 最初人们用铌所在的铌铁矿的名字“columbium”来称呼
铌(columbium译名----钶)。铌是灰白色金属，熔点2468℃，沸点4742℃，密度8.57克/立方厘米。
室温下铌在空气中稳定，在氧气中红热时也不被完全氧化，高温下与硫、氮 、碳直接化合 ，能与钛 、
锆、铪、钨形成合金。不与无机酸或碱作用，也不溶于王水，但可溶于氢氟酸。铌的氧化态为-1、+ 2、
+3、+4和+5，其中以+5价化合物最稳定。存在于铌铁矿里，旧名钶（colombium，元素符号Cb）。
用于制造核反应堆中的不锈钢合金、喷气发动机和导弹。
世界上很大一部份铌以纯金属态或以高纯度铌铁和铌镍合金的形态，用于生产镍、铬和铁基高温合
金。这些合金可用于喷射引擎、燃气涡轮发动机、火箭组件、涡轮增压器和耐热燃烧器材。铌在高温合
金的晶粒结构中会形成γ''相态。这类合金一般含有最高6.5%的铌。Inconel 718合金是其中一种含铌镍基合金，各元素含量分别为:镍50%、铬18.6%、铁18.5%、铌5%、钼3.1%、钛0.9%以及铝0.4%。
应用包括作为高端机体材料，如曾用于双子座计划。
Re-铼，密度21.04克/立方厘米，熔点3180℃，沸点5627℃。晶格类型六角密集。外表与铂
同，纯铼质软，有良好的机械性能。溶于稀硝酸或过氧化氢溶液。不溶于盐酸和氢氟酸中。在高温下，
与硫的蒸气化合而形成硫化铼ReS2。不与氢、氮作用，但可吸收H2。化合价有3、4、6和7。能被
氧化成很安定的七氧化二铼Re2O7，这是铼的特殊性质。
由于价格昂贵，直到1950年才由实验室珍品变为重要的新兴金属材料。铼广泛用于现代工业各部门，主要用作石油工业和汽车工业催化剂，石油重整催化剂，电子工业和航天工业用铼合金等。
1、铼主要用作石油工业的催化剂， 2、铼具有很高的电子发射性能，广泛应用于无线电、电视和真空技术中。
Nb在铁基高温合金中的作用
Nb在铁基高温合金中的作用
陈国胜;伍伯华;周乐澄;李玉清
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】1992(28)9
【摘 要】研究了Nb在Fe-Ni-Cr-W-Mo-Ti合金中的中高温强化作用。当Nb含量低于1.22wt-％时,合金的650℃拉伸强度、塑性、持久寿命和疲劳极限随Nb含量升高而提高。Nb促使MC相均匀分布,细化晶粒,增加γ′相的数量和提高其稳定性。当Nb含量为1.22wt-％时,小颗粒Laves相在晶界上弥散析出,有利于合金的综合性能;只有当Nb含量过高时,Laves相在晶界过量析出,才使合金性能恶化。
【总页数】6页(PA385-A390)
【关键词】铁基高温合金;强化;铌
【作 者】陈国胜;伍伯华;周乐澄;李玉清
【作者单位】大冶钢厂钢铁研究所
【正文语种】中 文
【中图分类】TG132.32
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镍基高温合金用新型铌合金的制备工艺
第３５卷第６期 ２０１３年ｌ２月 甘肃冶金 ＧＡＮＳＵ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ ＶｏＩ＿３５ Ｎｏ．６ Ｄｅｅ．，２０１３ 文章编号：１６７２４４６１（２０１３）０６－００４３－０２ 镍基高温合金用新型铌合金的制备工艺 李建兵，李晓东 （中色（宁夏）东方集团有限公司，宁夏石嘴山７５３０００） 摘要：本文通过分析配铝系数、发热剂、石灰、萤石、冷却时间对铌合金的影响，提出了铝热还原法制备新型铌合 金的新工艺。试验表明：配铝系数控制在１．０３％～１．０５％，单位反应热控制到３２００—３４００ ｋＪ／ｋｇ，ＣａＯ的用量为铝 用量的４％～６％，ＣａＦ 的用量为总用铝量的１％～２％，自然冷却时间１８～２４ ｈ，就可制备出高纯合金化均匀的铌合 金。 关键词：镍基高温合金；铌合金；铝热还原 中图分类号：ＴＧ１４６．４ １６ 文献标识码：Ａ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｎｅｗ Ｎｉｏｂｉｕｍ Ａｌｌｏｙｓ Ｕｓｅｄ Ｆｏｒ Ｎｉ－Ｂａｓｅ Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ＬＩ Ｊｉａｎ—ｂｉｎｇ，ＬＩ Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ （ＣＮＭＣ Ｎｉｎｇｘｉａ Ｏｒｉｅｎｔ ＧＲＯＵＰ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｚｕｉｓｈａｎ ７５３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔａｌ ａｌｕｍｉｎｕｍ，ｈｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ，ｌｉｍｅ，ｆｌｕｏｒｓｐａｒ，ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｎ Ｎｉｏｂｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ，ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｎｅｗ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｏ ｐｒｅｐａｒｅ ｎｅｗ Ｎｉｏｂｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｏｔｈｅｒｍｉｃ ｒｅ— ｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｉｔ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｐｒｅｐａｒｅ Ｎｉｏｂｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｌｙ ｐｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｌｌｏｙｅｄ ｗｈｅｎ ｐｒｏｐｏｒ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔａｌ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ １．０３％～１．０５％，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｐｅｒ ｕｎｉｔ ｍａｓｓ ｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ３２００—３４００ ｋＪ／ｋｇ，ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｌｉｍｅ ｕｓｅｄ ｉｓ ４％～５％ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ．ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆｆｌｕｏｒｓｐａ ｕｓｅｄ ｉｓ １％～２％ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ．ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｓ １８—２４ ｈｏｕｒｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｎｉ ｂａｓｅ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ；ｎｉｏｂｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ；ａｌｕｍｉｎｏｔｈｅｒｍｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ １ 引言 高温合金是广泛应用于航空、航天、发电、动力、 机车以及石油和化学等工业中关键部件的材料，特 别适用于航空发动机的涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室 等方面。高温合金按基体组织材料可分为三类：铁 基、镍基和铬基。按生产方式可分为变形高温合金 和铸造高温合金¨Ｊ。 铌作为镍基高温合金中的一种合金元素有着非 常重要的作用，将铌加到镍基合金中可以提高其高 温强度。在热处理的过程中，虽然有其他的强化相， 但铌在镍的基体上产生金属问化合物Ｎｉ Ｎｂ的沉淀 强化，有效消除应力而不发生裂纹，特别是在焊接过 程中有避免应变时效裂纹的能力 Ｊ。 目前国内生产镍基高温合金主要用金属铌条作 为铌添加剂，金属铌条存在熔点高（２ ４９７℃），熔炼 时合金化不均匀，成分偏析等问题。本文提供了一 种新型铌合金的生产工艺，以代替金属铌条成为镍 基高温合金的铌添加剂，以提高合金的热腐蚀能力 和高温持久强度。 ２ 实验原理 本工艺是采用铝热还原法，将Ｎｂ Ｏ 和Ｆｅ，Ｏ 还 原成金属Ｎｂ和Ｆｅ，并合金化为铌合金，同时放出大 量的热 Ｊ。其主要反应是： ２／５Ｎｂ２０５＋４／５Ａ１＝４／３Ｎｂ＋２／３Ａ１２Ｏ３ △Ｇ。：－４６１７５３＋７４．８６Ｔ（Ｊ／ｍｏ１） Ｆｅ３Ｏ４＋２／３Ａ１＝Ｆｅ＋Ａ１２Ｏ３ Ａ Ｇ。：一５５６４３０＋８７．１４Ｔ（Ｊ／ｍｏ１） 用铝热法生产铌合金过程中，其单位炉料反应 热在３１００ ｋＪ／ｋｇ左右，不足以维持反应正常进行。 同时，炉料中加入的还原剂、石灰等都会降低炉料的 单位反应热效应。为了使还原反应能自发进行，并 保证有足够的时间让合金从渣中分离出来沉到熔体 眦Ｅ－－￣蝴：Ｇ ＳＬ…ＹＪＬ＠１６２６ １…
铌在超级耐热合金中的重要作用
铌在超级耐热合金中的重要作用 1 / 3
铌在超级 (耐热 )合金中的重要作用
在商业用超级（耐热）合金中，镍基超耐热合金 718，706 和 625 在产量中占
据特别突出的地点。 实质上镍基超耐热合金产品主假如由这几种合金构成。 这些
合金中含铌量为 3— 5.5wt%。表 1 列出了最重要的含铌超级合金的化学成分：
表 1--- 最重要含铌超耐热合金的正常化学成分（ wt% ）
合金 Ni Nb Cr Co Mo W Ti Al Fe C 其余
Inconel 718
Rene88DT
Rene95
Inconel 751
IN-738
Inconel 907
铌在超级（耐热）合金中的作用
铌在超耐热合金中的主要作用是固溶加强和析出加强。铌形成
MC
和
M 6C
形式的碳化物从而形成 Ni 3Nb 双加强相。铌在超耐热合金中因为固溶和 Ni 3Nb 双相析出加强显然地提升了抗蠕变强度。
Inconel718 是 1959 年由 Inco Alloys 开发的，在镍基合金中加入铌是为了增
加高温强度。其加强机理是热办理过程中在镍马氏体基体中析出金属间化合物
（ Ni3Nb ）。固然作为加强元素也能够用其余金属取代铌，但人们发现铌是独一 铌在超级耐热合金中的重要作用
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能防止在最后产品制造过程中形成应变时效裂纹的元素， 特别是在焊接过程中这
一特色特别显然。因为铌使无效反响减慢， 使最后产品热应力开释而不形成裂纹。
当时，718 合金相关于其余积淀加强的超合金显示了更好的性能，如
Astroloy(Ni-15Cr-17Co-5.25Mo-4Al-3.5Ti-0.06C-0.03B) 和
Rene41(Ni-19Cr-11Co-10Mo-1.5Al-3.1Ti-0.09C-0.005B) 。718 合金在 1200—1000F
718化学成分
718化学成分
718合金是一种镍基高温合金，它由以下主要元素组成：镍（Ni）、铬（Cr）、铁（Fe）、钼（Mo）、铝（Al）、钛（Ti）、碳（C）和铌（Nb）。其中，镍是该合金的主要成分，占总重量的50%以上。
这种合金具有优异的高温性能，可以在高达704°C的温度下保持强度和韧性。这使得718合金成为航空、航天、石油化工等领域中高温应用的理想材料。
铬是718合金中的另一个重要元素，它可以提高合金的耐腐蚀性能。铬的添加可以形成一层致密的氧化物保护层，防止氧化和腐蚀。此外，铬还可以提高合金的高温性能和强度。
铁是718合金中的第三大成分，它可以提高合金的强度和韧性。同时，铁还可以降低合金的成本，因为它是一种广泛存在的廉价元素。
钼是一种耐高温、耐腐蚀的金属，可以提高合金的高温强度和耐腐蚀性。在718合金中，钼的含量通常在3-5%之间。
铝和钛是718合金中的两种轻质元素，它们可以提高合金的强度和韧性，同时减轻合金的重量。铝和钛的含量通常在0.2-1.0%之间。
碳是一种重要的合金元素，它可以提高合金的硬度和强度。在718合金中，碳的含量通常在0.08-0.15%之间。
铌是718合金中的一种稀有金属，它可以提高合金的高温强度和耐腐蚀性。在718合金中，铌的含量通常在0.5-0.8%之间。
除了以上主要元素外，718合金中还含有其他微量元素，如硅（Si）、磷（P）和硫（S），它们对合金的性能也有一定影响。
718合金是一种优异的高温合金，由镍、铬、铁、钼、铝、钛、碳和铌等多种元素组成。这种合金具有优异的高温性能和耐腐蚀性，广泛应用于航空、航天、石油化工等领域。