Роль различных элементов в никелевых сплавах

‌Определение‌: Никелевые сплавы – это класс сплавов, демонстрирующих высокую прочность и определенную коррозионно-окислительную стойкость при температурах от 650°C до 1000°C. Разделяются по основным характеристикам на никелевые термостойкие, коррозионностойкие, износостойкие, точные и сплавы с эффектом памяти формы. Высокотемпературные сплавы классифицируются по матрице: ферriticческие, никелевые и кобальтовые, причем никелевые являются наиболее важными.

Никелевые сплавы незаменимы в сферах, где стандартные нержавеющие стали типа 304 не справляются:

‌Морские‌: Офшорные сооружения, дезалинизация, аквакультура, теплообменники морской воды.

‌Экологические‌: Уничтожение диоксида серы в ТЭЦ и очистка сточных вод.

‌Энергетика‌: Атомная энергия, угольная переработка, приливные электростанции.

‌Нефтехимия‌: Переработка нефти и химическое оборудование.

‌Пищевая‌: Производство соли и соевого соуса.

С ростом промышленных требований спрос на никелевые сплавы резко возрос. В 2011 году рынок в Китае составил 23,07 млрд юаней с темпом роста 19,47% ежегодно.

 

‌Требования к применению‌:

‌Аэрокосмическая‌: Сохранение прочности при экстремальных температурах (двигатели, лопатки турбин).

‌Энергетическая‌: Устойчивость к сульфидации и окислению (отделочные детали, экраны термозащиты).

‌Нефтехимическая‌: Устойчивость к кислотам/alkaline и хлоридам (desalination plants, pipelines).

 

‌История развития‌:
Разработаны в конце 1930-х годов. Великобритания представила Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) в 1941 году, затем Nimonic 80 с добавлением алюминия для повышения термостойкости. США, Россия и Китая вскоре создали аналоги. Ключевые инновации включают вакуумное плавление (1950-е) для сплавов с высоким содержанием Al/Ti, точное литье для сложных форм и однокристальные сплавы в 1960-х. Современные сплавы, такие как MA6000, выдерживают 1100°C с предельной прочностью растяжения до 2220 МПа.

 

‌Влияние элементов‌:

‌Никель (Ni)‌: Улучшает металлургическую стабильность, термостойкость и сварчивость; повышает стойкость к редуцирующим кислотам и трещинам от коррозии в средах с хлоридами.

‌Хром (Cr)‌: Усиливает окисляющую и сульфидную стойкость; предотвращает пористость и межкристаллярную коррозию.

‌Моlyбден (Mo)‌: Повышает стойкость к редуцирующим кислотам и хлоридам; усиливает прочность при высоких температурах.

Железо (Fe): Снижает затраты и контролирует тепловое расширение.

Медь (Cu): Улучшает стойкость к серной и фтореводной кислотам в stagnant conditions.

Алюминий (Al): Повышает окисляющую стойкость при высоких температурах и способствует упрочнению.

Titanium (Ti): Связывает углерод, предотвращая межкристаллярную коррозию при heat treatment; усиливает age-hardening.

Niobium (Nb): Analog Ti; также улучшает стойкость к пористости и high-temperature strength.

Wolfram (W): Усиливает стойкость к редуцирующим кислотам и локальной коррозии; повышает прочность и сварчивость.

Azot (N): Улучшает стабильность, стойкость к пористости и прочность.

Kobalt (Co): Усиливает high-temperature strength и стойкость к карбированию/sulfidation.

 

Элементы образуют однофазные твердые растворы с никелем, обеспечивая широкую коррозионную стойкость и оптимальные механические свойства. Упрочнение достигается за счет solid solution hardening, carbide precipitation и dispersion strengthening.