一、 概述
ERNiFeCr-2 (AWS A5.14标准牌号),对应的国标牌号通常为 SNi7718,是一种高性能的镍铬铁基固溶强化型焊丝。它专为焊接镍铬铁基高温合金(如 Inconel 600, Incoloy 800/800H/800HT)以及部分奥氏体不锈钢而设计,尤其适用于高温、腐蚀和应力环境下关键部件的焊接与修复。
二、 核心化学成分与作用
其化学成分设计是其卓越性能的基础:
镍 (Ni): 基体元素(含量通常在60%以上),提供优异的耐腐蚀性(尤其是还原性介质和碱性环境)、高温强度和良好的延展性及韧性。
铬 (Cr): 含量约为20-23%,是抗高温氧化和耐多种腐蚀介质(特别是氧化性酸如硝酸)的关键元素,在高温下形成保护性氧化铬 (Cr₂O₃) 膜。
铁 (Fe): 含量≥10%,有助于降低成本,调整热膨胀系数,并在一定程度上改善某些性能。
铌 (Nb): 含量约1.5-3.0%,主要作用是抵抗焊接热裂纹(特别是焊道下裂纹和微裂纹)。铌与杂质元素形成低熔点共晶,并在凝固后期偏析,有效“愈合”晶界,大幅提升抗裂性。
微量合金元素 (Ti, Al): 含量很低(通常Ti<0.75%, Al<0.75%),主要起脱氧剂作用,有助于净化焊缝金属,减少气孔,并略微提高高温抗氧化性。
三、 核心性能特点
卓越的抗焊接热裂纹性: 这是SNi7718最突出的优点,主要归功于铌(Nb)元素的加入。使其在焊接易裂的镍基合金和厚壁奥氏体不锈钢时表现优异。
优异的高温强度与稳定性: 在高温下(最高可达约980°C)具有良好的抗蠕变和持久断裂强度,组织稳定性好,不易析出有害相。
出众的耐腐蚀性:
良好的耐高温氧化性能(得益于Cr)。
耐还原性介质腐蚀(得益于Ni基体)。
耐多种酸腐蚀,包括中等浓度的硫酸、磷酸、有机酸,以及良好的耐硝酸腐蚀性(得益于Cr)。
耐苛性碱(NaOH, KOH)应力腐蚀开裂。
良好的耐氯离子应力腐蚀开裂性能(优于304/316不锈钢)。
良好的力学性能: 焊缝金属通常具有较高的强度(室温抗拉强度约650-750 MPa)和良好的塑性(延伸率通常≥30%),韧性优良。
良好的焊接工艺性: 熔敷金属流动性适中,易于操作,成形美观,飞溅少。适用于多种焊接方法(TIG/GTAW、MIG/GMAW、SAW)。
四、 典型应用领域
SNi7718焊丝广泛应用于需要高温强度、耐腐蚀和抗裂性的严苛环境:
石油化工: 乙烯裂解炉管(如HK40, HP-Nb, Incoloy 800H炉管)、转化炉管、辐射管、高温炉内构件、高温换热器管板与管束、高温阀门、反应器堆焊层。
能源电力: 核电设备(蒸发器管板、稳压器、高温部件)、火力发电锅炉过热器/再热器管、生物质/垃圾焚烧炉部件。
热处理工业: 马弗罐、料筐、导轨、辐射管、风扇等高温炉用构件。
环保工程: 垃圾焚烧炉、烟气处理系统的关键高温耐蚀部件。
化学加工: 耐酸、耐碱、耐应力腐蚀的反应容器、管道、换热器。
航空航天: 某些发动机部件、高温紧固件。
修复领域: 用于修复上述高温合金制造的已损坏或服役退化的部件。
五、 焊接工艺要点
清洁至关重要: 焊前必须彻底清除母材和焊丝表面的油污、油脂、水分、氧化皮、油漆等杂质。推荐使用专用不锈钢/镍基合金清理工具(钢丝刷、砂轮)。
控制热输入与层间温度: 宜采用较小的焊接电流和较低的热输入进行焊接。层间温度通常建议控制在150°C以下(焊接Incoloy 800H等材料时要求更严格,常≤100°C),避免高温停留时间过长导致晶粒粗大和性能下降。
保护气体: TIG焊时推荐使用纯氩气保护。MIG焊可使用Ar或Ar+少量He/CO₂/H₂的混合气(需根据工艺要求选择,注意H₂可能增加气孔风险)。
预热: 通常不需要预热(除非焊接大厚件或拘束度极高,需根据具体情况评估)。
焊后热处理: 主要用于消除应力或满足特殊服役要求。是否进行及具体工艺(温度、时间)需严格依据母材要求、设计规范和服役条件确定。单纯为改善耐蚀性通常不需要热处理。
总结:
ERNiFeCr-2 (SNi7718) 镍合金焊丝凭借其独特的铌强化抗裂配方,在高温强度、耐多种腐蚀(氧化性、还原性、应力腐蚀)以及卓越的抗焊接热裂纹能力方面表现突出。它是焊接Inconel 600、Incoloy 800系列等高温合金以及某些高拘束度奥氏体不锈钢的理想选择,广泛应用于石化、能源、热处理等高温高压强腐蚀的关键设备制造与修复领域。其成功应用的关键在于严格的焊前清洁和合理的焊接工艺控制(尤其是低热输入和低温控制)。
镍铬合金种类繁多,应用广泛,尤其是在高温、耐腐蚀和电阻电热领域。主要牌号体系包括国际通用的商业牌号(如Inconel, Hastelloy, Nichrome等)和一些国家/行业标准牌号(如ASTM, UNS, DIN, GB等)。
以下是上海商虎一些常见且重要的镍铬合金牌号及其主要应用领域:
一、高温合金与耐蚀合金 (主要基于镍,铬是关键合金元素)
这些合金通常具有优异的高温强度、抗氧化性和耐腐蚀性,广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。
Inconel 系列 (Special Metals Corporation)
Inconel 600 (UNS N06600): Ni-15.5Cr-8Fe。优异的耐高温氧化和耐腐蚀性,广泛用于热处理、化工、核工业。
Inconel 601 (UNS N06601): Ni-23Cr-14Fe-1.4Al。非常高的抗氧化性(尤其抗循环氧化),高温强度好。用于高温热处理炉、燃气轮机部件。
Inconel 617 (UNS N06617): Ni-22Cr-12.5Co-9Mo-1.2Al。极高的高温强度和抗氧化性,用于燃气轮机燃烧室、高温化工部件。
Inconel 625 (UNS N06625): Ni-21.5Cr-9Mo-3.6Nb。极其优异的耐腐蚀性(尤其是点蚀、缝隙腐蚀、氯化物应力腐蚀开裂)和高温强度。应用极广:海洋、化工、航空航天。
Inconel 690 (UNS N06690): Ni-30Cr-9Fe。极高的铬含量,对氧化性介质(如硝酸、高温水)和应力腐蚀开裂(尤其核电站一回路水环境)有极佳抵抗力。主要用于核电。
Inconel 718 (UNS N07718): Ni-19Cr-18.5Fe-5.1Nb-3Mo-0.9Ti-0.5Al。最广泛使用的高强度高温合金,时效硬化,用于喷气发动机、燃气轮机关键高温承力部件。
Inconel X-750 (UNS N07750): Ni-15.5Cr-7Fe-2.5Ti-1Nb-0.7Al。时效硬化合金,高温强度好,用于弹簧、紧固件、燃气轮机部件。
Hastelloy 系列 (Haynes International)
Hastelloy C-276 (UNS N10276): Ni-15.5Cr-16Mo-5.5Fe-4W。万能耐蚀合金,对氧化性和还原性酸、混合酸、卤化物(Cl⁻, F⁻)及局部腐蚀有极佳抵抗力。化工、环保、烟气脱硫核心材料。
Hastelloy C-22 (UNS N06022): Ni-22Cr-13Mo-3Fe-3W。比C-276更优的耐点蚀/缝隙腐蚀能力和热稳定性。应用同C-276,要求更高时选用。
Hastelloy X (UNS N06002): Ni-22Cr-18.5Fe-9Mo-1.5Co-0.6W。优异的高温强度和抗氧化性,用于燃气轮机燃烧室部件、工业炉。
其他重要高温/耐蚀镍铬合金
Nimonic 系列 (如75, 80A, 90, 105, 115, 263等): 英国发展的高温合金系列,主要基于Ni-Cr,添加Co, Ti, Al进行时效硬化。主要用于航空发动机涡轮叶片、盘、环等。
Waspaloy (UNS N07001): Ni-19.5Cr-13.5Co-4.3Mo-1.4Al-3Ti。高强度时效硬化合金,用于高温紧固件、涡轮盘、叶片。
Alloy 800/800H/800HT (UNS N08800/N08810/N08811): 通常归类为铁镍基合金(Fe~32Ni-21Cr),但铬含量高,性能接近镍基合金。优异的耐高温氧化和渗碳,广泛用于石化裂解炉管、换热器。
Alloy 330 (UNS N08330): Fe-35Ni-19Cr。铁镍基合金,高温强度和抗渗碳性优异,用于工业炉部件、热处理设备。
RA330 (等效于Alloy 330): 常用商品名。
Monel K-500 (UNS N05500): Ni-30Cu-1.5Al-0.6Ti (含~0.5Cr)。虽然以铜为主,但含少量铬,时效硬化,强度高,耐海水腐蚀。用于海洋工程、泵轴、阀门。
二、电阻电热合金
这类合金要求高电阻率、低电阻温度系数、良好的高温抗氧化性和足够的高温强度。
Nichrome (镍铬) 系列
NiCr 80/20 (如Nichrome A, C): Ni-20Cr。最经典的电阻电热合金,电阻率高,抗氧化性好,工作温度可达~1150°C。广泛用于电炉丝、加热元件、电阻丝。
NiCr 70/30 (如Nichrome B): Ni-30Cr。比80/20更高的电阻率和抗氧化温度(~1200°C),但加工性稍差。
NiCr 60/15 (如Nichrome D): Ni-15Cr-25Fe。含铁量高,成本较低,抗氧化性和工作温度(~1050°C)稍低于80/20,用于要求稍低的加热元件。
Cr20Ni80, Cr30Ni70 (中国GB牌号): 分别对应NiCr80/20和NiCr70/30。
Cr15Ni60 (中国GB牌号): 对应NiCr60/15。
三、其他特殊用途镍铬合金
磁性合金
Permalloy (坡莫合金) 系列 (如80 Permalloy): Ni-~80Fe-~5Mo (含少量Cr或其他元素)。高磁导率、低矫顽力的软磁合金,用于变压器铁芯、磁屏蔽等。部分牌号含少量铬。
Elinvar, Invar (殷钢): 恒弹性模量合金和低膨胀合金(Fe-36Ni),有时也含铬调整性能。
焊接材料
ERNiCr-3 (如Inconel 82焊丝): 用于焊接600合金等。
ERNiCrFe-7A (如Inconel 617焊丝): 用于焊接617合金等。
ERNiCrMo-3 (如Hastelloy C-276焊丝): 用于焊接C-276合金等。
ENiCrFe-2/-3/-4 (镍铬铁焊条): 用于焊接镍基合金、不锈钢等。
选择镍铬合金牌号的关键因素
工作温度: 高温强度、蠕变强度、抗氧化性。
腐蚀环境: 介质类型(酸、碱、盐、氧化性/还原性)、浓度、温度、是否存在点蚀/缝隙腐蚀/应力腐蚀开裂风险。
力学性能要求: 强度、韧性、硬度(室温及高温)。
物理性能要求: 电阻率、热膨胀系数、磁性等。
加工性能: 铸造、锻造、焊接、机加工性能。
成本: 不同合金成本差异巨大。
总结
镍铬合金牌号极其多样,从Inconel, Hastelloy, Nimonic等高性能高温耐蚀合金,到Nichrome等经典的电阻电热合金,再到磁性合金、焊接材料等,涵盖了极其广泛的应用领域。具体选择哪一个牌号,必须紧密结合具体的应用环境(温度、应力、介质)和性能要求进行综合评估。
如果你有特定的应用场景(比如需要耐什么腐蚀、工作温度是多少、承受什么载荷),我可以帮你推荐更具体的牌号范围。