楊 哲，楊 晗，程 偉，龍 卓，許 松，丁五洲

(寶鈦集團(tuán) 鎳材料公司，陜西 寶雞721014)

鎳及鎳合金是一類重要的材料，具有良好的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，通過添加適宜的元素可以提高鎳基合金的抗氧化性、耐蝕性、高溫強(qiáng)度并改善某些物理性能。主要應(yīng)用于航空、航天渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)零件，其次是石油化工領(lǐng)域用耐蝕合金，電子工業(yè)用鎳基合金應(yīng)用產(chǎn)品包括鎳基軟磁合金、靶材、電池等。全球鎳基合金產(chǎn)量隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而增長(zhǎng)，就全球產(chǎn)量比例來說，歐洲地區(qū)仍為全球鎳基合金主要的生產(chǎn)地區(qū)，并以石化業(yè)用鎳基耐蝕合金使用量最多；美國(guó)在鎳基合金材料方面以高性能合金為主，其制定的ASME/ASTM標(biāo)準(zhǔn)體系在全世界有廣泛的適用性。

我國(guó)自20世紀(jì)50年代開始仿制、改進(jìn)國(guó)外牌號(hào)的鎳基合金，到70年代末已有10多種牌號(hào)。80年代以后，研制有了較大進(jìn)展并有了一些新牌號(hào)的鎳基合金。1994年公布的鎳基耐蝕合金牌號(hào)有23種、高溫合金牌號(hào)有24種。60多年來，我國(guó)高溫耐蝕合金已經(jīng)取得了令人矚目的成就，形成了一支實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，有較高理論水平的生產(chǎn)與科研隊(duì)伍，生產(chǎn)企業(yè)主要是一些特殊鋼廠和相關(guān)研究院所，例如撫順特殊鋼集團(tuán)公司、四川長(zhǎng)城特殊鋼公司、太原鋼鐵集團(tuán)、東北特鋼集團(tuán)有限公司、寶鋼集團(tuán)上鋼五廠、北京鋼鐵研究總院以及重慶儀表材料(重材院)、北京北冶、陜西精密合金等，是繼美國(guó)、英國(guó)和前蘇聯(lián)之后的第四個(gè)有鎳合金體系的國(guó)家。 各企業(yè)根據(jù)自身產(chǎn)品特點(diǎn)在幾十年來逐漸發(fā)展起來鎳合金標(biāo)準(zhǔn)體系，如撫順特鋼主導(dǎo)的GH高溫合金系列標(biāo)準(zhǔn)，精密合金企業(yè)主導(dǎo)的精密合金1J-6J合金系列，長(zhǎng)鋼等主導(dǎo)的耐蝕合金NS系列，以及現(xiàn)在北京、西安所生產(chǎn)的鈦鎳形狀記憶合金標(biāo)準(zhǔn)系列。

我國(guó)有全球最大的鎳基合金需求缺口，加之中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，實(shí)施的一系列大型工程如大飛機(jī)計(jì)劃、嫦娥工程、核電發(fā)展計(jì)劃、海洋工程等，這些都為中國(guó)鎳基合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了巨大的需求。目前國(guó)內(nèi)鎳及鎳合金標(biāo)準(zhǔn)美標(biāo)與國(guó)標(biāo)并行，國(guó)標(biāo)相互之間還有交叉，對(duì)此本文作出詳細(xì)介紹。

1 美標(biāo)鎳及鎳合金標(biāo)準(zhǔn)體系

美標(biāo)ASME將鎳及鎳合金產(chǎn)品歸類于ASME Ⅱ卷 B篇 非鐵基材料，目前已經(jīng)更新到2019年版本。ASTM 標(biāo)準(zhǔn)號(hào)與之對(duì)應(yīng)，除了資質(zhì)證書作為必須要求外，其他內(nèi)容沒有顯著區(qū)別，后文將以ASME標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行介紹，不再贅述。鎳及鎳合金因廠家不同、涉及的商標(biāo)、專利不同，常用命名方式不同，主要分為Inconel、Incoloy、Monel、Hastelloy、Inva等，在ASME標(biāo)準(zhǔn)之中統(tǒng)一按照UNS 體系命名，如Inconel 600命名為UNS N06600。

ASME標(biāo)準(zhǔn)按照產(chǎn)品種類進(jìn)行劃分，板材和薄板帶材為同一標(biāo)準(zhǔn)，管材、鑄件、鍛件、棒材、桿材分別劃分為不同的標(biāo)準(zhǔn)，牌號(hào)方面則按照同一類基體元素進(jìn)行歸類(表1)[1]，鎳銅類板材歸ASME SB127標(biāo)準(zhǔn)，鎳鉻鐵N06600、N06601等歸ASME SB168。

表1 ASME標(biāo)準(zhǔn)鎳及鎳合金板材(節(jié)選)

1.1 基本內(nèi)容

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了使用范圍、術(shù)語、化學(xué)成分、力學(xué)性能、材質(zhì)書等一般要求。部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了尺寸公差，表面狀況則是提供了幾種方案，并沒有明確，具體由合同雙方進(jìn)行協(xié)商。同時(shí)制定了一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)ASME SB906，在里面統(tǒng)一規(guī)定了尺寸公差、不平度等要求。需要指出的是不同的產(chǎn)品尺寸公差要求不一樣，對(duì)于SB127、SB162、SB168、SB409、SB424、SB443、SB670、SB755和SB872沒有規(guī)定厚度公差，只規(guī)定了超重比例，厚度公差實(shí)際可依據(jù)此進(jìn)行推算；而SB333、SB434、SB575、SB582、SB620則明確規(guī)定了厚度公差，公差帶較小，適用于全寬度和長(zhǎng)度；SB463、SB536、SB599、SB625、SB688、SB709則明確規(guī)定了厚度公差，且不同的寬度和長(zhǎng)度厚度公差也不同。之所以如此規(guī)定，筆者認(rèn)為與各牌號(hào)的加工能力和產(chǎn)品的價(jià)格有關(guān)。

1.2 應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了基本的內(nèi)容，其他特殊的指標(biāo)或檢測(cè)方法等沒有提及，在條文中約定為具體由合同雙方自己制定。對(duì)于鎳合金而言，主要涉及腐蝕性能，對(duì)此美標(biāo)沒有提及明確的相關(guān)信息。為此在實(shí)際應(yīng)用中，慣例對(duì)于腐蝕性能，常用的標(biāo)準(zhǔn)為ASTM G28、ASTM G48、BSEN-ISO3651、ASTM A262等，而以前者最為常用。有時(shí)候也會(huì)使用國(guó)標(biāo)GB/T 15260-2016《鎳基合金晶間腐蝕試驗(yàn)方法》。

在使用時(shí)需方必須要明確材料的服役條件，以確定測(cè)試方法。區(qū)分是低溫用還是高溫用途，其決定了在測(cè)試時(shí)候是否需要進(jìn)行敏化處理，而具體的敏化制度則由雙方進(jìn)行協(xié)商，包括測(cè)試結(jié)果的合格指標(biāo)。多數(shù)情況下材料一般均用于設(shè)備加工，在加工過程中不可避免要進(jìn)行焊接、熱處理等工序，故而一般均需要進(jìn)行敏化處理。如果供需雙方對(duì)合格指標(biāo)不太明確，則可以查閱相關(guān)的腐蝕數(shù)據(jù)資料，或者以某些大型企業(yè)如殼牌公司的數(shù)據(jù)作為參考。亦或是以理想狀態(tài)下的樣品實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的倍數(shù)作為驗(yàn)收依據(jù)，一般倍數(shù)為1.0～2.5倍。

非金屬夾雜物檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)沒有明確，一般也是以雙方進(jìn)行協(xié)商。日常使用可借鑒使用高溫合金類非金屬夾雜檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，主要檢測(cè)的是碳化物。有時(shí)也可以使用鋼類非金屬夾雜物標(biāo)準(zhǔn)，但是業(yè)內(nèi)普遍使用前者。

2 國(guó)標(biāo)鎳及鎳合金標(biāo)準(zhǔn)體系

國(guó)標(biāo)鎳合金分為耐蝕合金NS、高溫合金GH、精密合金1J、2J等、耐磨合金、形狀記憶合金(Ti-Ni類)。需要指出的是在鎳及鎳合金的發(fā)展中，是以黑色金屬、有色金屬各自從自己源頭開始發(fā)展的。黑色金屬企業(yè)是在不銹鋼的基礎(chǔ)上，不斷的增加鎳含量以提高性能，先產(chǎn)生超級(jí)不銹鋼，繼續(xù)發(fā)展在Ni%≥30%時(shí)發(fā)展為鐵鎳基合金，在Ni%≥50%時(shí)變?yōu)殒嚮辖稹?/p>

而有色金屬企業(yè)則是在純鎳的基礎(chǔ)上，添加合金元素進(jìn)行發(fā)展，由純鎳N2、N4、N5、N6、N7、N8等進(jìn)一步添加鎂、錳、鈹?shù)仍?。目前黑色金屬企業(yè)的鎳基合金鎳含量最高已達(dá)到80%。由撫順特鋼、長(zhǎng)城特鋼、上鋼五廠等企業(yè)黑色金屬企業(yè)為主導(dǎo)，構(gòu)成了我國(guó)鎳合金標(biāo)準(zhǔn)體系，按照分類分別形成耐蝕合金標(biāo)準(zhǔn)、高溫合金標(biāo)準(zhǔn)、精密合金標(biāo)準(zhǔn)以及耐磨和形狀記憶合金標(biāo)準(zhǔn)體系，互相之間也有交叉，因?yàn)橛行╂嚭辖鸺葘儆谀臀g合金又屬于高溫合金。

而有色金屬標(biāo)準(zhǔn)體系則在不停的擴(kuò)大，在新版GB/T5235標(biāo)準(zhǔn)中，將鎳銅、鎳鉻、鎳鉻鐵等典型的牌號(hào)也納入進(jìn)去，與現(xiàn)有的耐蝕合金、高溫合金又產(chǎn)生了交叉重疊，造成了目前國(guó)標(biāo)鎳合金標(biāo)準(zhǔn)體系反復(fù)交叉的情形，使用不便。為此在實(shí)際使用中，較多使用的為美標(biāo)，只有一些國(guó)產(chǎn)牌號(hào)或者精密類功能材料、高溫合金多使用國(guó)標(biāo)。

國(guó)標(biāo)是按照鎳合金的分類來制定的，有交叉的在標(biāo)準(zhǔn)附錄后均有對(duì)照表，可以對(duì)照參考。

(1)高溫合金。顧名思義適用于高溫用途，代號(hào)為GH，典型牌號(hào)有GH3128、GH4169等，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T14992、GB/T14995《高溫合金熱軋板》等，需要指出的是在高溫合金中包含鐵基、鎳基、鈷基、鎢基等幾種。標(biāo)準(zhǔn)除了一般要求外，還規(guī)定了高溫性能。

(2)耐蝕合金。鎳基耐蝕合金，代號(hào)為NS，典型牌號(hào)有NS331等，標(biāo)準(zhǔn)有YB/T5353-2012《耐蝕合金熱軋板》等。

(3)精密合金。均屬于特殊的功能材料，具體為1J-軟磁材料、2J-硬磁材料、3J-彈性合金、4J-膨脹合金、5J-熱雙材料和6J-電熱合金。目前基于此又發(fā)展了大量的新材料，類似非晶材料、納米材料等。有單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)體系，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了特殊的工藝性能指標(biāo)以及功能性指標(biāo)，如電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、磁通等。GB/T32286.1-2015《軟磁合金第1部分鐵鎳合金》，以及一系列的精密合金標(biāo)準(zhǔn)，見表2[2]。

(4)Ti-Ni形狀記憶合金。為高端材料，用于航空航天、高鐵、醫(yī)療衛(wèi)生、眼鏡架等領(lǐng)域，具有高彈性和記憶性，目前國(guó)內(nèi)僅有北京、西安少數(shù)幾家企業(yè)可以生產(chǎn)，品質(zhì)低于進(jìn)口產(chǎn)品。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)有YS/T1076-2015《鈦鎳合金板材》、GB/T 15620《鎳及鎳合金焊絲》等。

(5)有色系鎳標(biāo)準(zhǔn)。有色系鎳標(biāo)準(zhǔn)是在純鎳的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，目前主要有GB/T5235-2017《加工鎳及鎳合金化學(xué)成分和產(chǎn)品形狀》、GB/T 2054-2013《鎳及鎳合金板》、GB/T 2072-2007《鎳及鎳合金帶材》、GB/T 2882-2013《鎳及鎳合金管》等。內(nèi)容均為一般標(biāo)準(zhǔn)的要求，性能為拉伸、硬度、晶粒度、彎曲等常規(guī)性能指標(biāo)。

在市場(chǎng)應(yīng)用中主要看其中對(duì)純鎳的要求，有較好的適用性，尤其其中的N2、N4、N6為我國(guó)自主命名的牌號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)里面的合金牌號(hào)主要以高鎳為主，為鎳鎂、鎳鈹、鎳錳等，近些年也吸納了N04400、N06600、N08800等一些美標(biāo)牌號(hào)，市場(chǎng)反饋適用性不強(qiáng)，且造成了重疊交叉，目前簽訂合同時(shí)該類合金均直接使用美標(biāo)。

(6)國(guó)標(biāo)特殊檢測(cè)項(xiàng)目。晶間腐蝕參照?qǐng)?zhí)行JB/T 4756-2006《鎳及鎳合金制壓力容器》中第五部分材料篇，晶間腐蝕方法和指標(biāo)在附錄D：鎳合金晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)。其中提供了3種檢測(cè)方法，具體采用哪一種方法由供需雙方協(xié)商。

表2 精密合金類標(biāo)準(zhǔn)(節(jié)選)

3 結(jié)論與建議

(1)鎳合金牌號(hào)眾多，美標(biāo)相對(duì)統(tǒng)一，國(guó)標(biāo)有交叉重復(fù)。一般的鎳及鎳合金主要使用美標(biāo)，但是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中只明確規(guī)定了一般的指標(biāo)，對(duì)于鎳合金應(yīng)用而言，眾多的指標(biāo)如腐蝕性能、表面狀態(tài)均需要供需雙方協(xié)商；

(2)國(guó)標(biāo)依據(jù)鎳合金的種類制定標(biāo)準(zhǔn)，因而在確定的用途，尤其是功能類、耐蝕、高溫、精密等用途國(guó)標(biāo)有更好的適用性，相關(guān)的指標(biāo)也更加明確；

(3)黑色金屬和有色金屬企業(yè)各自制定的鎳及鎳合金標(biāo)準(zhǔn)不宜再進(jìn)行重疊。目前黑色金屬鎳合金標(biāo)準(zhǔn)體系基本完善，有色金屬企業(yè)制定的GB/T5235、GB/T2054、GB/T2072等標(biāo)準(zhǔn)可將牌號(hào)限定在純鎳及高鎳含量(Ni%≥85%)即可，如此可確保為獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)體系，避免與其他標(biāo)準(zhǔn)過多的交叉重疊。