用于特殊工况的镍基合金材料系列 （一）

当镍基合金材料用于化学工业、能源、环境和海洋工程等领域时，可能需要应对特殊的腐蚀条件。这是镍基合金材料要具备抵抗腐蚀的能力，首先就需要增加对相应腐蚀条件有决定作用的合金元素的比例。
其次耐腐蚀性不是一种材料特性，而是一种材料行为，它是由材料表面与周围介质的相互作用决定的。周围介质和材料本身一样，对耐腐蚀性具有决定性的作用。决定耐腐蚀性的第三点是材料与介质之间的接触面。这意味着设备的结构设计，包括使用的连接方法和运行条件等也是重要的影响因素。因此，在选择耐腐蚀的高合金材料时，必须始终结合具体的应用条件进行评估。
我们的高合金材料系列文章根据不同的应用条件，将介绍材料分为了五种，包括耐还原酸腐蚀的材料、耐氧化酸腐蚀的材料、暴露于热浓碱溶液中的耐腐蚀材料、用于盐溶液和特殊水性工艺介质的耐腐蚀材料以及用于含氯冷却水、盐水和海水中的耐腐蚀材料。我们会详细分析每种材料的具体特性和化学构成，并总结选择材料时需要考虑的因素。敬请关注。
 
在本篇文章中，我们将介绍耐还原酸腐蚀的材料。
在工业领域，浓度在85%以下的硫酸是最常见的一种还原性酸。虽然这一称谓从科学角度来看并不准确，但已被广泛接受。特指那些在金属溶解过程中（包括腐蚀情况下），氢离子作为唯一或主要的氧化剂被还原为氢分子的酸。一旦这些酸遇到空气，空气中的氧气就会作为额外的氧化剂。此外，溶解后的氧化性杂质，如N2O3、As2O3以及Fe3+和Cu2+等高价重金属离子会使这些还原性介质的电位向高价态转移，从而具有越来越强的氧化性。
高合金不锈钢有可能只有借助这种氧化性杂质或添加剂才能实现钝化，从而在浓度低于85%的热硫酸中具有耐腐蚀性。但温度的升高也会阻碍钝化直至使钝化停止，材料因此失去耐蚀性。
 
表1列举了适用于硫酸和其他还原性酸的高合金特种不锈钢和镍合金。表格空间有限，所以只选取了部分材料作为示例。
 
表1最开始是高合金的FeNiCrMoN(Cu)和含铬量非常高的FeNi奥氏体合金组，两种合金都不需要添加稳定化元素；
接下来的NiFeCrMoCu合金是用钛或铌元素稳定化材料的例子；
再往后的NiCrMo合金以VDM® Alloy 625（2.4856）合金为例，还是属于用铌稳定化的合金，接下来是NiCrMo合金的C系列；表格最后是镍钼合金。
 
从表1中可以看出，列举的材料除基本成分铁和镍外，主要合金成分是铬和钼，也有可能含有铜、氮和钨。专门因加工生产所需的添加元素，尤其是锰和硅以及其他一些元素没有专门列出。
从表1中还可以看出，除了列在最后的B合金之外，铬的含量基本都在16%-33%之间。事实上要形成稳定的钝化表面层，至少要有12%的铬含量，这是这些材料具备耐腐蚀性能的基础前提。一般来说，除氢离子外的氧化剂越多，就需要越高的铬含量。这是选材的第一个基本原则。除了铬以外，钼是表1中提到的这组合金中最重要的合金元素。它的合金化比例可以达到1.6%至30%。钼能提高材料在还原性介质中的抗表面腐蚀能力，因此对耐酸性腐蚀有重要意义。钼还能提高抗应力腐蚀开裂的能力。但最重要的是，钼与铬的结合对耐点蚀和缝隙腐蚀性能有非常重要的影响。铬含量与大约3.3倍的钼含量之和的数据很重要，在很多情况下，还需要在此数据基础上加上30倍的氮含量（即所谓的耐点蚀当量，公式为PRE= %Cr + 3,3* %Mo + 30* %N.）。这是处理含氯酸介质的另一个重要的基本选材原则。
 
表1最右侧的元素列表中也提到了钨元素，它具有与钼相似的耐化学腐蚀作用，因此在选材时可以考虑加入一定的钨元素。
 
在下篇文章中，我们会继续介绍耐还原酸腐蚀的镍基合金材料，并展示更多的材料数据，敬请期待！