发布时间：2024-05-28 10:27:39

海洋船舶工程用铜镍合金材料的特性及其应用

海水冷却系统选材从早期的TUP紫铜、铝黄铜、不锈钢，发展为目前耐海水腐蚀性能较好的铜镍合金。白铜以镍为主要元素，并含有少量的Fe，Mn等元素可形成连续的α-单相固溶体，使其具有较好的延展性，冲击性和热稳定性。同时铜镍的无限固溶使其在后期的冷热加工中不会发生相变，所以对合金的力学性能和耐腐蚀性能影响甚微。

1.铜镍合金的分类

白铜可分为锰白铜、铁白铜、普通白铜、铝白铜和锌白铜，由于其中的Ni元素含量的不同，使其性能有所差异，应用的场合也不同。由于其具有无可替代的耐腐蚀性能及诸多性能较传统合金优越，因此具有较大的应用潜力。

2.铜镍合金的性能及其应用

普通白铜一般为结构铜镍合金，除了具有较高的耐腐蚀性能之外，在高温和低温下有较好的综合力学性能，即塑性和韧性都较好，一般作为棒材或带材。同时，在普通白铜的基础上添加一些微量合金元素如Fe，Mn，Zn和Al等，可达到实际应用上的特殊性能要求，更好地满足工业需求。应用广泛的铁白铜是BFe10-1-1（C70600）和BFe30-1-1（C71500），当Ni的质量分数在30%和10%时，合金的钝化区间较宽，耐腐蚀性能好。且该合金还具有超强的耐海水冲刷腐蚀性能，被称为“海洋工程合金”，铜及铜合金在海洋工程领域的主要应用，BFe10-1-1和BFe30-1-1合金具有良好的耐海水冲刷腐蚀性能、高的传热系数、优良的力学/焊接性能、抑制海洋微生物附着等优点，被广泛用于船舶主、辅机的冷却水管、海上采油平台的消防管路、电厂的热交换器、滨海核电站凝汽器，海水淡化多级闪蒸装置的盐水加热器。同时BFe30-1-1合金具备更高的强度，也应用于一些海洋装置的轴、紧固件、阀杆和凸缘等高强度结构件。耐海水冲刷腐蚀和耐砂蚀性能较好的BFe30-2-2合金的研制是为了应对东海水域海水含砂量大的问题。BFe10-1-1和BFe30-1-1合金管材硬态下的力学性能应满足：抗拉强度≥370MPa，屈服强度≥150MPa，伸长率≥18%，维氏硬度≥85；耐蚀性能：腐蚀量（50℃，3.5%NaCl海水）≤0.025mm/a，不允许有点蚀现象出现。锰白铜(BMn3-12合金)的电阻系数适中、电阻温度系数小且较稳定，因其良好的电气性能，BMn3-12合金可以用来制作标准电阻和其他精密仪器仪表的电阻元件。随着时代发展，对仪器的精密度要求越来越高，所以对此合金的研究不能止步于改变合金成分和含量。通过退火、水平挤压失效和拉拔工艺使BMn3-12合金具有特殊的共格孪晶界，可以在不影响材料导电性的情况下提高材料的强度。BMn40-1.5合金是比BMn3-12合金应用更早的电BMn40-1.5合金对铜的热电势较高，故适用作交流用的精密电阻、滑动电阻、启动、调节变压器及电阻应变计等。铝白铜既有高的强度，也有良好的塑性和韧性。其中BAl13-3合金常用来制作较高强度的耐蚀件，BAl16-1.5合金用于制造具有重要用途的扁弹簧。长久以来，为了提高铝白铜的使用性能，常加入少量的微量元素使铝白铜产生强化基体，在保持较高的强度的前提下拥有良好的导电性，以满足实际应用要求。由于铝白铜具有高强度、高导电性能及良好的耐磨性能，可做引线框架和耐磨件的潜在材料。

锌白铜（BZn18-18BZn15-20合金）也被称作“德国银”。由于锌白铜具有良好的抗拉强度、抗疲劳性能和抗腐蚀性能等优点，主要被用作元器件或晶体的外壳、医疗器械用具、建筑用材和管乐器外壳等。

3.铜镍合金性能需求

随着我国海洋船舶工业、海洋石油和天然气业、海洋矿业、海洋电力和海水淡化产业的快速发展，对材料的要求也越来越高。其中铜镍合金管用较多，舰船用铜合金冷凝管长期在高温、高压及腐蚀性很高的冷却介质-海水环境中工作。因此，仅仅产品的化学成分、力学性能、耐海水腐蚀性满足要求已不够，还要严格要求几何尺寸精度、工艺性能和内部组织等指标，同时还要求铜镍合金管具有较好的耐腐蚀性能、高传热系数、大口径、高精度，优良的机械焊接技术，较好的抑制海洋微生物附着等特性。目前国内由于加工设备问题，导致大口径的铜管合金还无法大批量生产，主要依靠国外进口。因此大口径铜管生产难关仍需努力攻破。

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