The role of nickel and chromium elements in heating wire alloy materials.

镍铬电热丝是一种常用于电子烟的高温电热合金材料，主要由镍和铬组成，其成分比例通常为Cr含量15%-30%和Ni含量29%-80%。镍在合金中增强了强度而不显著降低塑性，能提高钢的疲劳抗力，降低低温脆化转变温度，使得含镍钢在极低温度下仍能使用。此外，镍还提高了合金的耐腐蚀性和抗氧化性。

铬则提高了合金的淬透性和耐磨性，能够增强高碳钢的硬度，同时提升耐高温氧化的能力。铬与镍的协同作用使得镍铬电热丝在电子烟领域表现出色，既保证了强度和耐用性，又具备良好的电阻特性。这种合金材料的独特性能，使其成为电子烟发热体的理想选择，提升了整体的使用体验和安全性。

镍铬电热丝正如其名，就是用镍、铬等元素以一定比例冶炼制成的一种高温电热合金材料，也是电子烟发热丝常见的合金材料之一。

一般Cr元素含量15%～30%，Ni元素含量29%～80%，呈奥氏体组织，按照成分划分主要有Cr20Ni80、Cr30Ni70、Cr15Ni60、Cr20Ni35、Cr20Ni30等。

由上可知，镍铬电热丝中主要元素成分为镍和铬，下面将对在镍铬电热丝中镍(Ｎi)和铬(Cr)元素起到的作用做些介绍。

一、镍(Ｎi)在合金中起到的作用

镍在合金中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。

一般地讲，对不需调质处理而在轧制、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高合金的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度29.41Pa。

随着镍含量的增加，合金的屈服强度比抗拉强度提高得快,因此含镍钢的屈服比可较普通碳素钢高。镍在提高合金强度的同时，对韧性、塑性以及其他工艺性能的损害较其他合金元素的影响小。

镍矿石

对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。

反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提高。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。

含镍3.5%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在-196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。

镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减有显著的变化。利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。

此外，镍加入钢中不仅能耐酸，而且也能抗碱，对大气及盐都有抗蚀能力。镍是不锈耐酸钢中的重要元素之一。

(1)对钢的显做组织及热处理的作用

A、镍和铁能无限固溶，镍扩大铁的奥氏体区，即升高A4点，降低A3点，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素

B、镍和碳不形成碳化物 

C、降低共析珠光体的碳含量．其作用仅次于氮而强于锰。

(2)对钢的力学性能的作用

A、强化铁素体并细化和增多珠光体，提高钢的强度，不显著影响钢的塑性

B、含镍钢的碳含量可适当降低，因而可使韧性和塑性有所改善

C、提高钢的疲劳抗力，减小钢对缺口的敏感性

D、由于对提高钢的淬透性和回火稳定性的作用并不十分强，镍对调质钢的意义不大

E、降低钢的低温脆化转变温度，含Ni3.5％的钢可在-100℃时使用，含Ni9％的钢可在-196℃时使用

(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用

A、强烈降低钢的热导率和电导率

B、Ni＜30％的奥氏体钢呈现顺磁性，即无磁钢。Ni>30％的Fe-Ni合金是重要的精密软磁材料

C、含镍超过15％-20％的钢对硫酸和盐酸有很高的抗蚀性能，但不能抗硝酸的腐蚀。总的来说，含镍钢对酸、碱、盐以及大气都有一定的抗蚀能力。含镍的低合金钢还有较高的腐蚀疲劳抗力。含镍钢在含硫和一氧化碳的气氛中加热时易发生热脆和侵蚀性气孔

D、含镍较高的钢在焊接时应采用奥氏体焊条，以防止裂缝

E、含镍钢中易出现带状组织和白点缺陷，应在生产工艺中加以防止

(4)在钢中的应用

A、单纯的镍钢只在要求有特别高的冲击韧性或很低的工作温度时才使用

B、机械制造中使用的镍铬或镍铬钼钢，在热处理后能获得强度和韧性配合良好的综合力学性能。含镍钢特别适用于需要表面渗碳的部件

C、在高合金奥氏体不锈耐热钢中镍是奥氏体化元素，能提供良好的综合性能，主要为NiCr系钢、CrMnN、CrAlSi、FeAlMn钢，在一些用途上可取代CrNi系钢。

D、由于镍的稀缺，又是重要的战略物资。非在用其他合金元家不可能达到性能要求则，应尽最少用和不用镍作为钢的合金元素。

二、铬(Cr)元素在合金中起到的作用

铬能增加合金的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。

铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。

铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。

铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。

(1)对钢的显做组织及热处理的作用

A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物 σ相(FeCr)

B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向

(2)对钢的力学性能的作用

A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著B、显著提高钢的脆性转变温度

C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降

(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用

A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度

B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数

C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢

D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降

E、提高钢的抗氧化性能

F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性

G、由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷

(4)在钢中的应用

A、合金结构钢中主要利用铬提高淬透性，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性

B、弹簧钢中利用铬和共他合金元素一起提供的综合性能

C、轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高的优点

D、工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的回火稳定性和韧性

E、不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合便用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例，如Cr18Ni9等

来源：松泰电工

原文始发于微信公众号（雾化科技展）：The role of nickel and chromium elements in heating wire alloy materials.