Катоды никелевые Н-3

Марка Н-3 в линейке первичного никеля по ГОСТ 849-2018

Первичный никель выпускается по ГОСТ 849-2018 в шести марках чистоты: Н-0, Н-1у, Н-1, Н-2, Н-3, Н-4 — в порядке убывания суммарного содержания никеля и кобальта. Марка Н-3 занимает предпоследнее место в этом ряду: Ni+Co — не менее 98,6 %, при более мягких ограничениях по примесям по сравнению с высокочистыми марками Н-0 — Н-2.

Такое положение в линейке определяет типичные сферы применения Н-3: легирование конструкционных и специальных сталей, шихтовые операции при выплавке никелесодержащих сплавов, производство никелевых анодов для гальванических ванн. Для задач, требующих минимального содержания примесей — прецизионные сплавы, аккумуляторные электроды, химически чистые среды — применяется катодный никель Н-1 или более высокие марки.

Химический состав никелевого катода Н-3 по ГОСТ 849-2018

Нормы химического состава для марки Н-3 установлены в таблице 2 ГОСТ 849-2018. Кобальт нормируется не отдельно, а суммарно с никелем: при электролитическом рафинировании их полное разделение технологически затруднено, поэтому стандарт закрепляет суммарный минимум Ni+Co, а не только Ni.

Марка	Ni + Co, не менее, %	Co, не более, %	C, не более, %	S, не более, %	Cu, не более, %
Н-3	98,6	0,7	0,1	0,03	0,6

Все значения — массовые доли в процентах. Железо, кремний и магний для марки Н-3 стандартом отдельно не нормируются. По согласованию изготовителя с потребителем ГОСТ 849-2018 допускает поставку Н-3 с ужесточёнными пределами по отдельным примесям — при подтверждении фактического анализа сертификатом качества на партию.

Влияние примесей на свойства никеля Н-3

Сера — наиболее опасная примесь

Сера взаимодействует с никелем, образуя сульфид Ni₃S₂. Система Ni — Ni₃S₂ имеет эвтектику с температурой плавления 645 °C. При горячей деформации никеля выше этой температуры (прокатка, ковка, штамповка) эвтектическая фаза переходит в жидкое состояние на границах зёрен и вызывает горячеломкость — межзёренное разрушение материала без заметной пластической деформации. Для марки Н-3 лимит по сере составляет 0,03 % — это компромисс между стоимостью рафинирования и технологичностью. При разработке режимов горячей обработки давлением полуфабрикатов из Н-3 необходимо учитывать фактическое содержание серы по сертификату на конкретную партию.

Кобальт

Кобальт химически и кристаллографически подобен никелю, поэтому в количестве до 0,7 % не ухудшает механические свойства. Его влияние становится значимым в задачах, где нормируется магнитная проницаемость материала или изотопный состав (например, при производстве источников ионизирующего излучения). Для большинства конструкционных применений и стандартной гальваники кобальт в количестве, допускаемом нормами Н-3, не является ограничивающим фактором.

Медь

Медь снижает коррозионную стойкость никеля в окислительных средах и критична при использовании катодов Н-3 в качестве растворимых анодов для гальваники: медь переходит в электролит и загрязняет осадок на деталях-катодах, вызывая ухудшение адгезии покрытия и его цветовые дефекты. Если никель Н-3 применяется в гальванических ваннах, необходимо запрашивать у поставщика фактический анализ по Cu для конкретной партии.

Углерод

Углерод в допустимом для Н-3 количестве (до 0,1 %) практически не влияет на механические свойства литого или деформированного никеля. Однако при аргонодуговой или плазменной сварке повышенное содержание углерода увеличивает склонность шва к образованию газовых пор. Для сварочных применений рекомендуется уточнять фактическое содержание C по паспорту.

Формы поставки первичного никеля Н-3

ГОСТ 849-2018 (таблица 3) предусматривает следующие формы изготовления и поставки никеля марки Н-3.

Катодные листы

Основная товарная форма. Катодные листы получают непосредственно в ходе электролитического рафинирования никеля. Они представляют собой плоские пластины с характерной дендритной (иглообразной) поверхностью; стандарт не предъявляет жёстких требований к качеству поверхности листов Н-3 — губчатые и дендритные кромки допускаются. Нередко катодные листы Н-3 являются обрезью кромок более чистых марок (Н-0 — Н-2), поставляемой без переплавки согласно п. 3.9 ГОСТ 849-2018.

Полосы и пластины

Нарезаются из катодных листов произвольными размерами. Удобны при дозированной загрузке в тигельные и индукционные печи малой ёмкости, когда целый лист не помещается в загрузочное окно.

Гранулы

Получают переплавкой и гранулированием никеля. Обеспечивают точное весовое дозирование при легировании, особенно в небольших индукционных печах, а также используются как сырьё для производства катализаторов и порошковой металлургии.

Слитки (чушки)

Переплавленный никель стандартизованной формы. Применяется при шихтовке крупных плавильных агрегатов, где требуется минимальный угар при загрузке и стабильная масса единицы сырья.

Обрезь

Отходы от раскроя и правки листов, полос и пластин никелевых марок Н-0 — Н-2. Поставляется как самостоятельный вид никеля Н-3, пригодный для переплавки и шихтования.

Применение никеля Н-3 в металлургии и промышленности

Легирование стали и производство никелевых сплавов

Легирование — основное направление потребления первичного никеля. Никель повышает вязкость, пластичность и коррозионную стойкость стали, является обязательным компонентом нержавеющих сталей аустенитного и мартенситного классов, а также жаропрочных сплавов на никелевой основе. По данным мировой статистики потребления, производство нержавеющей стали поглощает около 67 % первичного никеля. Марка Н-3 применяется при шихтовке там, где допуски по примесям для легируемого металла позволяют использование этой марки чистоты. Для ответственных жаропрочных и прецизионных сплавов никеля часто требуются более чистые марки.

Гальваническое никелирование — растворимые аноды

При электролитическом нанесении никелевых покрытий никель поступает в ванну за счёт растворения никелевых анодов (растворимый анод). Катоды первичного никеля Н-3 используются как заготовки для изготовления таких анодов. Никелевые покрытия наносятся практически на все металлические и ряд неметаллических подложек с целью защиты от коррозии, повышения твёрдости поверхности и создания декоративного слоя. Важно: при использовании Н-3 в гальванике необходим контроль содержания меди по паспорту партии (см. раздел «Влияние примесей»).

Катализаторы и порошковая металлургия

Гранулированный и порошковый никель Н-3 служит сырьём для производства никелевых катализаторов восстановительного действия, применяемых в химической и нефтехимической промышленности (гидрирование, реформинг). В порошковой металлургии никелесодержащие шихты на основе Н-3 применяются при изготовлении спечённых изделий с заданной пористостью.

Маркировка, упаковка и транспортирование

Каждая партия никеля Н-3 сопровождается документом о качестве, содержащим: марку, номер партии, массы нетто и брутто, результаты химического анализа или подтверждение соответствия требованиям ГОСТ 849-2018. Маркировка грузовых мест — по ГОСТ 14192. Транспортирование возможно любым видом транспорта. При железнодорожных перевозках — в крытых вагонах или универсальных контейнерах по ГОСТ 18477; допускается перевозка в открытом подвижном составе в специализированных опломбированных контейнерах. Длительное хранение — в закрытом складском помещении.