CN101928869A - 镍铁铬钼合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镍铁铬钼合金，具体涉及一种NJS合金，该NJS合金优良的力学性能及优异的耐晶间腐蚀性；通过采用真空感应炉冶炼及电渣重熔熔炼炉的冶炼方法制造出该NJS合金；将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的NJS合金，锻造后，采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900～1000℃，1～1.5min/mm，然后用水快速冷却；以轧制出的管子设计内径中孔为基准刨或铣出Ω无缝管外形；或者将锻件机加工成90°管件，将两个90°管件对焊制作出180°管件，并经X射线对焊缝探伤而成；从而生产出一种管件壁厚均匀，管件壁厚偏差小的Ω无缝管；生产出弯头部位无局部弯扁现象的180°管件；使用寿命有效提升。
Description
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体是涉及一种镍铁铬钼合金，就本发明所指的镍铁铬钼合金命名为NJS合金。
背景技术
NJS合金是与NS142合金类似，但较NS142合金更耐晶间腐蚀性的一种合金。NS142是钛稳定化处理的全奥氏体镍铁铬钼合金，在氧化和还原环境下都具有抗酸碱金属腐蚀性能。其中，NS142合金，其以重量计组分为：C：≤0.05％，Cr：19.5～23.5％，Ni：38.0～46.0％，Mo：2.5～3.5％，Cu：1.5～3.0％，Al：≤0.20％，Ti：0.60～1.20％，Si≤0.50％，Mn≤1.00％，P≤0.030％，S≤0.030％，余量为铁。NS142为中国牌号，其相近牌号为美国，UNS N08825；德国，W.-Nr.2.4858NiCr21Mo；法国，NC21FeDu；英国，NA16；ISO，NiFe30Cr21Mo3。
由于NS142合金具有好的耐应力腐蚀开裂性能、好的耐点腐蚀和缝隙腐蚀性能、很好的抗氧化性和非氧化性热酸性能、在室温和高达550℃的高温时都具有很好的机械性能、具有制造温度达450℃的压力容器的认证，因此广泛应用于各种使用温度不超过550℃的工业领域；其典型应用为：硫酸酸洗工厂用的加热管、酸性气体环境热交换器、石油精炼中的空气热交换器等。
目前，国内煤气化炉热裙用NS142合金Ω无缝管件皆为随煤气化炉整套设备进口，国内没有生产制造先例。然而进口设备的煤气化炉热裙部分故障率较高、使用寿命短，其主要表现形式为煤气化炉热裙用NS142合金Ω无缝管件的腐蚀失效。虽然NS142合金具有好的耐应力腐蚀开裂性能，在室温和高达550℃的高温时都具有很好的机械性能，但由于该合金碳的成分较宽，即以重量计C≤0.05％，就相应增加了合金中M23(CN)6、M(CN)和M6(CN)等的生成，这些生成物易在晶界上堆积，从而使NS142合金发生晶间腐蚀；且该合金未对S杂质含量进行严格限制，使NS142合金产生热脆性，降低合金的延展性和韧性。NS142合金一旦发生晶间腐蚀，煤气化炉热裙部件很快就会失效。
由于NS142合金Ω无缝管件使用在高温腐蚀性环境下，要求该合金管件采用高温耐蚀材料制造的同时，还要求该合金管件壁厚均匀，管内通畅不堵塞；但由于Ω无缝管外形不规则、形状复杂，且内径较小，制造难度很大，如图1；目前国外制造的该合金管件壁厚不均匀，其壁厚为7.1±1.1mm，误差达到±1.1mm；且弯管中心距仅为50mm，弯管困难，如图2；国外弯管局部弯扁严重，达到φ38-5mm，使流通截面减少；所有这些均影响了该部件的使用寿命。
综上所述，由于现有的NS142合金成分对其性能的影响，使NS142合金在煤气化炉热裙部分应用时耐晶间腐蚀性能差，影响煤气化炉热裙部分使用寿命。且现有的NS142合金Ω无缝管件制造工艺不能保证管件壁厚均匀、管内通畅不堵塞的高精度管件应用要求，进而影响煤气化炉热裙部分使用寿命。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明目的之一是提供一种NJS合金，该NJS合金具有与NS142合金同样的力学性能，但具有比NS142合金优异的耐晶间腐蚀性。
本发明提供的一种NJS合金，组分以重量计为：C：≤0.015％，C+N≤0.02％，Cr：23.0～24.0％，Ni：41.0～47.0％，Mo：3.0～4.0％，Cu：1.5～3.0％，Ti：0.60～1.20％，Al：≤0.20％，Mn≤0.50％，Si≤0.20％，P≤0.030％，S≤0.010％，O≤0.010％，余量为Fe。
本发明目的之二是提供该NJS合金的制造工艺，从而生产出与NS142合金具有同样力学性能但耐晶间腐蚀性能优异的NJS合金。
本发明的NJS合金的制造工艺，采用真空感应炉冶炼及电渣重熔熔炼炉的冶炼方法；本发明NJS合金的锻件或轧件热处理是采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900～1000℃，1～1.5min/mm，然后用水快速冷却。
本发明目的之三是提供采用NJS合金制造煤气化炉热裙用Ω无缝管及管件的制造工艺，从而生产出一种管件壁厚均匀，管件壁厚偏差小的Ω无缝管；生产出弯头部位无局部弯扁现象的180°管件；使煤气化炉热裙用Ω无缝管及管件的使用寿命有效提升。
将本发明的NJS合金用于制造煤气化炉热裙用Ω无缝管，制作工艺如下：
将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的NJS合金，锻造成轧制毛坯后，用轧制毛坯轧制出设计内径管子；对管子采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900～1000℃，1～1.5min/mm，然后用水快速冷却；再以设计内径中孔为基准刨或铣出Ω无缝管件外形。
将本发明的NJS合金用于制造煤气化炉热裙用180°管件，制作工艺如下：
将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的NJS合金，锻造成锻件，对锻件采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900～1000℃，1～1.5min/mm，然后用水快速冷却；机加工90°管件，将两个90°管件对焊制作出180°管件，并经X射线对焊缝探伤而成。
为了保证NJS合金杂质成分比NS142合金更低的要求，在合金熔炼时NJS
合金采用了真空感应炉冶炼及电渣重熔熔炼炉的冶炼方法，而NS142合金仅采用中频感应炉冶炼的方法即可达到其合金的冶炼要求。中频感应炉是一种适用于冶炼优质钢与合金的冶炼设备；如果采用真空感应炉冶炼，即在真空下进行中频感应冶炼可以降低合金中杂质的含量，提高合金质量，再加上电渣重熔冶炼，可以提纯金属并获得洁净组织均匀致密的钢锭。经电渣重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。
本发明NJS合金采用真空冶炼及电渣重熔技术，从而控制合金中C、N、S、0的含量，即以重量计C≤0.015％、C+N≤0.020％、S≤0.010％、O≤0.010％，以防止晶间腐蚀的产生。限定NJS合金的锻件或轧件退火温度为900～1000℃是保证NJS合金在650～760℃严重敏化温度内加热的充分必要条件，只有这样才能保证本发明NJS合金具有耐晶间腐蚀性能。
之所以C以重量计≤0.015％，是由于C≤0.015％的情况下，可以有效减少合金中的M23(CN)6、M(CN)和M6(CN)等的生成，从而防止其在晶界的堆积，可以提高NJS合金的耐晶界腐蚀性能。
之所以C+N以重量计≤0.020％，是由于C+N≤0.020％的情况下，可以有效减少合金中的TiN、Cr2N、M23(CN)6、M(CN)和M6(CN)等的生成，从而防止其在晶界的堆积，可以提高NJS合金的耐晶界腐蚀性能。
之所以Ni、Cr、Mo取NS142合金组分要求的上限，可以有效提高NJS合金的高温耐蚀性能和高温强度。
之所以S以重量计≤0.010％，是由于S≤0.010％的情况下，可以有效减少合金中如FeS、FeS2夹杂物的形成，从而可以提高NJS合金的延展性、韧性和冲击性能。
之所以0以重量计≤0.010％，是由于0≤0.010％的情况下，可以有效少合金中如Al2O3、SiO2、MnO氧化物的形成，从而防止其在晶界的堆积，可以提高NJS合金的耐晶界腐蚀性能。
需说明的是，在本发明中，所述的耐晶间腐蚀意思是根据ASTM G28-02《检测变形富镍含铬合金晶间腐蚀敏感性的标准试验方法》进行试验检测，把NS142合金作为对比材料进行同样条件检测，检测结果表明NJS合金比NS142合金耐晶间腐蚀性能优异得多。
将NJS合金用于制造煤气化炉热裙用Ω无缝管及180°管件，经过上述工艺制造出的Ω无缝管件壁厚均匀；采用加工焊接工艺制造的弯管无局部弯扁现象，该管件不仅达到了国产化的目的，而且使用效果优于进口产品，使煤气化炉热裙使用寿命有效提升。
附图说明
图1为煤气化炉热裙用一个型号Ω无缝管的结构示意图。
图2为煤气化炉热裙用一个型号180°管件的结构示意图。
具体实施方式
表1列出了本发明NJS合金三个实施例和NS142合金一个比较例的化学组分(Wt％)。
表1
注：Fe为余量。
本发明NJS合金采用真空感应炉冶炼电极棒，再用电极棒进行电渣重熔出钢锭，对钢锭进行锻造制造出管坯料；原材料Ni、Cr、Mo、Cu、Ti、Al和Fe全用金属纯料，在真空条件下无氧化，不用造渣，元素无烧损，其它化学元素为上述原材料带入。比较例NS142合金采用中频感应冶炼浇注出钢锭，对钢锭进行锻造制造出管坯料，其原材料Ni、Cu、Ti、Al和部分Fe用金属纯料，合金料有微碳铬铁和钼铁，其它化学元素为上述原材料带入。
采用上述工艺分别冶炼了3炉本发明NJS合金和1炉比较例NS142合金。
从表1可以看出：中频感应熔炼的比较例NS142合金，化学成分满足NS142标准要求，但其中的C、N、S、O含量较高；其中，C、N、O元素的生成物易在晶界堆积，从而降低NS142合金的耐晶界腐蚀性能；S元素的夹杂物的生成，降低NS142合金的延展性、韧性和冲击性能。
表2列出了本发明NJS合金与NS142合金的力学性能和晶间腐蚀性能试验结果。
表2
注：晶间腐蚀性能试验根据ASTM G28-02《检测变形富镍含铬合金晶间腐蚀敏感性的标准试验方法》进行试验检测，试样在试验前进行了650℃/1h的敏化处理，试验在微沸的50％硫酸-硫酸铁溶液中连续煮沸120h。
表2中合金试样的热处理是采用固熔退火和快冷处理，退火温度为950℃，保温时间为1.5min/mm，然后用水快速冷却。
从表2可以看出：本发明真空冶炼及电渣重熔熔炼炉次的实施例NJS合金与中频感应熔炼炉次的比较例NS142合金力学性能均满足了NS142合金的屈服强度Rp0.2、抗拉强度Rm、延伸率A、断面收缩率Z的标准要求。从晶间腐蚀试验结果可以看出：现有中频感应熔炼的比较例NS142合金，其晶间腐蚀深度达300μm，大大超出了煤气化炉热裙用合金的晶间腐蚀深度≤50μm的要求；本发明NJS实施例合金，未发现晶间腐蚀，点蚀深度最大也只有15μm，满足了煤气化炉热裙用合金的要求。
即本发明实施例NJS合金的力学性能满足NS142合金的要求基础上大大提高了合金的耐晶间腐蚀性能，使耐晶间腐蚀试验的腐蚀深度降低到未发现的程度。
将本发明的NJS合金用于制造煤气化炉热裙用Ω无缝管，制作工艺如下：
以图1所示Ω无缝管为例，将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的NJS合金，锻造成轧制毛坯后，用轧制毛坯轧制出内径为φ23.8mm管子；对管子采用固熔退火和快冷处理，退火温度为950℃，保温时间为1.5min/mm，然后用水快速冷却；再以φ23.8mm中孔为基准刨或铣出Ω无缝管件外形。由于机加工比轧制更容易控制壁厚公差，加工出的Ω无缝管件壁厚偏差很小，仅为±0.1mm。
将本发明的NJS合金用于制造煤气化炉热裙用180°管件，制作工艺如下：
以图2所示180°管件为例，将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的NJS合金，锻造成锻件，对锻件进行固熔退火和快冷处理，退火温度为950℃，保温时间为1.5min/mm，然后用水快速冷却；再机加工出90°管件，将两个90°管件对焊制作出180°管件，对焊缝进行X射线探伤，按JB/T4730.2-2005标准，Ⅰ级合格，完成180°管件的制作。
经过上述工艺制造出的Ω无缝管壁厚均匀；采用加工焊接工艺制造的弯管无局部弯扁现象，该管件不仅达到了国产化的目的，而且使用效果优于进口产品，使用寿命有效提升。
Claims (7)
1.一种镍铁铬钼合金，其特征是：各组分以重量计如下：
C 最大为0.015％
C+N 最大为0.020％
Ni 41.0～47.0％
Cr 23.0～24.0％
Mo 3.0～4.0％
Cu 1.5～3.0％
Ti 0.60～1.20％
Al 最大为0.20％
Mn 最大为0.50％
Si 最大为0.20％
S 最大为0.010％
P 最大为0.030％
O 最大为0.010％
余量为铁和制备条件下的杂质。
2.用于制备权利要求1所述的镍铁铬钼合金的工艺，其特征是：该镍铁铬钼合金采用真空感应炉冶炼及电渣重熔熔炼炉的冶炼方法；该镍铁铬钼合金的锻件或轧件热处理是采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900～1000℃，1～1.5min/mm，然后用水快速冷却。
3.根据权利要求1所述的镍铁铬钼合金，其特征是：所述的镍铁铬钼合金用于煤气化炉热裙合金管件中。
4.根据权利要求1、2或3所述的镍铁铬钼合金，其特征是：所述的镍铁铬钼合金用于制造煤气化炉热裙用Ω无缝管。
5.根据权利要求1、2或3所述的镍铁铬钼合金，其特征是：所述的镍铁铬钼合金用于制造煤气化炉热裙用180°管件。
6.制备权利要求4所述的煤气化炉热裙用Ω无缝管的工艺，其特征是：
将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的镍铁铬钼合金，锻造成轧制毛坯后，用轧制毛坯轧制出设计内径管子；对管子采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900～1000℃，1～1.5min/mm，然后用水快速冷却；再以设计内径中孔为基准刨或铣出Ω无缝管件外形，加工出的Ω无缝管件壁厚偏差仅为±0.1mm。
7.制备权利要求5所述的煤气化炉热裙用180°管件的工艺，其特征是：
将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的镍铁铬钼合金，锻造成锻件，对锻件采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900～1000℃，1～1.5min/mm，然后用水快速冷却；机加工90°管件，将两个90°管件对焊制作出180°管件，并经X射线对焊缝探伤而成。
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