CN106337156A - 耐蚀高镍合金的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种耐蚀高镍合金的制造方法，包括以下步骤。首先提供一高镍合金铸坯。接着在800℃～1200℃的温度对高镍合金铸坯进行加热，并于前述温度恒温0.5小时～5小时。然后对高镍合金铸坯进行热轧加工，以得到高镍合金材料，其中热轧加工的终轧温度介于710℃～1040℃之间。

Description

耐蚀高镍合金的制造方法

【技术领域】

本发明是有关于合金的处理方法，且特别是有关于一种耐蚀高镍合金的制造方法。

【先前技术】

镍金属是一种高熔点（1453℃）材料，且在熔点温度以下，是以稳定的面心立方（face-centered cube，FCC）结构存在，因此易以固溶方式容纳其它金属元素。镍合金不仅具有耐蚀性良好、延展性优良等特性，且导电和导热的性能俱佳，在常温下具有磁性，故工业上的应用相当广泛。

一般所谓工业用高镍合金，指镍含量高于99.0 wt%的镍合金，也称作工业用纯镍。这类产品通常是在低于315℃的温度，在食品、人造纤维等苛性碱环境使用，以保证所生产产品的纯净度。或者也可用于耐蚀结构件，如化学制品的输送桶、阳极板、电子组件的外壳、电子电气导线等。常见的工业用纯镍产品Nickel 200、201的成分如表1所示（数值为重量百分比，镍的数值为最小容许值，其它元素的数值为最大容许值）。这些工业用纯镍产品在冷、热加工之后，需要再经过退火热处理工艺以获得低硬度、高延展性的特性，以便后续继续进行成型加工。然而，对于一般工业用高镍合金的退火热处理条件或其晶粒尺寸尚无明确要求。

【发明内容】

鉴于此，本发明在于提出一种耐蚀高镍合金的制造方法，利用高镍合金在高温下热加工性良好的特性，在热轧时采取适当的再加热温度、再加热时间，并适时调整轧延率，以将终轧温度控制在710℃～1040℃之间，从而得到晶粒尺寸适宜的材料。本发明的方法不但可以获得具有良好抗蚀性、可长时间使用于酸碱环境中的高镍合金材料，且此高镍合金材料在使用前无须再经热处理，可避免一般退火热处理造成的能源消耗和成本增加，大幅降低材料使用成本。

根据本发明的前述形态，提出一种耐蚀高镍合金的制造方法，包括以下步骤。首先提供高镍合金铸坯。接着在800℃～1200℃的温度对高镍合金铸坯进行加热，并于前述温度恒温0.5小时～5小时。然后对高镍合金铸坯进行热轧加工以得到高镍合金材料，其中热轧加工的终轧温度介于710℃～1040℃之间。

在本发明的一个实施例中，终轧温度介于840℃～960℃之间。

在本发明的一个实施例中，高镍合金材料的平均晶粒尺寸介于55 µm～260 µm之间。

在本发明的一个实施例中，高镍合金材料的平均晶粒尺寸介于100 µm～210 µm之间。

在本发明的一个实施例中，热轧加工包括4～9个轧延道次。

在本发明的一个实施例中，每一轧延道次的裁减率介于5%～70%之间。

在本发明的一个实施例中，每一轧延道次的裁减率介于15%～70%之间。

在本发明的一个实施例中，高镍合金铸坯包括99.0 wt%～99.9 wt%的镍、0 wt%～0.15 wt%的碳、0 wt%～0.4 wt%的铁、0 wt%～0.35 wt%的锰、0 wt%～0.25 wt%的铜以及0 wt%～0.36 wt%的硅。

【图式简单说明】

图1是根据本发明一个实施例所绘制示出的抗蚀高镍合金的制造方法的流程图。

【实施方式】

在本文中，由「一数值至另一数值」表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，记载了某一特定数值范围，等同于揭露了该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。例如，记载「尺寸为10 mm～100 mm」的范围，就等同于揭露了「尺寸为20 mm～50 mm」的范围，无论说明书中是否列举其它数值。

图1是根据本发明的一个实施例所绘制示出的耐蚀高镍合金的制造方法的流程图。下文将参照图1详细说明本实施例的耐蚀高镍合金的制造方法。

参照图1，耐蚀高镍合金的制造方法100包括步骤102、步骤104和步骤106。在步骤102中，提供一高镍合金铸坯。此高镍合金铸坯的成分是以镍金属为主要元素的合金，例如镍铁基合金，其中镍金属所占比例较佳是高于80 wt%，更佳是高于90 wt%，再更佳是高于99 wt%。在一个实施例中，高镍合金铸坯包括99.0 wt%～99.9 wt%的镍、0 wt%～0.15 wt%的碳、0 wt%～0.4 wt%的铁、0 wt%～0.35 wt%的锰、0 wt%～0.25 wt%的铜以及0 wt%～0.36 wt%的硅。高镍合金铸坯的一个具体实例是工业用的纯镍产品Nickel 201，其合金成分为99.5Ni-0.23Fe-0.22Mn-0.05Si-0.001C-0.002Cu。

前述以镍金属为主要元素的合金可使用包括燃料加热炉熔炼、非真空电炉（Electric Arc Furnace，EAF）熔炼、真空感应熔炼炉（Vacuum induction melting，VIM）熔炼或真空电弧熔炼炉（Vacuum arc melting，VAM）熔炼等熔炼方法来得到模铸铸锭或连铸坯料，并可选择地进行后续的氩气吹氧脱碳（Argon Oxygen Decarbonization，AOD）、真空吹氧脱碳（Vacuum Oxygen Decarbonization，VOD）、电渣重熔（electroslag remelting，ESR）、真空电弧重熔（Vacuum arc remelting，VAR）等精炼工艺。通常，精炼后的高镍合金铸坯组织均匀，无粗大的夹杂物（inclusion），加工性质良好，故适合锻造或轧延等成型方式。

接着，在步骤104中，在800℃～1200℃的温度（较佳是950℃～1150℃）对高镍合金铸坯进行加热，并于前述温度恒温0.5小时～5小时。此步骤是热加工之前的预热步骤，需将高镍合金铸坯整体均匀加热至预定温度。此步骤例如可在加热炉中进行。需注意的是，如果加热温度过高或过低，将会影响铸坯的高温机械性质（材料太软或太硬），进而降低生产效能；另外，如加热时间过短，铸坯整体加热不均匀，而如加热时间过长，则会造成材料性质的劣（弱）化。

接着，在步骤106中，对已预热的高镍合金铸坯进行热轧加工以得到高镍合金材料。具体而言，例如是将高镍合金铸坯从加热炉中取出，并经一至多道轧延道次，将高镍合金铸坯轧延成具有目标厚度的板材。应注意的是，在步骤106中，热轧加工的终轧温度是介于710℃～1040℃之间，较佳是840℃～960℃之间。终轧温度可以通过调整步骤104的加热温度、步骤106中每一道轧延道次的裁减率（其意义请见下段）或轧延道次的总数量来加以控制，下段将再对此进行详细说明。

在热轧加工的过程中，每一轧延道次均会使高镍合金铸坯的厚度变得更薄。就每一轧延道次而言，轧延后的厚度与轧延前的厚度的比例称为裁减率或轧延率。裁减率愈高，表示高镍合金铸坯愈快被加工成目标厚度，所需的轧延道次也就愈少，因此，高镍合金铸坯离开热源（例如加热炉）的时间越短，而终轧温度越高。反之，若步骤104的加热温度越低，或热轧加工时每一轧延道次的裁减率越低，或轧延道次越多，终轧温度就会越低。所以，为了将热轧加工的终轧温度控制在710℃～1040℃之间（较佳是840℃～960℃之间），除了在步骤104中将加热温度设定在800℃～1200℃之间（较佳是950℃～1150℃之间）以外，例如还可将步骤106的热轧加工控制在4～9个轧延道次之间，且每一轧延道次的裁减率例如可控制在5%～70%之间，较佳是介于15%～70%之间。

控制终轧温度的原因说明如下：一般而言，当晶粒尺寸过小时，因为所拥有的晶界面积较多，其腐蚀速率将会提高；若晶粒尺寸过大时，则会因为晶界处的杂质元素浓度的增加（杂质元素聚集）而增强晶粒间腐蚀效应，进而导致耐蚀性质下降。因此，每一种材料就其特定应用而言，其晶粒尺寸应介于适当的范围之内。另外，金属材料经高温处理时，其晶粒将会成长，而经加工变形时晶粒则会变细。因此金属材料在热加工后的性质不易预测。然而，高镍合金在高温下的晶粒成长相当快速，其热效应远强于加工效应，因此其晶粒尺寸基本上可由温度对其控制。综合前述理由，通过终轧温度的控制，可将高镍合金材料的平均晶粒尺寸控制在最佳范围之内，使其具有良好的抗腐蚀性。在本发明的一个实施例中，高镍合金材料的平均晶粒尺寸介于55 µm～260 µm之间，较佳是介于100 µm～210 µm之间。

在步骤106后，轧延所得的板材可视需求进行后续的裁切、喷砂酸洗与整平等精整作业，以得到表面性质与平整度符合需求的光面中厚板材。有关前述裁切、喷砂酸洗与整平等精整作业，应为本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知，故不另赘述。

下文将列举实施例以更具体地描述本发明。虽然描述了以下实验，但是在不逾越本发明范畴的前提下，可适当地改变所用材料、其量及比率、处理细节以及处理流程等等。因此，不应根据下文所述的实验对本发明作出限制性的解释。

实施例1的高镍合金铸坯选用常见的工业用纯镍产品 Nickel 201，其合金成分为99.5Ni-0.23Fe-0.22Mn-0.05Si-0.001C-0.002Cu。使用非真空电炉EAF将此产品熔炼成模铸铸锭，并进行后续的电渣重熔精炼工艺。接着进行表面处理步骤（裁切，研磨、削皮等表面精整），以确保在加工前铸坯的表面质量。

接下来，在900℃～1200℃的温度区间，将铸坯锻成厚度125 mm的方坯。锻造后进行热轧步骤，以将厚度125 mm的方坯轧成厚度约12 mm的中厚板，其过程如下：将锻打后的方坯置于已升温至950℃的加热炉中再加热，恒温120 min后，经4～9个轧延道次以完成热轧加工，其中各道次的裁减率在15%～70%之间。终轧温度被控制在700℃～1050℃之间。

实施例2、3、4以及比较例1、2的制作和实施例1大致相同，不同之处在于加热炉的加热温度和每一轧延道次的裁减率，且因此终轧温度和平均晶粒尺寸也各不相同。这些参数整合于表2之中。

表3为实施例1～4和比较例1～3（比较例3为一般市售产品Nickel 201）浸泡在不同溶液中的腐蚀试验结果。腐蚀速率较低或浸泡失重较少，代表产品的耐蚀性质较佳。结果显示，实施例1～4所产出的晶粒尺寸介于56 µm～261 µm的高镍合金材料具有优良的耐蚀性质，在沸腾的50%（体积百分比）NaOH溶液中的腐蚀速率约为市售产品的0.7倍～0.9倍，在室温/30%（体积百分比）HCl溶液中的腐蚀速率约为市售产品的1/2倍～4/5倍，在100℃/NH₄F溶液中的使用寿命可有效被延长约1.2倍-1.7倍。

综上所述，本发明提出一种耐蚀高镍合金的制造方法，在热轧时采取适当的再加热温度、再加热时间，并适时调整轧延率，将终轧温度控制在710℃～1040℃之间，从而得到晶粒尺寸适宜、具有良好抗蚀性的材料。

虽然已以数种实施方式/实施例对本发明作出说明如上，然而这些内容并非用以限制本发明，在本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。

【符号说明】

100：方法

102、104、106：步骤。

Claims (9)

1.一种耐蚀高镍合金的制造方法，包括：

提供高镍合金铸坯；

在800℃～1200℃的温度对该高镍合金铸坯进行加热，并于该温度恒温0.5小时～5小时；以及

对该高镍合金铸坯进行热轧加工，以得到高镍合金材料，其中该热轧加工的终轧温度介于710℃～1040℃之间。

2.如权利要求1所述的耐蚀高镍合金的制造方法，其中该终轧温度介于840℃～960℃之间。

3.如权利要求1所述的耐蚀高镍合金的制造方法，其中该高镍合金材料的平均晶粒尺寸介于55 µm～260 µm之间。

4.如权利要求1所述的耐蚀高镍合金的制造方法，其中该高镍合金材料的平均晶粒尺寸介于100 µm～210 µm之间。

5.如权利要求1所述的耐蚀高镍合金的制造方法，其中该热轧加工包括4～9个轧延道次。

6.如权利要求5所述的耐蚀高镍合金的制造方法，其中每一轧延道次的裁减率介于5%～70%之间。

7.如权利要求5所述的耐蚀高镍合金的制造方法，其中每一轧延道次的裁减率介于15%～70%之间。

8.如权利要求1所述的耐蚀高镍合金的制造方法，其中该高镍合金铸坯包括：

99.0 wt%～99.9 wt%的镍；

0 wt%～0.15 wt%的碳；

0 wt%～0.4 wt%的铁；

0 wt%～0.35 wt%的锰

0 wt%～0.25 wt%的铜；以及

0 wt%～0.36 wt%的硅。

9.一种耐蚀高镍合金，其为利用如权利要求1至8任一项中所述的方法制得。