CN1095502C - 一种耐浓盐酸腐蚀的合金 - Google Patents
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Abstract
一种耐浓盐酸腐蚀的合金，其特征在于合金成份如下(重量百分比)：Cr 22～24，Mo 16～19，Fe 12～16，Cu 1.3～2.2，C≤0.06，Si≤0.2，Mn≤1.00，S≤0.02，P≤0.02，Ni余量。本发明浓盐酸条件下具有良好的耐腐蚀性，且工艺性好，成本低廉。
Description
本发明涉及耐蚀合金，特别提供了一种耐浓盐酸腐蚀的合金。
一般Cr18Ni9型不锈钢即使是在很稀的盐酸中也不能纯化，因而腐蚀速率很高。当不锈钢中加入2～3％的钼时可以促进不锈钢在稀盐酸，室温条件下的钝化，例如在2％ HCl 40℃或0.5％ 70℃时316L不锈钢的年腐蚀速率为1.15mm/year，超过这一浓度极限后，则强烈腐蚀。镍基合金在盐酸中的耐腐蚀性较普通的18-8型或316L型不锈钢有所提高，但在稍高温度或浓度下的腐蚀速率也会急骤升高。例如Incoloy800合金在65℃时，15％ HCl中的年腐蚀速率为4～5mm/year，Incoloy825合金较Incoloy300合金中增加了Ni含量，并加入3％ Mo和1.75％的Cu，使合金在65℃时15％HCl中的年腐蚀速率有所下降，为2.5mm/year，但仍来达到可以在该浓度温度范围内可以用于耐蚀零部件的要求。Ni-Cr-Mo型合金和Ni-Mo型合金(Hastelloy合金)在盐酸环境中，有较好的耐腐蚀性。在纯还原性的盐酸介质中，HastelloyB在沸点线以下各浓度的盐酸中均可使用，具有优良的耐腐蚀，Hastelloy B2和HastelloyB3是美国Hayns公司对HastelloyB的改进牌号，即超低碳型和超纯型的Ni-Mo合金，由于含碳量的降低及有害元素含量的减少，使碳化物析出的可能性减小，并使阳极质点减小，材料的全面耐腐蚀性能及抗晶间腐蚀性能有所改善，HastelloyC、HastelloyC-276、HastelloyC-22、HastelloyC4，由于其含Mo量较HastelloyB低，因此在纯还原性盐酸中的耐腐蚀性较HastelloyB差，但却显著好于其它镍基合金，例如在65℃ 15％盐酸HastelloyC的年腐蚀速率为0.8mm/year，可以认为在盐酸中Cr-Ni-Mo型合金的抗腐蚀性，依次为HastelloyC4＞HastelloyC22＞HastelloyC-276＞HastelloyC，当盐酸中含有氧气、三价铁离子等，如以后实例一饱合氯气的盐酸介质，会显著加速HastelloyB、HastelloyB2合金的腐蚀速率，实例一的工况条件下，HastelloyB 5mm厚的挂片试验，一星期内全部腐蚀掉，其年腐蚀速率无法结算，对于HastelloyC类的合金，由于其中含有一定数量的Cr，从而提高了合金的抗氧化能力，因而在含有氧气、三价铁离子的盐酸中，HastelloyC类合金耐腐蚀能力好于HastelloyB类合金。综上所述，在特殊的浓盐酸环境中，以HastelloyB类合金和HastelloyC类合金的耐腐蚀性最好，而这两类合金由于本身均为镍基的，含有大量的Mo和其它合金元素Cr等，材料的价格也较为昂贵，但由于没有更为便宜的材料的耐腐蚀性能与之媲美，HastelloyB类、HastelloyC类合金在工业中仍广为采用。
本发明的目的在于提供一种耐浓盐酸腐蚀的合金，其在浓盐酸条件下具有良好的耐腐蚀性，且工艺性好，成本低廉。
本发明提供了一种耐浓盐酸腐蚀的合金，其特征在于合金成份如下(重量百分比)：
Cr 22～24 Mo 16～19 Fe 12～16 Cu 1.3～2.2
C≤0.06 Si≤0.2 Mn≤1.00 S≤0.02
P≤0.02 Ni余量
本发明中最好C≤0.02。
镍作为基体合金，与铁基合金、铜基合金相比，镍基合金的耐Cl-的侵蚀能力最佳，铁基合金除硅镍铁和铜基合金中的铝青铜、硅青铜在室温时对Cl-有一定的耐蚀性外，其余大多都不耐Cl-腐蚀，有的甚至析出氢气。钛基合金Ti-32Mo在盐酸环境的良好表现，令从事耐蚀的专业人员齐声称道，但它的苛刻的冶炼设备要求及很差的加工工艺性又令材料制造者伤透脑筋，加之工业范围Ti-32Mo的高，造价也给其广泛应用带来了很大困难。另有，目前在盐酸介质中广泛使用的HastelloyB、HastelloyC等均为镍基合金，因此本发明合金设计仍采用镍作为基性材料。
钼是为提高合金的耐还原性介质腐蚀而加入的合金元素，对于盐酸介质，当Mo≥16重量百分比时，其耐腐蚀性会有显著的提高，但随着Mo含量的增加，材料的加工工艺性随之下降，成本也升高。
铬则是为提高合金的耐还原性介质中的氧化性物，如HClO、Fe3+等和高温下的耐腐性而加入的合金元素。
硅对合金的耐还原性介质腐蚀不利，尽量降低其含量，考虑到原材料的选择及工艺因素，设计为≤0.1％。锰是耐蚀合金中的常见元素≤1.0％。硫是镍基耐蚀合金中的有害元素，对材料的热加工工艺性有影响，对一般的合金要求≤0.035，对高镍，尤其是有耐腐蚀性要求的要≤0.02％。磷在不锈钢耐蚀合金中晶界上偏聚，可导致晶间腐蚀，因此对合金成份要求设计P≤0.02％。
铁是出于经济成本和综合合金化耐腐蚀效果考虑而加入的合金元素，当合金中存在着Ni、Cr、Fe、Mo时，形成固溶体后其耐腐蚀性不再是以各种纯金属在某一介质中的耐腐蚀性的简单组合，而是有着本质的变化，实验表明在该合金中Fe量≤17％时，耐盐酸年腐蚀速率仍在可以使用的范围内，按照该合金设计的思想，在能满足耐腐蚀要求的前提下，以加工工艺性和材料成本综合考虑，因此加入适量的Fe作为基体固溶合金元素之一。
碳在耐蚀合金中的作用是尽人皆知的，微量的碳有利于奥氏体的形成，碳的增加还对合金的强度有很大的贡献，但在提高合金的抗腐蚀性方面碳的作用却是负面的，如碳的增加促使含铬耐蚀合金晶界出析出M23C6型碳化物，随着碳含量的再增高晶粒内还有可能析出其它类型的碳化物，导致合金的耐腐蚀能力下降，晶界处析出的M21C6也是导致合金有晶间腐蚀倾向的原因。在耐蚀合金的设计中，人们往往根据当时的工业冶金技术，尽可能的降低碳含量，近年来，许多的先进的冶炼工业技术和设备的采用，使得可以工业化实现碳含量≤0.02％，但对于低成本的非真空冶炼，仍不能达到碳含量≤0.02％，因此，在合金设计时还有两个范围。
实验表明，Cu加入Ni-Cr-Mo-Fe合金在纯盐酸环境及含气氛盐酸环境中的年腐蚀速率都有大幅下降，但Cu的加入也可能对材料的加工性及热处理等带来不利的影响，如当在Ni-Cr-Mo-Fe合金中Cu含量＞3％时，晶界附近高温加工时，可能出现游离Cu，导致锻造开裂，而且在铸造合金中的游离Cu也是阳极质点晶界成为腐蚀区域，所以加入适量的铜，以提高材料在盐酸环境中的耐腐蚀性，这也是与以往合金设计的最本质差别之一。
下面通过实施例详述本发明。
实施例1
母合金的冶炼在真空感应炉中完成，原料采用金属铬、电解镍、金属钼、电解铜、纯铁。
真空感应冶炼的目的是为获得最低的气体含量和有害杂质元素，以使合金在凝固后的阳极质点减少，提高全面耐腐蚀性能。
由于该合金碳含量很低，且没有其它脱氧合金元素，因此在熔炼终期必需使用完全反应型脱氧剂。
对于该合金的锻件及铸件，为保证有良好的综合机械性能和耐蚀性，必需进行固溶处理，经实验得出经1150～1170℃固溶后，其耐腐蚀性能最佳。
1.化学成分C 0.015％ Si 0.09％ Mn 0.54％ Cr 22.5％ Ca 1.0％ Mo 16.4％Cu 1.35％ Fe 15.8％ S 0.01％ P 0.01％ Ni余量2.使用环境 饱合Cl2情况下，27％盐酸，45℃3.使用工件 泵的叶轮，泵体4.使用结果对比
实施例21.化学成分C 0.03％ Si 0.15％ Mn 0.72％ Cr 23.1％ Ca 1.5％ Mo 16.5％Cu 1.75％ Fe 14.5％ S 0.02％ P 0.02％ Ni 余量2.使用环境 17％盐酸，70℃3.实验结果 腐蚀速率测定
实施例31.化学成分C 0.02％ Si 0.09％ Mn 0.46％ Cr 22.8％ Ca 2.0％ Mo 17.2％Cu 1.75％ Fe 15.1％ S 0.01％ P 0.01％ Ni 余量2.通入空气，17％HCl，75℃，加入1％FeCl33.实验数据 腐蚀速率
| 合 金 | 使用寿命 |
| Hestelloy BC10GOCr19Ni48Mo14合金 | 5mm挂片寿命，＜48小时叶轮，使用2个月后表面变黑5mm挂片寿命，＜25小时 |
| 合 金 | 年腐蚀速率 |
| Hestelloy C276C10GHestelloy B | 1.7mm/y0.35mm/y0.18mm/y |
| 合 金 | 腐蚀速率 |
| Hestelloy BHestelloy C276C10G | 0.75mm/y3.2mm/y0.51mm/y |
比较例
| 比较内容 | C | Si | Mn | Cr | Mo | Fe | Ni | 其它 | 现场介质17％ HCl充Cl2 45℃ | 使用状况(效果) |
| 合金1 | 0.016 | 0.1 | 0.77 | 28.5 | 5.7 | 余量 | V 0.40 | 现场介质17％ HCl充Cl2 45℃ | 6cm厚件一周穿孔 | |
| 合金2 | 0.03 | 0.5 | 0.80 | 19.5 | 14.5 | 17 | 余量 | 现场介质17％ HCl充Cl2 45℃ | 6cm厚件一周穿孔 | |
| 合金3 | 0.05 | 0.1 | 0.75 | 21.5 | 18.4 | 14.5 | 余量 | Cu 1.5 | 现场介质17％ HCl充Cl2 45℃ | 6cm厚件二个月表面只有点状腐蚀斑 |
| 合金4 | 0.015 | 0.1 | 0.77 | 20.5 | 18.5 | 14.3 | 余量 | Cu 1.5 | 现场介质17％ HCl充Cl2 45℃ | 6cm厚件三个月后有点状腐蚀斑 |
Claims (2)
1.一种耐浓盐酸腐蚀的合金，其特征在于合金成份如下(重量百分比)：Cr 22～24 Mo 16～19 Fe 12～16 Cu 1.3～2.2C≤0.06 Si≤0.2 Mn≤1.00 S≤0.02P≤0.02 Ni余量
2.按照权利要求1所述耐浓盐酸腐蚀的合金，其特征在于：C≤0.02。
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