CN112048642A

CN112048642A - 一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料及应用方法

Info

Publication number: CN112048642A
Application number: CN202010861898.7A
Authority: CN
Inventors: 杨少民
Original assignee: Shanghai Fineway Energy Engineering Co ltd
Current assignee: Shanghai Fineway Energy Engineering Co ltd
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2020-12-08

Abstract

本发明涉及金属合金领域，具体涉及一种抗高温氯腐蚀的合金材料及应用方法，其组成按质量百分比构成为：Cr30～45％、Cu≤3％、Ti≤2％、稀土元素0.01～5.00％、C≤0.1％、余量为Ni。本发明利用合金成分Ni、Cr、Cu、Ti之间的相互作用和分别在氧化性介质和还原性介质以及对高温氯气、氯化物气体中的抗腐蚀作用，形成一种综合防腐效果达到最佳的耐蚀合金，同时本发明合金材料形成的涂层厚度可以很容易的控制在需要的范围之内，本发明提供的耐蚀合金材料加工成的涂层硬度高于原基体材料硬度，增加了受热面的耐磨性，不影响设备的加工制作，不影响受热面在运行状态下的热胀冷缩，不会增加受热面设备的应力。

Description

一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料及应用方法

[技术领域]

本发明涉及金属合金领域，具体涉及一种抗高温氯腐蚀的合金材料及应用方法。

[背景技术]

全世界每年排放的固体废物超过100亿吨，随着工业的发展和人口的增长，排放固体废物还在逐年递增。固体废弃物会对环境造成恶劣影响，如何处置，是全球性的环境保护的重要课题。处置垃圾的主要技术有填埋、焚烧等。垃圾焚烧既能做到无害化、较高程度的减量化处理，同时还能够实现废弃物的资源化利用，为城市提供绿色电力。因此近年来各地城市纷纷兴建起垃圾焚烧电厂，未来几年还会有几百乃至上千家电厂建立和投产，为城市包括乡村的垃圾处置、环境保护和能源利用发挥越来越大的作用。

但由于人们生活水平的提高，燃烧垃圾中所含的盐分、塑料等成分较高，导致其燃烧产物即烟气中除有碱、硫等腐蚀性物之外，还含有大量的腐蚀性非常强的氯化氢气体。这样的高温气体遇到通高温介质的锅炉受热面如水冷壁、过热器等设备时，腐蚀非常强烈，一般碳钢甚至不锈钢受热面经过几个月的运行即发生严重减薄，危及机组的安全运行，不得不经常停炉、更换设备，不仅影响电厂经济性，还影响垃圾的正常处理，增加城市垃圾堆积。

生物质发电厂利用秸秆类生物质燃烧发电、供热，由于生物质中氯元素含量较高，燃烧生成的烟气中同样含有氯气及氯化物，锅炉运行时这些氯气和氯化物与锅炉受热面反应，大大加速受热面的腐蚀。

在我国西部的新疆地区，蕴藏大量廉价的硫、碱、氯含量高的煤种，燃烧这种煤时，其产生的烟气具有强腐蚀性，因此常规锅炉设备的使用寿命仅几个月，必须掺入一定比例的优质煤种后才能供常规锅炉设备使用，但燃料成本大大增加。尽管煤中的硫、碱也会对设备金属产生腐蚀，但主要原因，依然是煤中的高氯成分严重加剧金属受热面的腐蚀，大大缩短设备的使用寿命。

对垃圾发电厂、生物质发电厂、含高氯煤发电厂，为了延长锅炉设备的使用寿命，现有技术中，用非金属涂层对受热面进行保护，应用情况较为少见。实际应用较多的还是采用金属涂层防护，一般使用的金属涂层材料以625镍基合金焊丝为主，625镍基合金是垃圾焚烧炉中堆焊用得较多的耐蚀材料，有较明显的耐蚀效果，但综合的防腐效果还是难以达到电厂的要求。

[发明内容]

本发明的目的在于根据高氯烟气对金属的腐蚀机理及合金的耐蚀原理，一种高温下抵抗氯腐蚀效果最佳，同时具备耐碱、耐硫腐蚀的合金材料，可以抵抗高温含氯烟气的腐蚀，以解决上述垃圾发电厂、生物质发电厂、含高氯煤发电厂等锅炉设备不耐腐蚀，使用寿命较短的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料，其组成按质量百分比构成为：

Cr 30～45％、Cu≤3％、Ti≤2％、稀土元素0.01～5.00％、C≤0.1％、余量为Ni。

进一步的，还包括以下质量百分比的组分：Mo≤10％、Fe≤4％、Nb≤4％、Al≤1％和Si≤3％。

进一步的，作为优选方案，本发明采用的质量百分比构成为：Cr30～43％、Mo 0～10％、Cu 0.5～2.6％、Fe 1～3％、Nb 1～3％、Al 0～1％、Ti 0.5～2％、稀土元素0.02～4.6％、Si 1～2％、C 0.02～0.08％、余量为Ni。

一种上述抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料的应用方法，所述抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料通过真空感应炉或手工电弧炉或自耗真空电弧炉或非电弧炉熔炼。

进一步的，所述抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料可生产成用于堆焊的焊丝。

进一步的，所述抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料还可通过气雾化手段制成粉末。

进一步的，所述抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料在制成粉末时，熔炼时需用氩气或氮气保护。

进一步的，所述抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料制成的粉末，适用于热喷涂及等离子喷焊、重熔施工。

本发明所述的一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料，其优点在于，无论是制成焊丝对锅炉设备进行堆焊，还是雾化成粉末在对锅炉等设备进行喷涂或等离子喷焊时，利用合金成分Ni、Cr、Mo、Cu、Ti之间的相互作用和分别在氧化性介质和还原性介质中对高温氯气、氯化物气体中的抗腐蚀作用，形成一种综合防腐效果达到最佳的耐蚀合金，同时本发明合金材料形成的涂层厚度可以很容易的控制在需要的范围之内，本发明提供的耐蚀合金材料加工成的涂层硬度高于原基体材料硬度，增加了受热面的耐磨性，不影响设备的加工制作，不影响受热面在运行状态下的热胀冷缩，不会增加受热面设备的应力。

[具体实施方式]

接下来结合实施例对于本发明做进一步的说明，下述实施例仅用于解释本发明而不用于局限于本发明。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域任何人员对本发明的技术方案的各种改变和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

实施例一

本发明的第一个实施例，通过本发明的一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料提供一种用于生物质发电厂锅炉过热器受热面堆焊防腐的合金焊丝

步骤1合金熔炼

以质量百分比计，所述合金材料成分选定为：30％的Cr、6％的Mo、0.5％的Cu、稀土元素La占比为0.02％、1.0％的Si、1％的Fe、2％的Nb、1％的Al、2％的Ti和0.05％的C、余量为Ni。用真空感应炉进行熔炼。工艺流程为：配料装料→熔炼期→精炼期→合金化期→浇注。

步骤二焊丝制备

合金焊丝按照如下工艺流程进行制备：

锻造→轧制退火→酸洗→修磨→拉拔→去氢退火

将熔炼好浇注出的合金锭放入加热炉内，加热至1150℃～1180℃，然后进行锻造，终锻温度为950℃。

锻造好的合金坯加热到1100℃～1250℃后进行轧制退火。轧制直径根据最终成型的焊丝直径决定。

最终可形成的焊丝直径有0.8mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.4mm、3.2mm等多种规格。

实施例二

本发明的实施例2提供一种用于垃圾焚烧电厂锅炉水冷壁等离子喷焊用防腐的合金粉末

步骤1合金熔炼

以质量百分比计，所述合金材料成分选定包括Cr:43％、Mo：9％、Cu：2.6％、Si：1.0％、Fe：2.0％、Nb：1％、Al：0.5％、Ti:0.5％、稀土元素Ce：4.6％、C:0.02％、Ni为余量，用真空感应炉或手工电弧炉或自耗真空电弧炉或非电弧炉熔炼。熔炼时需用氩气或氮气保护。

步骤2制粉

用水雾化或气雾化法将熔融状态合金雾化。雾化时调节雾化水或雾化气的流量和压力，以控制粉末的粒度和均匀性；

步骤3粉末粒度筛选

从制成的粉末中筛选出粒度范围在40～500目的粉末，用于水冷壁喷焊；步骤4喷焊

用等离子喷焊工艺将筛选出来的粉末喷焊在单根水冷壁管或水冷壁片上。喷焊层厚度按要求控制。

实施例三

本发明的实施例三提供一种用于燃煤发电厂锅炉水冷壁热喷涂防腐用的合金粉末

步骤1合金熔炼

以质量百分比计，所述合金材料化学成分包括43％的Cr、2.6％的Cu、1.0％的Si、2.0％的Fe、1％的Nb、1％的Al、0.5％的Ti、4.6％的稀土元素Ce、0.02％的C,余量为Ni，用真空感应炉或手工电弧炉或自耗真空电弧炉或非电弧炉熔炼。熔炼时用氩气或氮气保护。

步骤2制粉

步骤3粉末粒度筛选

从制成的粉末中筛选出粒度范围在40～500目的粉末，用于水冷壁喷涂；步骤4热喷涂

用热喷涂工艺(电弧喷涂、火焰喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂等)将筛选出来的粉末喷焊在单根水冷壁管或水冷壁片上。喷焊层厚度按要求控制。

实施例四

本发明的实施例四，提供一种用于电厂锅炉四管附件(防磨件、阻流件、支吊件等)烟气腐蚀的防腐材料。

步骤1合金熔炼

以质量百分比计，所述镍基合金粉末化学成分选定为：

Cr:38％、Mo：10％、Cu：1.6％、Si：2.0％、Fe：3％、Nb：3％、Ti:0.5％、稀土元素Y：4.6％、C:0.08％,Ni为余量。用真空感应炉或手工电弧炉进行或自耗真空电弧炉或非电弧炉熔炼。熔炼时用氩气或氮气保护。

步骤2制粉

步骤3粉末粒度筛选

从制成的粉末中筛选出粒度范围在40～500目的粉末，用于锅炉附件喷焊；

步骤4火焰喷涂

用火焰喷涂工艺将筛选出来的粉末喷焊在需要防护的附件上。喷涂层厚度按要求控制。

实施例五

本发明提供一种用于垃圾焚烧锅炉、生物质燃烧锅炉、高氯煤发电锅炉或高氯煤制气等设备的无缝钢管或焊接管。

步骤1冶炼

预处理后的钢水经过冶炼、脱碳与精炼后，钢水的成分质量百分数配比达到下述要求即可出钢：

Cr:41％、Cu：1.5％、Ti:1.0％、Y：0.1％、C:0.05％、Ni为余量。

步骤2浇注钢坯

将上述钢水连铸或模铸成钢坯。

步骤3热轧钢坯

将钢坯加热，确保钢坯烧透、均匀。然后轧制实芯钢坯。

步骤4管坯穿孔

加热管坯。利用穿孔杆和穿孔针将管坯穿成空心管坯。

步骤5热挤压

首先将空心管坯加热，利用挤压筒和挤压杆将空心管坯挤压制成外径60mm、壁厚5mm,长度12300mm的无缝钢管。

步骤6拉伸矫直、喷丸、切头，得到12000mm的定尺无缝钢管。

步骤7热处理

将无缝钢管进行固溶处理，保温结束后进行水淬，使温度尽快降到室温，从而形成需要的无缝钢管。

本发明提供的抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料利用合金成分Ni、Cr、Mo、Cu、Ti之间的相互作用和分别在氧化性介质和还原性介质以及对高温氯气、氯化物气体中的抗腐蚀作用，按以上配比配制，形成一种综合防腐效果达到最佳的耐蚀合金。该合金在垃圾焚烧炉内600℃烟气中与同条件的镍基合金Inconel 625材料相对照，经过80天的实际运行，结果Inconel 625材料腐蚀严重，而该耐蚀合金表面没有出现任何腐蚀现象，实际证明在高温氯环境下比常用的625合金有明显的耐氯等综合优势。

本发明提供的抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料无论是制成焊丝对锅炉设备进行堆焊，还是雾化成粉末在对锅炉等设备进行喷涂或等离子喷焊时，采用本发明合金材料形成的涂层的厚度可以简单的控制在需要的范围，加工成的涂层硬度高于原基体材料硬度，增加了受热面的耐磨性，加工成的堆焊层不影响设备的加工制作(如弯制、切割等)。

本发明不仅适用于垃圾焚烧锅炉，同样适用于生物质发电厂锅炉、燃煤锅炉设备等其它燃料锅炉和其它化工设备的高温下氯介质腐蚀防护。

本发明涉及的合金材料不仅可制作成焊合金丝用于SMAW、TIG、MIG、SAW、CMT、等离子弧堆焊、激光堆焊、热喷涂工艺，同样可加工成粉末用于等离子弧喷焊、热喷涂、重熔、微熔等腐蚀防护工艺。

Claims

1.一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料，其特征在于，其组成按质量百分比构成为：Cr30～45％、Cu≤3％、Ti≤2％、稀土元素0.01～5.00％、C≤0.1％、余量为Ni。

2.如权利要求1所述的一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料，其特征在于，其组成按质量百分比构成还包括：Mo≤10％、Fe≤4％、Nb≤4％、Al≤1％和Si≤3％。

3.如权利要求2所述的一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料，其特征在于，其组成按质量百分比构成为：Cr 38～43％、Mo 0～10％、Cu 0.5～2.6％、Fe 1～3％、Nb 1～3％、Al 0～1％、Ti 0.5～2％、稀土元素0.02～4.6％、Si 1～2％、C 0.02～0.08％、余量为Ni。

4.一种权利要求1至3任一所述的抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料的应用方法，其特征在于，所述抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料通过真空感应炉或手工电弧炉或自耗真空电弧炉或非电弧炉熔炼。

5.根据权利要求4所述的抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料的应用方法，其特征在于，所述抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料可生产成用于堆焊和热喷涂的焊丝或钢管。其中堆焊可包括SMAW、TIG、MIG、SAW、CMT、等离子弧堆焊、激光堆焊。

6.根据权利要求5述的一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料的应用方法，其特征在于，所述抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料还可通过气雾化手段制成粉末。

7.根据权利要求6所述的一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料的应用方法，其特征在于，所述抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料在制成粉末时，熔炼时需用氩气或氮气保护。

8.根据权利要求6所述的一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料的应用方法，其特征在于，所述抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料制成的粉末，适用于热喷涂及重熔、等离子喷焊的施工。