CN112981056A - 一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904l合金的制备方法 - Google Patents

一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904l合金的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112981056A
CN112981056A CN202110183508.XA CN202110183508A CN112981056A CN 112981056 A CN112981056 A CN 112981056A CN 202110183508 A CN202110183508 A CN 202110183508A CN 112981056 A CN112981056 A CN 112981056A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
oxygen
corrosion
modified
temperature chlorine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110183508.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112981056B (zh
Inventor
彭文屹
白凌云
门丹丹
邓晓华
熊剑
刘宗佩
杨永超
于思琪
孙祖祥
余钦洋
余飞翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN202110183508.XA priority Critical patent/CN112981056B/zh
Publication of CN112981056A publication Critical patent/CN112981056A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112981056B publication Critical patent/CN112981056B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/006—Making ferrous alloys compositions used for making ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C22C33/06—Making ferrous alloys by melting using master alloys

Abstract

本发明公开了一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法：以高纯度铝(99.99％)金属颗粒和商品化904L奥氏体不锈钢板材为初始原料，采用真空电弧熔炼技术，制备Al掺杂904L合金(904：Alx)，并考察其在含氧HCl气氛(Ar‑0.28HCl‑2CO2‑1O2‑8N2)中、800℃下的腐蚀行为，旨在将其作为具有较高性价比的耐高温氯腐蚀合金材料，有望应用于垃圾焚烧炉换热器管排表面制备耐蚀图层。

Description

一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法
技术领域
本发明属于耐高温氯腐蚀合金设计与性能测试领域，具体涉及一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法。
背景技术
金属、合金的氯腐蚀过程中，由于产生低沸点金属氯化物而无法形成保护性腐蚀层，尤其是高温氯腐蚀过程，在生产生活中时常伴随着高额的经济损失和巨大的安全隐患，如在垃圾焚烧过程中存在的高温氯腐蚀现象已经受到人们日益关注，并开展了广泛研究。由于市政生活垃圾成分的复杂性，在其焚烧过程中会产生大量的腐蚀性气体，如HCl、Cl2、SO2等，高温下严重腐蚀焚烧炉内壁材料，影响焚烧炉的服役年限和工况安全。针对这一问题，已经开展了垃圾分类、垃圾前处理等措施，可以大大降低有害气体的含量，但基于已有的研究理论，在金属的高温氯腐蚀过程中，Cl2作为活化氧化过程的催化剂，只需很少的量即可激发活化氧化反应，并且自身不会被消耗，因此，在垃圾焚烧过程中，金属的高温氯腐蚀过程仍然是造成金属腐蚀的主要原因。目前广泛采用的处理方法为在炉体相应的位置堆焊镍基涂层，如Inconel625。镍基材料通常价格较贵，为降低成本、扩大该领域的可选材料范围，本发明提出一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法，研究改性铁基超级奥氏体合金材料的高温氯腐蚀性能。
发明内容
为了克服上述现有常用材料的高成本问题，本发明提供了一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法。以高纯Al(99.99％)金属颗粒和商品化904L超级奥氏体不锈钢板材为初始原料，采用真空电弧熔炼技术，制备Al掺杂904L合金(904L:Alx)，并考察其在含氧HCl气氛(Ar-0.28HCl-2CO2-1O2-8N2)中、800℃下的耐腐蚀行为，旨在将其作为具有较高性价比的耐高温氯腐蚀合金材料，有望应用于垃圾焚烧炉换热器管排表面制备耐蚀涂层。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法，包括：
1)取904L不锈钢，与铝一同超声清洗、干燥；
2)将混合物进行电弧熔炼得到合金锭，对合金锭进行退火即得改性904L合金。
3)检测制得的改性904L合金在含氧高温氯腐蚀环境中的耐腐蚀行为。
进一步地，步骤1)中铝按照904L：Alx，x＝0-20at.％加入；优选地，x＝15at.％。
进一步地，步骤2)所述电弧熔炼条件为氩气一个大气压，电流大小180-220A。
进一步地，步骤2)所述退火为在850-950℃下退火22-26h。
进一步地，步骤3)所述含氧高温氯腐蚀环境为Ar-0.28HCl-2CO2-1O2-8N2、750-850℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
目前垃圾焚烧炉内壁涂层的工业化生产主要是采用堆焊技术制备镍基涂层，取得一定的耐腐蚀性能，但是成本较高。本发明对铁基超级奥氏体合金904L进行改性，提高其耐高温氯腐蚀性能同时降低了制备成本。
Al的掺入，明显提高了904L合金的显微硬度，随着Al含量的增加，904L：Alx的显微硬度先升高再降低。Al的加入，促进了904L合金表面Cr2O3、Al2O3的形成，该类氧化物能够较为有效的抵抗Cl离子腐蚀，从而起到保护基体作用；Al的加入改变了腐蚀层的成分，将Fe的产物由氧化物变为稳定的[Cr,Fe]2O3、FeNi，促进了氧化膜表层Al2O3、Cr2O3氧化层的形成，同时在腐蚀层的内层，也促进了保护性Al2O3的形成，另外，在基体晶界处富集的Al，经过高温腐蚀过程后，转变为具有较好稳定性和耐氯腐蚀性的AlN。以上原因综合，致使904L:Al合金获得了较好的耐高温氯腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明的技术路线流程图；
图2为本发明实施例中904L:Alx合金金相显微图片；
图3为本发明实施例中904L:Alx合金X射线衍射谱图；
图4为本发明实施例中904L:Alx在Ar-0.28HCl-2CO2-1O2-8N2中800℃腐蚀动力学曲线；
图5为本发明实施例中904L:Alx在Ar-0.28HCl-2CO2-1O2-8N2中800℃腐蚀后表面形貌；
图6为本发明实施例中904L:Alx在Ar-0.28HCl-2CO2-1O2-8N2中800℃腐蚀后截面形貌(放大倍数500)；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例
一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法：
图1为本发明的技术路线流程图。
首先，将904L不锈钢板材切割成大小不一小块，以保证后续熔炼合金时称重质量可控。称取指定量的Al颗粒(904L:Alx，x＝0,5,10,15,20at.％)(各合金成分见表1)，与904L块材一同超声清洗、干燥、称重。
表1：合金成分
元素 904L 904L:5Al 904L:10Al 904L:15Al 904L:20Al
Al 6.00 11.16 16.90 18.91
Cr 22.90 22.95 20.67 19.73 18.59
Fe 50.71 46.91 43.73 40.01 40.15
Ni 23.78 21.52 21.64 21.36 20.25
Mo 2.61 2.61 2.81 2.01 2.10
其次，进行氩气保护电弧熔炼，熔炼环境：氩气1个大气压，电流200A，获得合金钮扣锭，对合金进行900℃退火24h处理，线切割为2.5×5×10mm小样，打磨、抛光。
之后，对样品进行金相、XRD、SEM/EDS、显微硬度检测(见表2)，以确定合金的组织、组成、形貌、硬度等特征(图2、3)。
表2：合金显微硬度
Figure BDA0002942105740000041
高温氯腐蚀腐蚀实验：对样品进行称重，游标卡尺测量精确尺寸。试样放入石英坩埚，再将坩埚放入石英管，通Ar、CO2，炉内以4℃/min速率升温至800℃，通HCl，保温5h，关HCl、CO2，样品随炉冷却后取出称重，重复该操作至腐蚀56h结束，获得腐蚀动力学曲线(图4)。
对腐蚀后样品进行表面XRD、SEM/EDS分析，截面SEM/EDS分析(图5、6)。
由此可得，Al的掺入，明显提高了904L合金的显微硬度，随着Al含量的增加，904L：Alx的显微硬度先升高再降低，904L：Al15获得最高显微硬度。所得合金的XRD及SEM/EDS结果分析表明，铝的掺入在一定程度上改变了904L合金的组织结构，XRD结果显示，随着铝含量的升高，904L的基体峰迅速减弱，Fe2AlCr(PDF54-0387)的(200)晶面发生择优取向。金相及SEM结果显示，掺铝试样出现了Al的梅花样富集，经腐蚀后截面形貌观察发现，铝主要富集在904L的晶界位置。在含氧HCl气氛(Ar-0.28HCl-2CO2-1O2-8N2)中，经800℃、56小时的高温氯腐蚀实验，腐蚀动力学曲线分析表明，掺铝样品的耐蚀性均明显高于904L基体样品。当铝掺入量在5at.％-10at.％之间时，随着铝含量的增加，样品的耐蚀性降低；当铝掺入量在10at.％-20at.％之间时，随着铝含量的增加，904L:Alx的耐高温氯腐蚀性能提高，样品由失重转变为缓慢增重趋势，说明其表面形成了保护性氧化膜。腐蚀后的表面形貌及组成分析表明，Al的加入，促进了表面Cr2O3、Al2O3的形成，该类氧化物能够较为有效的抵抗Cl离子腐蚀，从而起到保护基体作用；截面形貌及组成分析发现，Al的加入改变了腐蚀层的成分，将Fe的产物由氧化物变为稳定的[Cr,Fe]2O3、FeNi，促进了氧化膜表层Al2O3、Cr2O3氧化层的形成，同时在腐蚀层的内层，也促进了保护性Al2O3的形成，另外，在基体晶界处富集的Al，经过高温腐蚀过程后，转变为具有较好稳定性和耐氯腐蚀性的AlN。以上原因综合，致使904L:Al合金获得了较好的耐高温氯腐蚀性能，有望应用于实际生产中的高温氯腐蚀环境中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法，其特征在于，包括：
1)取904L不锈钢，与铝一同超声清洗、干燥得到混合物；
2)将混合物进行电弧熔炼得到合金锭，对合金锭进行退火即得改性904L合金。
3)检测制得的改性904L合金在含氧高温氯腐蚀环境中的耐腐蚀行为。
2.根据权利要求1所述一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法，其特征在于，步骤1)中铝按照904L：Alx，x＝0-20at.％加入；优选地，x＝15at.％。
3.根据权利要求1所述一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法，其特征在于，步骤2)所述电弧熔炼条件为氩气一个大气压，电流大小180-220A。
4.根据权利要求1所述一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法，其特征在于，步骤2)所述退火为在850-950℃下退火22-26h。
5.根据权利要求1所述一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904L合金的制备方法，其特征在于，步骤3)所述含氧高温氯腐蚀环境为Ar-0.28HCl-2CO2-1O2-8N2、750-850℃。
CN202110183508.XA 2021-02-08 2021-02-08 一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904l合金的制备方法 Active CN112981056B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110183508.XA CN112981056B (zh) 2021-02-08 2021-02-08 一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904l合金的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110183508.XA CN112981056B (zh) 2021-02-08 2021-02-08 一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904l合金的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112981056A true CN112981056A (zh) 2021-06-18
CN112981056B CN112981056B (zh) 2022-04-12

Family

ID=76393280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110183508.XA Active CN112981056B (zh) 2021-02-08 2021-02-08 一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904l合金的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112981056B (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03126842A (ja) * 1989-10-11 1991-05-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高耐食オーステナイトステンレス鋼
JP2004269946A (ja) * 2003-03-07 2004-09-30 Hitachi Ltd ハロゲン耐食性部材及びパーフルオロコンパウンド分解処理装置
CN202011758U (zh) * 2011-03-29 2011-10-19 东台市方正锌业有限公司 一种用于氯化锌生产的不锈钢板蒸发浓缩炉
CN102912151A (zh) * 2012-11-23 2013-02-06 重庆材料研究院 高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法
CN103266286A (zh) * 2013-06-14 2013-08-28 兰州理工大学 高铝316l不锈钢及其制备方法
CN105463288A (zh) * 2016-01-27 2016-04-06 大连理工大学 高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金及其制备方法
CN106244945A (zh) * 2016-08-26 2016-12-21 浙江隆达不锈钢有限公司 耐高温耐腐蚀无缝不锈钢管及该无缝不锈钢管的制备方法
CN106435585A (zh) * 2016-08-16 2017-02-22 深圳市诚达科技股份有限公司 一种不锈钢件的表面cts抗腐蚀处理方法
CN106636962A (zh) * 2016-10-21 2017-05-10 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种新型合金材料的制备方法
CN108838506A (zh) * 2018-07-10 2018-11-20 江苏润邦新材料集团有限公司 一种高耐蚀舰船用钢-铝复合材料及其制备方法
CN110218943A (zh) * 2019-07-02 2019-09-10 珠海国合融创科技有限公司 一种奥氏体不锈钢及其制备方法
CN111020245A (zh) * 2019-10-28 2020-04-17 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 镍铜耐蚀合金的制备方法
CN111172446A (zh) * 2020-01-15 2020-05-19 东南大学 一种强耐腐蚀非等原子比高熵合金及其制备方法
CN112048642A (zh) * 2020-08-25 2020-12-08 上海繁威能源工程有限公司 一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料及应用方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03126842A (ja) * 1989-10-11 1991-05-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高耐食オーステナイトステンレス鋼
JP2004269946A (ja) * 2003-03-07 2004-09-30 Hitachi Ltd ハロゲン耐食性部材及びパーフルオロコンパウンド分解処理装置
CN202011758U (zh) * 2011-03-29 2011-10-19 东台市方正锌业有限公司 一种用于氯化锌生产的不锈钢板蒸发浓缩炉
CN102912151A (zh) * 2012-11-23 2013-02-06 重庆材料研究院 高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法
CN103266286A (zh) * 2013-06-14 2013-08-28 兰州理工大学 高铝316l不锈钢及其制备方法
CN105463288A (zh) * 2016-01-27 2016-04-06 大连理工大学 高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金及其制备方法
CN106435585A (zh) * 2016-08-16 2017-02-22 深圳市诚达科技股份有限公司 一种不锈钢件的表面cts抗腐蚀处理方法
CN106244945A (zh) * 2016-08-26 2016-12-21 浙江隆达不锈钢有限公司 耐高温耐腐蚀无缝不锈钢管及该无缝不锈钢管的制备方法
CN106636962A (zh) * 2016-10-21 2017-05-10 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种新型合金材料的制备方法
CN108838506A (zh) * 2018-07-10 2018-11-20 江苏润邦新材料集团有限公司 一种高耐蚀舰船用钢-铝复合材料及其制备方法
CN110218943A (zh) * 2019-07-02 2019-09-10 珠海国合融创科技有限公司 一种奥氏体不锈钢及其制备方法
CN111020245A (zh) * 2019-10-28 2020-04-17 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 镍铜耐蚀合金的制备方法
CN111172446A (zh) * 2020-01-15 2020-05-19 东南大学 一种强耐腐蚀非等原子比高熵合金及其制备方法
CN112048642A (zh) * 2020-08-25 2020-12-08 上海繁威能源工程有限公司 一种抗高温氯腐蚀的耐蚀合金材料及应用方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于海成等: "浅析耐硫酸腐蚀用不锈钢的应用现状与发展", 《中国化工装备》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112981056B (zh) 2022-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1090168A (en) Oxidation resistant cobalt base alloy
Zhang et al. Effect of solution temperature on the microstructure and mechanical properties of Hastelloy X superalloy fabricated by laser directed energy deposition
Yang et al. Strengthening mechanism and high-temperature properties of H13+ WC/Y2O3 laser-cladding coatings
JP5596697B2 (ja) 酸化アルミニウム形成性ニッケルベース合金
CN112981210B (zh) 一种核用中熵合金体系及其制备方法与应用
Garip et al. A study of the cycle oxidation behavior of the Cr/Mn/Mo alloyed Ti–48Al–based intermetallics prepared by ECAS
Wu et al. Cycle oxidation behavior of nanostructured Ni60–TiB2 composite coating sprayed by HVOF technique
Cobbinah et al. Solid-state processing route, mechanical behaviour, and oxidation resistance of TiAl alloys
Pang et al. Microstructure, oxidation resistance and high-temperature strength of a new class of 3D open‐cell nickel-based foams
Zhang et al. Influences of Si content on the high-temperature oxidation behavior of X10CrAlSi18 ferritic heat-resistant stainless steel at 700 C and 800 C
CN115233077A (zh) 高铝高钛含量纳米共格沉淀强化的CoCrNi基中熵合金及其制备方法
Shen et al. High temperature oxidation behavior of Ti-Al-Nb ternary alloys
Li et al. Influence of rare-earth element doping on interface and mechanical properties of WC particles reinforced steel matrix composites
Ye et al. Effect of medium temperature precipitation phase and Mn element diffusion mechanism on high temperature oxidation process of repair and remanufacture CoCrFeMnNi high-entropy alloy cladding
Cai et al. Ultrastrong nanocrystalline oxide-dispersion-strengthened ferritic alloy with exceptional thermal stability
Liu et al. Dimension effect of Y2O3 nanomaterial on microstructure and tensile properties of laser metal deposited stainless steel coatings
CN112981056B (zh) 一种应用于含氧高温氯腐蚀环境的改性904l合金的制备方法
Zhao et al. Microstructure development of Y–Ti–O dispersion strengthened Cu alloys fabricated by mechanical alloying
CN111676409B (zh) 一种低密度低成本Fe-Mn-Al-C中熵合金的制备方法
Ju et al. Studies on as-cast microstructure and oxidation behavior of the FeCrBAl alloys at 1073 K
Xu et al. Effect of La2O3 on resistance to high-temperature oxidation and corrosion of aluminized and aluminum-chrome coating
Ye et al. Effect of Y2O3 addition on the microstructure and properties of Ni60 additives by micro-plasma cladding
KR20170030567A (ko) 내부식성 물체 및 그 제조 방법
CN113088796B (zh) 一种应用于高温氧化性含氯气氛的Ti改性904L合金的制备方法
Lee et al. Impurity removal and microstructural analysis of inconel 718 refined by hydrogen plasma arc melting

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant