CN113832370A - 一种中温抗氧化镍基耐蚀合金及其制备工艺 - Google Patents

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李昊泽
高明
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Abstract

本发明公开了一种中温抗氧化镍基耐蚀合金及其制备工艺，属于耐蚀合金技术领域。按重量百分含量计，该合金化学成分为：C≤0.02，Cr 16‑24％，Mo 4‑9％，Ti≤1.2％，Fe 6‑15％，B≤0.006％，Ni余量。本发明合金属于固溶强化型镍基耐蚀合金，具有优异的高温抗氧化性能。在以PO4 3‑为主，SO4 2‑、NO3‑、H+、OH‑等多离子共存，温度为350‑600℃范围内，压强为20‑30MPa的超临界条件下使用时，本发明合金的耐蚀性明显优于Inconel671、Inconel625、Hastelloy C‑276，可作为超临界水氧化环境条件下处理废水、城市污泥装备反应器材料。

Description

一种中温抗氧化镍基耐蚀合金及其制备工艺
技术领域
本发明涉及耐蚀合金技术领域，具体涉及一种中温抗氧化镍基耐蚀合金及其制备工艺。
背景技术
目前随着我国城市规模的扩大及工业企业的迅速发展，耐蚀材料的服役条件变得越来越苛刻，人们一直追求开发出性能更加突出的超合金，同时又希望获得更大的广泛性，但这种要求本身就是个矛盾，目前还没有“万能”的合金，因此，针对使用环境的要求，兼顾性能与成本并细化合金的开发，是当前国内外耐蚀合金发展的热点和必然趋势。目前，我国城市废水、污泥处理设备在处理城镇固液排放物时，面临着材料使用方面的技术难题，主要体现在设备预热器和过热器管材的耐蚀材料。一些实验装置拟选用Inconel 671、Inconel625和Hastelloy C-276等耐蚀合金，但这些材料或多或少都存在冷热加工性能差、不易焊接、耐蚀性较差、制造成本高等严重制约应用的问题。因此，十分迫切地需要研制出完全满足城市废水、污泥处理设备用较低成本的耐蚀材料，具有重要科学意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中温抗氧化镍基耐蚀合金及其制备工艺，该合金为超临界条件下使用的含Cr、Fe、Mo、Ti的固溶强化型镍基的变形耐蚀合金，其具有优异的中温抗氧化及耐蚀性能。。
一种中温抗氧化镍基耐蚀合金，按重量百分含量计，该合金化学成分如下：
C≤0.02，Cr 16-24％，Mo 4-9％，Ti≤1.2％，Fe 6-15％，B≤0.006％，Ni余量。
该镍基耐蚀合金中，Ti含量优选为0.1～1.2wt.％。
该镍基耐蚀合金中，C含量优选为0.002～0.2wt.％。(
该镍基耐蚀合金中，S含量≤10ppm.wt，O含量≤10ppm.wt。
所述中温抗氧化镍基耐蚀合金的制备工艺，包括如下步骤：
(1)按照合金成分进行配料，在真空感应熔炼炉中熔炼制备合金铸锭；
(2)合金铸锭依次经过锻造和热轧制制备成直径为14-16mm的合金棒；
(3)为保证合金具有在350～600℃具有良好的强度和塑性匹配，对合金棒进行热处理，热处理制度为：1100-1150℃固溶0.5-2小时，水淬。
为了提高合金的成分均匀性，步骤(1)制备的合金铸锭可采用电渣重熔或真空自耗重熔的方法进行重熔，之后再进行锻造。
步骤(2)中，锻造和热轧初始变形温度为1150～1170℃，最终变形温度不低于950℃。
本发明合金设计机理如下：
本发明合金属于固溶强化型镍基耐蚀合金，通过添加Cr、Mo和Fe协同作用实现固溶强化，提高中高温抗氧化性能；通过添加少量的Ti改善合金晶界碳化物析出数量，降低合金晶间腐蚀倾向。
为使合金具有良好的冷热加工性能，合金S、B、O等严格控制，其中S含量≤10ppm.wt，O含量≤10ppm.wt。
为保证本发明合金在350-600℃范围内具有优异的抗氧化性能，添加合金元素Cr，与其他元素协同作用实现抗氧化。为保证合金具有在350～600℃具有良好的强度和塑性匹配，其热处理制度为：1100-1150℃固溶0.5-2小时，水淬。
本发明的优点：
1.本发明合金成分可以精确控制，大大节省了贵重合金元素Co国内稀缺资源，生产成本相对较低，生产工艺实施性强，材料可大批量生产。
2.本发明合金属于固溶加时效强化镍基耐蚀合金，特别适用于在350～600℃下使用，长期时效过程中合金组织稳定，无脆性相析出。
3.本发明合金含有较高的Cr元素，一定含量的Ti元素，确保合金在高温下具有优异的耐蚀性能，在超临界条件下作为反应器材料处理城市废水污泥。在以PO4 3-为主，SO4 2-、NO3-、H+、OH-等多离子共存，温度为350-600℃范围内、压强为20-30MPa的超临界条件下使用时，其耐蚀性优于国外Inconel625、Inconel671、Hastelloy C-276等合金。
4.与同类合金相比，本发明合金固溶和时效处理后室温强度适中、塑性优异；合金在超临界PO4 3-为主的复杂离子介质中使用具有良好的组织稳定性与耐蚀性，中温长期时效不析出有害脆性相；其耐蚀性能优于国外的Inconel671、Inconel625、Hastelloy C-276合金；
5.本发明合金具有良好的冷、热加工性能，可制备成棒材、板材、管材、丝材。可作为超临界水氧化环境条件下处理废水、城市污泥装备反应器材料。
附图说明
图1为四种合金挂片在温度450℃的混合盐溶液中保持500h后腐蚀层厚度对比；其中：上、中、下分别表面合金挂片(竖直放置于溶液中)的上部、中部和下部；U26-1代表本发明合金。
图2为四种合金挂片在温度600℃的混合盐溶液中保持500h后腐蚀层厚度对比；U26-1代表本发明合金。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
采用真空感应炉熔炼了3个20kg铸锭，铸锭直接锻造、热轧成直径为14mm的棒材。锻造和热轧初始变形温度为1150～1170℃，最终变形温度不低于950℃。热轧棒材化学成分如表1所示。
本发明合金热处理制度为1100-1150℃固溶，保温时间视合金成品尺寸变化而变化，最小保温时间为30min。
表1采用真空感应炉熔炼的三种本发明合金化学成分(wt.％)
Figure BDA0002708211410000041
表1中No.1、No.2和No.3合金在1150℃固溶处理30min，测定其固溶态材料的室温、300℃、600℃条件下材料的瞬时力学性能，本发明合金的力学性能如表2所示。可以看出，材料的力学性能匹配较好，能够满足超临界条件下强度和塑性要求。该合金因具有很好的室温及中温强度和塑性，完全适宜于大变形量的冷轧、冷拔加工、利于制备棒材、板材、管材和丝材等型材。
表2.不同温度下本发明合金瞬时拉伸性能数据
Figure BDA0002708211410000042
Figure BDA0002708211410000051
取固溶态的本发明合金与625合金进行异材焊接，测定其在室温、300℃、600℃条件下材料的瞬时拉伸性能，如表3所列，结果表明，在相同温度条件下，合金焊接接头的焊接系数都在85％以上，满足焊接的使用要求。
表3.不同温度下本发明合金与625合金异材焊接接头瞬时拉伸性能数据
Figure BDA0002708211410000052
为验证本发明合金的耐蚀性，将No.2号合金作为试验合金，在1150℃固溶处理30min，再经760℃时效处理16h，制作成厚度为3mm、表面磨光处理的圆形试片。将制作好的本发明合金挂片和625、671、C-276三种同样尺寸规格的合金挂片分上、中、下三层放入同一反应器中，反应器内介质为含磷酸根、硫酸根、氯离子(摩尔比例为8:1:1)的混合钠盐溶液，压强为22MPa，而温度分别为450℃和600℃的两种测试温度。都保持500h后取出，采用SEM方法测量四种材质的腐蚀层厚度。如图1、图2所示。显然，四种合金中本发明合金的腐蚀层厚度最薄，625合金的腐蚀层厚度最厚，且随着浸入深度的增加，腐蚀层厚度有所增加。此现象说明，无论是450℃，还是稍高的600℃，本发明合金的抗腐蚀性都优于其他几种耐蚀合金。

Claims (7)

1.一种中温抗氧化镍基耐蚀合金，其特征在于：按重量百分含量计，该合金化学成分如下：
C≤0.02，Cr 16-24％，Mo 4-9％，Ti≤1.2％，Fe 6-15％，B≤0.006％，Ni余量。
2.根据权利要求1所述的中温抗氧化镍基耐蚀合金，其特征在于：该镍基耐蚀合金中，Ti含量为0.1～1.2wt.％。
3.根据权利要求1所述的中温抗氧化镍基耐蚀合金，其特征在于：该镍基耐蚀合金中，C含量为0.002～0.2wt.％。
4.根据权利要求1所述的中温抗氧化镍基耐蚀合金，其特征在于：该镍基耐蚀合金中，S含量≤10ppm.wt，O含量≤10ppm.wt。
5.根据权利要求1所述的中温抗氧化镍基耐蚀合金的制备工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤：
(1)按照合金成分进行配料，在真空感应熔炼炉中熔炼制备合金铸锭；
(2)合金铸锭依次经过锻造和热轧制制备成直径为14-16mm的合金棒；
(3)为保证合金具有在350～600℃具有良好的强度和塑性匹配，对合金棒进行热处理，热处理制度为：1100-1150℃固溶0.5-2小时，水淬。
6.根据权利要求4所述的中温抗氧化镍基耐蚀合金的制备工艺，其特征在于：为了提高合金的成分均匀性，步骤(1)制备的合金铸锭可采用电渣重熔或真空自耗重熔的方法进行重熔，之后再进行锻造。
7.根据权利要求4所述的中温抗氧化镍基耐蚀合金的制备工艺，其特征在于：步骤(2)中，锻造和热轧初始变形温度为1150～1170℃，最终变形温度不低于950℃。
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