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CN111094603A - 耐腐蚀合金 - Google Patents

耐腐蚀合金 Download PDF

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CN111094603A CN201780092598.3A CN201780092598A CN111094603A CN 111094603 A CN111094603 A CN 111094603A CN 201780092598 A CN201780092598 A CN 201780092598A CN 111094603 A CN111094603 A CN 111094603A
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Abstract

本发明涉及冶金,旨在用于在侵蚀性氧化环境中使用的镍基合金。本发明的镍基合金包括:≤0.006wt%的碳,≤0.1wt%的硅,≤1.0wt%的锰,22.8‑24.0wt%的铬,≤0.75wt%的铁,12.0‑14.0wt%的钼,0.01‑0.03wt%的铌,0.01‑0.06wt%的钛,0.1‑0.2wt%的铝,0.005‑0.01wt%的镁,≤0.015wt%的磷,≤0.012wt%的硫磺,剩下的是镍和不可避免的杂质。

Description

耐腐蚀合金
本发明涉及冶金,旨在用于在侵蚀性氧化环境中使用的镍基合金。
已知耐腐蚀合金Nicrofer 6616hMo合金C-4(号2.4610),重量百分比:14.5~17.5Cr,14.0~17.0Мо,≤3.0Fe,≤0.009С,≤1.0Mn,≤0.05Si,≤2.0Co,≤0.7Ti,≤0.020P,≤0.010S,镍和其他不可避免的杂质(手册“耐腐蚀、耐热和高强度钢及合金”,M.,Prometey合金,2008年,304~306页).
该合金用于制造在各种化学环境中,在室温和高温下运行的设备。特别是用于烟气脱硫的吸附器;蚀刻槽和酸回收装置;生产醋酸和农用化学品的装置。
本发明的最接近的类似物是KHN65MVU(EP760)合金,其重量百分比:≤0.02C,≤0.1Si,≤1.0Mn,14.5~16.5Cr,15.0~17,0Mo,3.0~4.5W,≤0.5Fe,≤0.012S,≤0.015P,镍和不可避免的杂质,其余的(GOST 5632-2014——原型)。
用于造成结构(柱、热交换器、反应器)、化工、石化工业(醋酸、环氧树脂、醋酸乙烯酯、三聚氰胺、复合有机化合物的生产)和其他温度范围在-70至5000摄氏度。
KhN65MVU合金及其焊接接头可在KCl–AlCl3–ZrCl4环境中使用,最高温度可达500℃,在高于规定值的温度下,合金除了晶间腐蚀和腐蚀开裂外,在550℃时,延伸率从48%急剧下降至7.3~13%,在625℃时,延伸率高达2.5%,金属的脆化在变形后显现出来。
本发明涉及的问题是在氯化物工厂(KCl–AlCl3–ZrCl4))的工作环境中,在高达T=650℃的温度下,制造具有高腐蚀性能的合金。
本发明的技术结果是获得一种在550℃至625℃的温度范围内工作时具有高塑性的合金,并且在高达650℃的温度下增加了熔融氯化物KCl、AlCl3+(ZrCl4 HfCl4)中的耐腐蚀开裂性。
具体的技术结果是在含有碳、硅、锰、铬、钼、磷、硫、铁、镍和不可避免的杂质的合金中,根据本发明另外含有钛、铝、铌、镁的组分的下列比例,重量百分比:
Figure BDA0002335671720000021
为了获得稳定的结构和塑性性能,铬、钼和铁的含量最好与以下比率相关:
Figure BDA0002335671720000022
(铬、钼的总质量百分比与铁的百分比之比不小于46.4)
为了获得稳定的结构和高腐蚀性能,铌和碳的含量最好通过以下比率来关联:
Figure BDA0002335671720000023
(铌的质量百分比与碳的质量百分比之比不小于1.66。
铬、钼、铁、铌和碳的含量最好与以下比率有关:
Figure BDA0002335671720000024
Figure BDA0002335671720000025
通过与原型的对比分析,我们可以得出结论,所要求的合金与已知合金不同之处在于:碳含量较低(由≤0.02%改为≤0.006%)、钼(由15.0~17.0%改为12.0~14.0%)、铬含量增加(由14.5~16.5%改为23.0~24.0%)、铁(由≤0.5%改为≤0.75%),另外还通过添加元素,如铌的量为0.01~0.03%,钛的量为0.01~0.06%,铝的量为0.1~0.2%,镁的量为0.005~0.01%。
此外,在本发明的特定情况下,满足所要求的元素比率:
Figure BDA0002335671720000031
Figure BDA0002335671720000032
Figure BDA0002335671720000033
Figure BDA0002335671720000034
通过对不同成分选择的合金性能的研究,确定了本发明合金中合金元素含量的限制。
超过0.006%的碳含量会导致锆和铪盐溶液中的耐腐蚀性降低,这是由于高温下碳化物形成过程的增加(出现不良碳化物相)。
铬含量为22.8~24%,以保证铪和氧化锆所需的耐热性。当铬的引入量小于22.8%时,合金不具备所需的耐热性,超过24.0%会降低合金的耐热性。
镍合金中引入钼可提高固溶体的再结晶温度,抑制其软化,提高耐热性,并可在短期和长期试验中提高塑性。
我们选择12.0~14.0%的钼含量,以提供短期和长期负荷以及高温所需的机械性能。钼的加入量小于12.0%,无法满足力学性的要求。当含量高于14.0%时,合金的塑性降低,因此,在冶金加工过程中,合金的加工性能恶化。
铌的加入量为0.01~0.03%,使残余碳和氮结合在碳化物、氮化物和碳氮化物上,防止沿晶界形成铬碳化物和碳氮化物。合金中碳含量的6至10倍的铌的添加量,可消除合金的晶间腐蚀,并保护焊缝不受破坏。当铌含量小于0.01%时,其与残余碳的相互作用无效,大于0.03%的铌含量不利于碳化物的形成。
当硅含量超过0.1%时,会对合金的加工性能产生负面影响,并因硅硅酸盐含量的增加而导致合金脆化。
锰含量的增加超过1.0%会导致易熔共晶的出现,这会导致钢锭在压力加工过程中的破坏,降低合金的耐热性,也会导致抗局部腐蚀性的降低。
镍在盐酸中即使在沸点也很稳定。然而,在存在氯化物、Fe(III)离子和其他氧化剂的情况下,钼合金的镍和镍铬的腐蚀加剧,并且铁含量被限制在不超过0.75%。
加入0.01-0.06%的钛可以提高锆和铪盐熔体的耐腐蚀性,使残余碳与碳化物结合,形成足够数量的Ni3Ti型金属间化合物,在500-700°℃的工作温度下,对合金的耐热性有积极的影响。当钛含量小于0.01%时,不满足耐蚀性要求,钛含量超过0.06%时,合金的可加工性降低,并因钛的反应性而形成不良相。
在合金中加入0.1-0.2%和0.005-0.01%的铝和镁以除去残余氧,并且,对于铝,形成Ni3Al型金属间化合物,这对合金的耐热性有积极的影响。当这些元素的引入量小于所示的量时,就无法达到必要的残余氧去除。如果超过这些元素的含量,就会形成大量的非金属夹杂物。
当硫含量超过0.012%,磷含量超过0.015%时,会形成粗的非金属夹杂物,对合金的塑性产生不利影响。
Figure BDA0002335671720000041
条件下,当比值降低到46.4以下时,合金结构变得不稳定(sigma相被释放),这对合金的塑性特性和耐腐蚀性产生不利影响。
Figure BDA0002335671720000042
条件下,当比值小于1.66时,合金的耐蚀性降低。
所提出的合金中元素的比例是通过实验发现的,并且是最佳的,因为它们可以让你得到所声称的综合技术结果。违反元素配比,合金性能恶化,不稳定,未达到复合效应。
本发明的实例。
合金锭在真空感应炉中熔炼。根据GOST 14019-2003,在熔炉中长时间暴露超过1000小时后,在550℃和625℃温度的影响下,研究合金的塑性性能的变化通过将样品弯曲到90度或更大角度来控制。在氯化物熔体KCl、AlCl3+(ZrCl4 HfCl4)中进行了合金耐腐蚀开裂的工业试验
表1显示了具有各种成分选择的合金锭以及原型合金的化学成分。表2显示了根据GOST 14019-2003以90度角弯曲测定表1所示合金塑性性能的结果。表3给出了表1所示合金在熔融氯化物KCl,AlCl3+(ZrCl4HfCl4)中在T=650℃下100小时耐腐蚀开裂的工业试验结果。
从表1、2可以看出,满足要求成分的合金(合金1、2)、在550℃和625℃下的塑性性能高于原型合金的性能,不满足要求成分的合金3的塑性性能低于合金1、2,根据GOST14019-2003,弯曲试验导致开裂。
从表3可以看出,与原型合金相比,满足要求成分的合金(合金1、2)的腐蚀速率低于原型合金的腐蚀速率,目视检查未发现裂纹。不符合要求成分的合金3的腐蚀速率超过了合金1、2的腐蚀速率(但低于原型合金的腐蚀速率),目视检查发现样品中有裂纹。
Figure BDA0002335671720000061
表2——根据GOST 14019-2003通过90度弯曲确定塑性性能的结果
Figure BDA0002335671720000071
表3——在T=650℃下100小时
在氯化物熔体KCl,AlCl3+(ZrCl4 HfCl4)中
耐腐蚀开裂合金的工业试验结果
Figure BDA0002335671720000072

Claims (4)

1.一种耐腐蚀的镍基合金,含有碳、硅、锰、铬、钼、磷、硫、铁、镍和不可避免的杂质,其特征在于,在下列成分的比例中,还含有钛、铝、铌、镁,重量百分比:
Figure FDA0002335671710000011
2.根据权利要求1所述的合金,其特征在于,铬、钼、铁的含量与以下比例有关:
Figure FDA0002335671710000012
3.根据权利要求1所述的合金,其特征在于,铌和碳的含量与以下比率有关:
Figure FDA0002335671710000013
4.根据权利要求1所述的合金,其特征在于,铬、钼、铁的含量与以下比例有关:
Figure FDA0002335671710000014
铌碳比含量:
Figure FDA0002335671710000015
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