耐受酸和堿的具有臨界鉻和銅含量的Ni-Cr-Mo-Cu合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及耐受酸和堿的具有臨界鉻和銅含量的Ni-Cr-Mo-Cu合金。提供了一種耐受93℃的70％硫酸和121的50％氫氧化鈉的鎳-鉻-鉬-銅合金，所述合金用于在廢物操作領(lǐng)域中的酸和堿中和；所述合金以重量百分比計(jì)含有27至33的鉻、4.9至7.8的鉬、3.1-6.0重量％的銅(當(dāng)鉻介于30重量％和33重量％之間時(shí))或者4.7-6.0重量％的銅(當(dāng)鉻介于27重量％和29.9重量％時(shí))、至多3.0的鐵、0.3至1.0的錳、0.1至0.5的鋁、0.1至0.8的硅、0.01至0.11的碳、至多0.13的氮、至多0.05的鎂、至多0.05的稀土元素、以及余量的鎳和雜質(zhì)?？杉尤脞伝蚱渌麺C碳化物形成劑以增強(qiáng)合金的熱穩(wěn)定性。
【專利說明】耐受酸和堿的具有臨界鉻和銅含量的N1-Cr-Mo-Cu合金
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及非鐵的合金組合物，且更具體涉及鎳-鉻-鑰-銅合金，所述合金提供了耐受93°C的70%硫酸和耐受121°C的50%氫氧化鈉的有用組合。
【背景技術(shù)】
[0002]在廢物管理領(lǐng)域中，存在對(duì)耐受熱的強(qiáng)酸和熱的強(qiáng)苛性堿的金屬材料的需求。這是因?yàn)檫@些化學(xué)物質(zhì)用來彼此中和，從而生成更穩(wěn)定且危險(xiǎn)性較小的化合物。在工業(yè)中使用的酸中，硫酸就生產(chǎn)量而言是最重要的。在苛性堿中，氫氧化鈉(苛性鈉)是最常用的。
[0003]某些鎳合金非常耐受強(qiáng)的熱硫酸。其它非常耐受熱的強(qiáng)氫氧化鈉。但是，沒有合金對(duì)這兩種化學(xué)物質(zhì)均具有足夠的耐受性。
[0004]通常，使用具有高合金含量的鎳合金來耐受硫酸和其它強(qiáng)酸，耐受性最大的是鎳-鑰合金和鎳-鉻-鑰合金。
[0005]另一方面，純鎳(UNS N02200/Alloy200)或具有低合金含量的鎳合金最耐受氫氧化鈉。當(dāng)需要較高的強(qiáng)度時(shí)，使用鎳-銅合金和鎳-鉻合金。特別地，合金400(N1-Cu，UNSN04400)和合金600(N1-Cr，UNS N06600)對(duì)氫氧化鈉中的腐蝕具有良好的耐受性。
[0006]在探索本發(fā)明合金的過程中，使用了兩種關(guān)鍵的環(huán)境，即93°C (200° F)的70重量％硫酸和121°C (250° F)的50重量％氫氧化鈉。眾所周知70重量％的硫酸對(duì)金屬材料非常腐蝕，并且這是因?yàn)殛帢O反應(yīng)中的變化(從還原到氧化)從而很多材料(包括鎳-銅合金)的耐受性失效的濃度。50重量％的氫氧化鈉是工業(yè)中最廣泛使用的濃度。在氫氧化鈉的情形中使用較高的溫度以增加內(nèi)部侵蝕(鎳合金在這種化學(xué)物質(zhì)中劣化的主要形式)，因此增加在隨后的橫切和金相檢驗(yàn)期間的測(cè)量的精度。
[0007]在美國(guó)專利US6, 764,646中，Crook等人描述了耐受硫酸和濕法磷酸的鎳-鉻-鑰-銅合金。這些合金需要1.6-2.9重量％范圍內(nèi)的銅，這低于為耐受93°C的70%硫酸和121°C的50%氫氧化鈉所需的水平。
[0008]Crook的美國(guó)專利US6, 280, 540公開了含銅的鎳-鉻-鑰合金，該合金已經(jīng)被商品化為C-2000?合金并且對(duì)應(yīng)于UNS06200。這些合金含有比本發(fā)明合金更高的鑰含量和更低的鉻含量，并且缺少上述腐蝕特性。
[0009]Nishiyama等人的美國(guó)專利US6,623,869描述了用于在高溫下金屬粉化(dust ing)使用的鎳-鉻-銅合金，其最大銅含量為3重量％。這低于為耐受93°C的70%硫酸和121°C的50%氫氧化鈉所需的范圍。更近期的Nishiyama等人的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(Us2008/0279716和US2010/0034690)描述了用于耐受金屬粉化和滲碳的另外合金。US2008/0279716的合金與本發(fā)明合金的不同之處在于它們具有不超過3 %的鑰限制。US2010/0034690的合金為不同的類別，是鐵基的而非鎳基的，具有2.5%或更少的鑰含量。Ueyama等人的美國(guó)專利申請(qǐng)公開US2011/0236252披露了耐受還原性鹽酸和硫酸的鎳-鉻-鑰-銅合金。這些合金中對(duì)于鉻給定的范圍是20-30%并且對(duì)于銅的給定范圍是2-5% ;然而，該專利中給出的發(fā)明合金實(shí)施例含有至多23%的鉻以及至多3.06%的銅，這低于耐受93°C的70%硫酸和121°C的50%氫氧化鈉所需的水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的主要目的是提供能夠被加工成形變產(chǎn)品(片材、板材、棒材等)的合金，所述合金表現(xiàn)出對(duì)93°c (200° F)的70%硫酸的耐受性和對(duì)121°C (250° F)的50%氫氧化鈉的耐受性的有用且難以捉摸(elusive)的組合。使用以下合金出乎預(yù)料地實(shí)現(xiàn)了這些非常期望的性能:鎳基，介于27%和33重量％之間的鉻，介于4.9%和7.8重量％之間的鑰，以及介于3.1重量％和6.0重量％之間的銅，條件是如果鉻低于30重量％，則銅必須至少為4.7重量％。對(duì)于介于30重量％和33重量％之間的鉻含量，銅的全部范圍(3.1-6.0重量％ )提供了這些非常期望的性質(zhì)，
[0011]為了能夠在熔煉過程期間去除氧和硫，此類合金通常含有少量的鋁和錳(在鎳-鉻-鑰合金中分別至多約0.5重量％和1.0重量％ )，以及可能含有痕量的鎂和稀土元素(至多約0.05重量％ )。在我們的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)介于0.1重量％與0.5重量％之間的鋁含量以及介于0.3重量％與1.0重量％之間的猛含量導(dǎo)致成功的合金。
[0012]由于來自在相同爐中熔煉的其它鎳合金的污染，鐵是此類合金中的最可能的雜質(zhì)，并且2.0至3.0重量％的最大值對(duì)于不需要鐵添加的那些鎳-鉻-鑰合金而言是典型的。在我們的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)至多3.0重量％的鐵含量是可接受的。
[0013]由于爐污染和進(jìn)料中的雜質(zhì)，此類合金中也可能有其它金屬雜質(zhì)。本發(fā)明的合金應(yīng)當(dāng)能夠容許在鎳-鉻-鑰合金中常見水平的這些雜質(zhì)。此外，這種高鉻含量的合金不能在不吸收一些氮的情況下進(jìn)行空氣熔煉。因此，在高鉻的鎳合金中通常容許這種元素的最大值為至多0.13重量％。
[0014]就碳含量而言，在我們的實(shí)驗(yàn)中成功的合金包含介于0.01重量％與0.11重量％之間。出乎意料地，具有0.002重量％碳含量的合金G不能被加工成形變產(chǎn)品。因此，0.01%至0.11重量％的碳范圍是優(yōu)選的。
[0015]就硅而言，0.1至0.8重量％的范圍是優(yōu)選的，基于在該范圍每個(gè)端點(diǎn)處的水平提供令人滿意性能的事實(shí)。
[0016]能夠通過促進(jìn)非常穩(wěn)定的MC碳化物的形成來改善這些合金在高溫下的顯微組織穩(wěn)定性。
【具體實(shí)施方式】
[0017]探索以上限定的組成范圍涉及對(duì)寬廣范圍的具有變化的鉻、鑰、和銅含量的鎳基組成的研究。表1中示出這些組成。為了比較，表1中包括用來耐受70%硫酸或50%氫氧化鈉的商品合金的組成。
[0018] 表1:實(shí)驗(yàn)合金和商品合金的組成
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種鎳-鉻-鑰-銅合金，所述合金耐受硫酸且在93°c的70%硫酸中具有小于.0.45mm/y的腐蝕速率，以及耐受氫氧化鈉并且在121°C的50%氫氧化鈉中具有對(duì)應(yīng)于小于.0.45mm/y的腐蝕速率的最大內(nèi)部侵蝕，所述合金基本上由以下組成: 27-33重量％的鉻 .4.9-7.8重量％的鑰 當(dāng)鉻介于30重量％和33重量％之間時(shí)3.1-6.0重量％的銅，或者當(dāng)鉻介于27重量％ 和29.9重量％之間時(shí)4.7-6.0重量％的銅 至多3.0重量％的鐵 .0.3-1.0重量％的錳 .0.1-0.5重量％的鋁 .0.1-0.8重量％的硅 .0.01-0.11重量％的碳 至多0.13重量％的氮 至多0.05重量％的鎂 至多0.05重量％的稀土元素 至多0.56重量％的鈦 至多1.12重量％的鈮 至多2.24重量％的鉭 至多2.24重量％的鉿 余量的鎳和雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金,其中所述合金為選自片材、板材、棒材、線材、管材、管件和鍛件中的形變形式。
3.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，其中所述合金為鑄造形式。
4.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，其中所述合金為粉末冶金形式。
5.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，所述合金基本上由下列組成: 30-33重量％的鉻 .5.0-6.2重量％的鑰 . 3.5-4.0重量％的銅 至多1.5重量％的鐵 . 0.3-0.7重量％的錳 .0.1-0.4重量％的鋁 .0.1-0.6重量％的娃 .0.02-0.10重量％的碳。
6.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，所述合金基本上由下列組成: 31重量％的鉻 .5.6重量％的鑰 .3.8重量％的銅 .1.0重量％的鐵 .0.5重量％的錳. 0.4重量％的硅 .0.3重量％的鋁 . 0.03-0.07重量％的碳 余量的鎳、氮、雜質(zhì)，以及痕量的鎂。
7.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，所述合金基本上由下列組成: . 31重量％的鉻 . 5.6重量％的鑰 . 3.8重量％的銅 . 1.0重量％的鐵 .0.5重量％的錳 .0.4重量％的硅. 0.3重量％的鋁 . 0.03-0.07重量％的碳 余量的鎳、氮、雜質(zhì)，以及痕量的鎂及痕量的稀土元素。
8.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，其中所述合金含有至少一種MC碳化物形成劑。
9.如權(quán)利要求8所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，其中所述MC碳化物形成劑選自由鈦、鈮、鉭和鉿構(gòu)成的組。
10.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，其中所述合金含有0.20至0.56重量％的鈦。
11.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，其中所述合金含有0.30至1.12重量％的鈮。
12.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，其中所述合金含有0.60至2.24重量％的鉭。
13.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，其中所述合金含有0.60至2.24重量％的鉿。
14.如權(quán)利要求1所述的鎳-鉻-鑰-銅合金，其中所述雜質(zhì)選自鈷、鎢、硫、磷、氧和鈣。
【文檔編號(hào)】C22C19/05GK103882264SQ201310534068
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月19日
【發(fā)明者】P·克魯克, V·P·迪奧黛詩馬克 申請(qǐng)人:海恩斯國(guó)際公司