專利名稱：一種鐵鉻鎳耐蝕高合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高合金領域，具體地說就是提供了一種耐硫酸及硫酸根腐蝕的鐵鉻鎳基高合金。
在化工、化肥、制藥等工業(yè)領域，硫酸的用處很廣，生產設備的腐蝕就成為一個很棘手的問題，常溫情況下，通常采用高硅鑄鐵或低碳鋼，但是在高溫環(huán)境下，如生產工業(yè)硫酸鋁時所用的蒸發(fā)器，制藥廠所用的硫酸反應釜，則必須采用較為特殊的材料。目前所使用的耐高溫硫酸腐蝕材料有如下四種(1)鉛材或搪鉛材料，優(yōu)點是加工成型方便、價格便宜。但是此種材料有毒、污染環(huán)境、損害工人身體健康，影響產品質量且使用壽命不長;(2)鈦鉬、鈦鉭合金使用壽命較長，但價格昂貴;(3)鎳基合金在60%H2SO4以下濃度，沸騰溫度區(qū)可長期使用，加工容易，但也存在價格偏高的缺點;(4)鐵鉻鎳基合金，如美國合金Carpent-20cd-3，其成份為C≤0.07;Cr23，Ni38，Mo3.5，Cu3.5，Nb0.6，蘇聯(lián)的2u943合金，成份為C≤0.06，Cr29，Ni25，Mo3.0，Cu3.5，Ti，適合于在80℃以下溫度區(qū)各種濃度硫酸中使用，具有加工方便，價格比鎳基合金、鈦合金低廉的優(yōu)點。但此種合金的腐蝕方式非均勻減薄，有局部腐蝕加重的現(xiàn)象出現(xiàn)，高溫高濃度硫酸環(huán)境下長期使用后出現(xiàn)蟲蝕斑，因而耐腐蝕性能仍不能另人滿意，另外此種合金在硫酸濃度為70%左右時出現(xiàn)腐蝕高峰，使用環(huán)境受到限制。并且此種合金的合金化程度仍然很高，成本不是很低。
本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫腐蝕性能更為優(yōu)異，使用溫度范圍更寬且成本更低的鐵鉻鎳基高溫合金。
本發(fā)明的主要內容是合金的成份設計如下(重量百分比，以下均同)CCrNiMoSiCuNbSPFe≤0.02 17/22 31/36 2.5/4.5 2.0/3.0 3.0/4.0 0.4/0.6 ≤0.004余量其最佳成份范圍在CCrNiMoSiCuNbSPFe≤0.01 18/21 32/35 3.5/4.5 3.0/4.0 2.0/3.0 0.4/0.6 ≤0.004余量本發(fā)明的主要特點是l、C、S、P的含量均控制得很低，合金中夾雜物極少幾乎沒有第二相粒子，減少了因夾雜物而產生的電位腐蝕，因而合金在腐蝕過程中是均勻減薄的;2、合金中加入了少量的Si，Si在Fe-Cr-Nl合金中可顯著地提高抗點腐蝕能力，鈍化膜中富Si可提高鈍化性，因SiO2膜幾乎不溶解于酸，Si還能阻止鋼的吸氫反應，從而對抗硫酸腐蝕有相當好的作用。另外Si還可以大幅度地提高合金的抗高溫氧化能力。但是Si的加入量不能高于3%，否則會增加變形阻力，形成加工困難，而低于2%時對抗晶界腐蝕不利;3、本合金的合金化程度相對2k043和Corpent-2ocb-3為低，因而成本也較低。下面詳述各種合金元素在本合金中的作用。鎳是奧氏體區(qū)形成元素，可以獲得單一的奧氏體組織，具有非常好的加工性能，焊接性能，并且Ni是熱力學上穩(wěn)定的金屬，合金中加入鎳抗硫酸腐蝕效果好，鎳含量為34%時，抗硫酸腐蝕效果最佳，更多加入效果不甚明顯，由于Ni屬于貴或半貴金屬，為了降低成本，本發(fā)明將鎳的含量限制在31-36%之間。Cr為熱力學上不穩(wěn)定的元素，但其具有雙重性，既非?；顫?，又極易鈍化，其鈍化膜CrO2致密度高，化學穩(wěn)定性好，在水和酸中極難溶解，Cr在合金中的含量有一定限度，只有含量高于12%時，其鈍化膜才具有致密的尖晶石結構，19%以上具有非晶態(tài)結構，但是含量高于28%時，會出現(xiàn)σ相使合金的加工性能變壞，因而在本合金中，把Cr的含量控制在17～22%之間。Cu和Mo的同時加入可以有效地抑制鈍化膜還原溶解，提高抗硫酸腐蝕能力，Cu的量低于3%時對性能的提高沒有作用，高于4%時由于在合金中難于溶解，又會造成熱加工困難，因而Cu的含量應限制在3～4%為宜。另外，Mo也可以提高鋼的抗全面腐蝕和局部腐蝕能力，但是Mo的量不宜加得過多，否則會造成加工困難，成材率低，成本提高，Mo的含量應限制在2.5～4.5%為宜。Nb是活性相當強的元素，也具有雙重性，鈍化速度極快，在本合金中Nb的作用除優(yōu)先生成Nb的C化物，減少有害相Cr的C化物生成外，更為重要的是Nb對合金化的貢獻。本合金為全奧氏體組織，晶內成份分布均勻，晶界處鑄態(tài)合金較變形態(tài)合金有些偏析，但并未對耐腐蝕性能產生有害影響。其耐硫酸腐蝕的機理是眾多結構的鈍化膜，Cr2O3，Cr3O4，MoSl2，Cu15Sl4，F(xiàn)eCr2O3，CuO.FeO3，F(xiàn)eO Cr2O3，NiO.Cr2O3，NiO.Fe2O3，這些膜有的是尖晶石型的，有的是非晶態(tài)型的，非常致密且穩(wěn)定使得本合金具有優(yōu)良的抗高溫硫酸腐蝕性能。本合金在120℃溫度以下，各種濃度硫酸液中年腐蝕率可控制在0.4mm/年以下，在40%以下濃度硫酸液中，溫度范圍可提高到141℃。另外，本合金還具有優(yōu)良的力學性能和熱傳導性。下面詳述實施例。
實施例1、2、3按配伍好的成份，將工業(yè)純鐵，Ni，Si先投入真空感應爐中進行熔煉，待基本熔化后，加入Cr，MoNb，得成份分別如表1中的1、2、3號合金。其力學性能，熱傳導性能及耐腐蝕抗氧化性能如表2、3、4、5所示。
表1合金成份CCrNiMoSiCuNbSPFe10.0120344.04.03.00.6≤0.004余量20.00517312.52.02.00.4≤0.004余量30.00221354.54.03.00.6≤0.004余量表2力學性能σb(N/mm2)T(℃)1232006456246544005915816016004263994328002152132259001021081121.2.3號合金在600℃,196MPa應力作用下均持續(xù) 年未斷。
表3導熱系數(shù)T(℃)λ1232500.04010.0400.04013000.04220.04210.04024000.04530.04520.04605000.04850.04836000.05270.05030.04897000.05690.05340.04898000.06010.05670.06029000.06030.05950.0611
表4耐硫酸腐蝕率(mm/年)H2So4濃度(%) 溫度(℃) 1 2 310800.02440.2150.2851000.0900.0850.115沸騰0.2180.2080.28820800.0600.0550.0901000.1050.1000.185沸騰0.2410.2370.29030800.0060.0040.0101000.1390.1300.161沸騰0.0210.0210.03540800.0010.0010.0111000.1700.1650.218沸騰0.2000.2050.31450800.0280.0260.0391000.2450.2400.275沸騰0.0810.0860.15760800.0060.0060.0161000.3050.3000.365沸騰5.9096.0096.32170800.0600.0600.0801000.1900.1800.211沸騰6.5396.7307.53480800.6060.0060.0161000.0870.0870.120沸騰11.22511.88514.355Al2(SO4)3100 0.0035 0.0035 0.0045
表5抗氧化性能在1000℃情況下時間(h)增重12324-0.00020890.00020910.0002090720.00034150.00034250.0003417960.00085350.000850.00085411200.00086480.00086570.00086461480.00159560.00160060.0015960三種合金在100℃ Al2(SO4)3溶液，196MPa作用下，2640小時后未見腐蝕。
在100℃ 10%H2SO4，196MPa作用下，2640小時也未見宏觀腐蝕。
總之，本合金中所用貴金屬較少，成本低于同類型合金，更低于鎳基合金，耐硫酸腐蝕及抗硫酸根腐蝕都大大強于后者，且有較好的導熱性，抗高溫氧化及應力腐蝕性能，特別適合于化工，制藥等行業(yè)的需要。
權利要求
1.一種鐵鉻鎳基耐蝕高合金，其特征在于，合金的成份范圍如下C Cr Ni Mo Si Cu Nb SP Fe≤0.02 17/22 31/36 2.5/4.5 2.0/3.0 3.0/4.0 0.4/0.6 ≤0.004 余量
2.按權利要求1所述鐵鉻鎳基高合金，其特征在于最佳成份范圍如下C Cr Ni Mo Si Cu Nb SP Fe≤0.01 18/21 32/35 3.5/4.5 2.0/3.0 3.0/4.0 0.4/0.6 ≤0.004余量
全文摘要
本發(fā)明涉及高合金領域，具體地說就是提供了一種耐高溫硫酸及硫酸根腐蝕的鐵鉻鎳基高合金，其成分為C Cr Ni Mo Si≤0.02 17/22 31/36 2.5/4.5 2.0/3.0Cu Nb S.P Fe3.0/4.0 0.4/0.6 ≤0.004 余量本合金成本低于同類型及鎳基合金，由于低C、S、P另外加入Si使其耐硫酸腐蝕及抗硫酸鋁腐蝕都大大強于后者。且有較好的導熱性及抗高溫氧化，應力腐蝕性，適合于化工、制藥產業(yè)的需要，特別適用于工業(yè)化生產Al
文檔編號C22C38/48GK1075987SQ9210606
公開日1993年9月8日 申請日期1992年2月25日 優(yōu)先權日1992年2月25日
發(fā)明者白元凱, 黃榮芳, 廖向群 申請人:中國科學院金屬研究所