專利名稱：奧氏體鎳-鉬合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在溫度650-950℃范圍內(nèi)具有極好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的奧氏體鎳-鉬合金，還涉及該合金在必須具有高抗腐蝕性的，尤其是耐濃度和溫度范圍廣泛的鹽酸，硫酸和其它還原介質(zhì)腐蝕的結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用。
即使在相當(dāng)高的溫度下，金屬鉬對所謂還原介質(zhì)如鹽酸、硫酸和磷酸也具有異乎尋常的抗腐蝕性。盡管它在學(xué)術(shù)上是不正確的，但還原這一術(shù)語已廣泛地適用于上述腐蝕介質(zhì)，在該腐蝕介質(zhì)中，氫離子形成了唯一的氧化劑。這導(dǎo)致了由于較高的鉬含量在還原溶液中具有良好抗腐蝕性的鎳-鉬合金的研制(W.Z.Friend，CorrosionofNickelandNickel-BaseAlloys，JohnWiley&Sons，NewYork-Chichester-Brisbane-Toronte，1980，Pages248-291)。它們在還原性酸中的良好抗腐蝕性是基于在活性狀態(tài)中的低腐蝕速度，這是由于合金元素鉬的作用引起的。因此，Uhlig等人(J.Electrochem.Soc.Vol，110，(1963)650)當(dāng)時就能指出，根據(jù)在25℃的0.01N硫酸中的陽極極化作用，在鉬含量≥15%的鎳-鉬合金的腐蝕可能大大降低。在鹽酸中進(jìn)行試驗，更加明顯地顯示出鎳-鉬合金中鉬的積極作用。Flint(Metallurgica，Vol.62(373)，195November1960)給出了在不流通的5%的鹽酸(30℃)中恒電流陽極極化曲線記錄的說明，并指出，盡管鉬含量直到30%還會使耐腐蝕可能進(jìn)一步朝更高性能方向移動，但添加直到20%的鉬也顯示了相對最大的改進(jìn)。
已知鎳-鉬合金NiMo30和NiMo28(表1)是為獲得在還原狀態(tài)中具有極好抗腐蝕性的材料而研制出來的。為保證獲得最大的抗腐蝕性，這些合金通常以固溶退火和淬火狀態(tài)供料。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在焊接狀態(tài)下，尤其合金NiMo30容易在熱影響區(qū)域發(fā)生晶間腐蝕。通過碳和硅元素的最佳合金化，在1970年實現(xiàn)了可焊性的改進(jìn)(F.G.Hodge等人，“MaterialsPerformance”，Vol.15(1976)40-45)。同時，為了降低碳化物的沉淀速度，鐵含量被限制在盡可能最低的數(shù)值(Svistunova，“MolybdenuminNickel-BaseCorrosion-ResistantAlloys”，Soviet-Ame-ricanSymPosium，Moscow，17-18January1973)。然而，由于該材料有產(chǎn)生冷裂的傾向，因此無法解決在生產(chǎn)用于建造化工設(shè)備的大型部件中產(chǎn)生的各種問題。
本發(fā)明的目的在于制造一種抗腐蝕和可焊的鎳-鉬合金，該合金在要進(jìn)行的熱處理期間或焊接期間沒有延性極大降低乃至產(chǎn)生冷裂傾向。
這種問題是由含有以下成分(%重量)的奧氏體鎳-鉬合金解決的鉬26.0-30.0%鐵1.0-7.0%
鉻0.4-1.5%錳最多1.5%硅最多0.05%鈷最多2.5%磷最多0.04%硫最多0.01%鋁0.1-0.5%鎂最多0.1%銅最多1.0%碳最多0.01%氮最多0.01%剩余為鎳以及由于熔煉而造成的常規(guī)雜質(zhì)，間隙溶解元素(碳+氮)的總含量被限制在最大為0.015%，而元素(鋁+鎂)的總和被控制在0.15-0.40%范圍內(nèi)。
本發(fā)明的合金同列于表1的現(xiàn)有技術(shù)NiMo30和NiMo28合金之間的對比可明顯地看出，本發(fā)明合金以其0.1-0.5%的鋁含量和最多0.1%的鎂含量不同于現(xiàn)有技術(shù)合金，鋁和鎂二者的總含量必須被控制在0.15-0.40%。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，這就可使碳含量變成現(xiàn)有技術(shù)的一半，換言之，從以前的最大0.02%變成本發(fā)明合金的最大0.01%。這就允許取消鐵含量最高為2.0%的極限，按照現(xiàn)有技術(shù)在現(xiàn)有普通NiMo28合金中的通常作法那樣。這是因為僅僅由于碳含量低的結(jié)果，此時碳化物沉淀的趨勢是如此之低，以致由于現(xiàn)有技術(shù)合金中同時存在鐵，碳的加速作用就微不足道了。NiMo30合金中的鐵含量的上限采用7.0%，因為不這樣將會使抗腐蝕性極顯著地降低。本發(fā)明的合金也考慮采用該上限。此外，本發(fā)明合金要采用至少1.0%鐵含量的較低極限。這可以相當(dāng)大地防止延性降低，否則，在化工設(shè)備建造時(如焊接期間)的熱應(yīng)力狀態(tài)下就會發(fā)生延性降低，這就實際上可能避免在使用這種材料時擔(dān)心產(chǎn)生裂紋。
下面將根據(jù)實驗結(jié)果來說明本發(fā)明合金。將本發(fā)明三種具體合金A、B和C(表1)軋制成厚度為12mm的板材，進(jìn)行固溶退火，然后在水中急冷。接著在650-950℃之間的溫度范圍內(nèi)經(jīng)過0.1-8小時時效，通過對ISO-V試樣進(jìn)行缺口沖擊功試驗來測定其熱穩(wěn)定性，隨后同現(xiàn)有技術(shù)NiMo28合金的熱穩(wěn)定性對比。這種現(xiàn)有技術(shù)NiMo28合金的鐵含量低于1%，僅有0.11%，而本發(fā)明的三種具體合金(表2)的鐵含量分別為1.13%、1.75%和5.86%。
該結(jié)果示于表2。例如，以表2中的在700℃的時效影響為例，可以看出，現(xiàn)有技術(shù)NiMo28合金在0.1小時后的缺口沖擊功為225J，隨著時效時間增加在8小時后缺口沖擊功降低到38J。相反，本發(fā)明的A合金在700℃0.1小時后卻具有明顯較大的數(shù)值＞300J;甚至在1小時時效后，179J的數(shù)值仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過相應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)NiMo28合金的數(shù)值，僅在8小時后該數(shù)值降低到稍微低于后者在此時顯示的數(shù)值。同現(xiàn)有技術(shù)相比，延性的類似延遲降低適用于本發(fā)明B合金，而尤其是鐵含量為5.86%的C合金。
如果我們考慮到例如在800℃的時效影響，本發(fā)明合金的優(yōu)點就更為明顯。在這種情形下，現(xiàn)有技術(shù)NiMo28合金在0.1小時后的缺口沖擊功已經(jīng)僅為35J，而本發(fā)明的合金A和B的缺口沖擊功仍然超過200J。隨著時效時間逐漸增加，現(xiàn)有技術(shù)NiMo28合金在8小時后的缺口沖擊功減少到只有13J，而本發(fā)明的A、B和C合金此時的缺口沖擊功仍然為150J。
此外，表3示出了在700℃1小時時效后在拉伸試檢中測定的機(jī)械性能值。可以看出，甚至在這種熱應(yīng)力下，本發(fā)明的B合金在斷裂后伸長A5是24%，并在斷裂后面縮Z是26%。C合金也顯示出類似的良好結(jié)果。
本發(fā)明的C合金同現(xiàn)有技術(shù)NiMo28合金對比進(jìn)行抗腐蝕性試驗。所用試驗介質(zhì)例如是通常用于鎳-鉬合金的鹽酸溶液，以試驗它在實際應(yīng)用中的適用性。本發(fā)明的合金選擇5.86%的高鐵含量的具體C合金。結(jié)果示于表4，可以看出，當(dāng)按照在IronandSteelTestsheet(StahlEisen-Prüfblatt)(SEP)1877，ProcedureⅢ中規(guī)定的程序進(jìn)行晶間腐蝕(IC)試驗時，本發(fā)明的合金不出現(xiàn)晶間腐蝕(IC)。當(dāng)按照DuPont規(guī)范SW800M進(jìn)行試驗時，由于腐蝕從本發(fā)明合金失掉的重量小于NiMo28合金的最大允許量。甚至按照Lummus規(guī)范對焊接螺栓進(jìn)行試驗時(對于鎳-鉬合金也是常常要求的試驗)，本發(fā)明的合金也滿意地處于通常預(yù)期的范圍內(nèi)，即便使用5.86%高鐵含量的具體合金C。因此，連同本發(fā)明合金在熱應(yīng)力下的延性損失小，所以它也能被用于焊接構(gòu)件而無需熱后處理。
從而，在本發(fā)明合金中，在熱穩(wěn)定性方面所達(dá)到的優(yōu)點并不被任何抗腐蝕性方面的缺點所抵消。正相反，使用在上述情形中通常使用的試驗介質(zhì)，本發(fā)明合金的抗腐蝕性是極好的。
本發(fā)明合金的鉻含量為0.4-1.5%。因為這種水平的鉻含量也會減少本發(fā)明合金在熱應(yīng)力下的延性損失。
根據(jù)本發(fā)明添加一定量的鋁和鎂使本發(fā)明的合金脫氧，并在還原狀態(tài)下經(jīng)過有效的脫硫步驟，能使含硫量(通常已知它在鎳基合金中是有害的)同現(xiàn)有技術(shù)相比從以前的最大值0.03%進(jìn)一步被降低到0.01%。由于添加鋁和鎂，可使硅含量(已知硅能促進(jìn)碳化物在鎳基合金中的沉淀)從以前的最大值0.1%降低到本發(fā)明的最大值0.05%。為了改進(jìn)熱可成形性，除了限制碳含量外，還應(yīng)將氮含量限制在最大為0.01%，而碳和氮的總含量被限制在最大為0.015%。
在所規(guī)定的最大允許范圍內(nèi)元素鈷、錳、銅和磷并不影響本發(fā)明合金良好的材料性能。這些元素在熔煉期間可以分批加入。
本發(fā)明合金的特點在于良好的可焊性和抗腐蝕性。它在650-950℃溫度范圍內(nèi)具有極好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，適用于建造甚至由厚壁焊接構(gòu)件構(gòu)成的化工設(shè)備。

表2時效時間和時效溫度對示于表1中的各種合金的缺口棒材沖擊功(ISOV試樣)的影響 按照本發(fā)明的合金A-C
表4同材料NiMo28相比本發(fā)明合金C腐蝕性能試驗1.按照 SEP 1877 程序III試驗(10%鹽酸溶液,24小時,煮沸)表1材料晶間腐蝕破壞并且晶間腐蝕>50μmNiMo28無晶間腐蝕合金C(本發(fā)明)無晶間腐蝕2.按照 Dupont 規(guī)范 SW800M試驗(20%鹽酸溶液24小時,煮沸)表1材料重量損失(腐蝕率)NiMo28 ≤0.020英寸/月( 0.61mm/a)合金C(本發(fā)明) 0.018英寸/月( 0.55mm/a)3.按照 Lummus 規(guī)范試驗(焊接試樣,20%鹽酸,在149℃的高壓釜內(nèi)100小時)表1材料在WEZ內(nèi)晶間腐蝕重量損失NiMo28≤175μm無限定數(shù)值,典型的2-3mm/a合金C(本發(fā)明)90μm2.8mm/a
權(quán)利要求
1.一種奧氏體鎳-鉬合金，它在還原介質(zhì)中具有杰出的抗腐蝕性，并在650-950℃溫度范圍內(nèi)具有極好的熱穩(wěn)定性，其特征在于成分為(重量%)鉬 26.0-30.0%鐵 1.0-7.0%鉻 0.4-1.5%錳 最多1.5%硅 最多0.05%鈷 最多2.5%磷 最多0.04%硫 最多0.01%鋁 0.1-0.5%鎂 最多0.1%銅 最多1.0%碳 最多0.01%氮 最多0.01%其余為鎳以及由于熔煉而造成的常規(guī)雜質(zhì)、間隙熔解元素(碳+氮)的總含量被限制在最大為0.015%，元素(鋁+鎂)的總和被控制在0.15-0.40%范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體鎳-鉬合金，其特征在于，鐵含量被限制在2-7%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體鎳一鉬合金，其特征在于，鐵含量在2%和4%之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的一種奧氏體鎳-鉬合金，其特征在于，鉻含量為1.0-1.5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的鎳-鉬合金作為用于化工廠的結(jié)構(gòu)件材料的應(yīng)用，該結(jié)構(gòu)件要求特別抗還原介質(zhì)如鹽酸、氣態(tài)氯化氫、硫酸、醋酸和磷酸的腐蝕。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種奧氏體鎳-鉬合金，它在還原介質(zhì)中具有杰出的抗腐蝕性，在650—950℃溫度范圍內(nèi)具有極好的熱穩(wěn)定性。它作為材料特別適用于化工廠的要求特別抗還原介質(zhì)如鹽酸、氣態(tài)氯化氫、硫酸、醋酸和磷酸腐蝕的結(jié)構(gòu)件。
文檔編號C22C19/03GK1078267SQ9310353
公開日1993年11月10日 申請日期1993年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月2日
發(fā)明者M·科勒, U·霍伯那, J·布斯 申請人:克魯普德國聯(lián)合金屬制造有限公司