專利名稱：一種耐熱濃鹽酸腐蝕的合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐蝕合金，特別提供了一種耐熱濃鹽酸腐蝕的合金。
一般Cr18Ni9型不銹鋼即使是在很稀的鹽酸中也不能純化，因而腐蝕速率很高。當(dāng)不銹鋼中加入2～3％的鉬時(shí)可以促進(jìn)不銹鋼在稀鹽酸，室溫條件下的鈍化，例如在2％HCl 40℃或0.5％ 70℃時(shí)316不銹鋼的年腐蝕速率為1.15mm/year，超過(guò)這一濃度極限后，則強(qiáng)烈腐蝕。鎳基合金在鹽酸中的耐腐蝕性較普通的18-8型或316L型不銹鋼有所提高，但在稍高溫度或濃度下的腐蝕速率也會(huì)急驟升高。例如Incoloy800合金在65℃時(shí)，15％HCl中的年腐蝕速率為4～5mm/year，Incoloy825合金較Incoloy800合金中增加了Ni含量，并加入3％Mo和1.75％的Cu，使合金在65℃時(shí)15％HCl中的年腐蝕速率有所下降，為2.5mm/year，但仍未達(dá)到可以在該濃度溫度范圍內(nèi)可以用于耐蝕零部件的要求。Ni-Cr-Mo型合金和Ni-Mo型合金(Hastelloy合金)在鹽酸環(huán)境中，有較好的耐腐蝕性。在純還原性的鹽酸介質(zhì)中，HastelloyB在沸點(diǎn)線以下各濃度的鹽酸中均可使用，具有優(yōu)良的耐腐蝕，Hastelloy B2和Hastelloy B3是美國(guó)Hayns公司對(duì)HastelloyB的改進(jìn)牌號(hào)，即超低碳型和超純型的Ni-Mo合金，由于含碳量的降低及有害元素含量的減少，使碳化物析出的可能性減小，并使陽(yáng)極質(zhì)點(diǎn)減小，材料的全面耐腐蝕性能及抗晶間腐蝕性能有所改善，HastelloyC、HastelloyC-276、HastelloyC-22、HastelloyC4，由于其含Mo量較HastelloyB低，因此在純還原性鹽酸中的耐腐蝕性較HastelloyB差，但卻顯著好于其它鎳基合金，例如在65℃，15％鹽酸HastelloyC的年腐蝕速率為0.8mm/year，可以認(rèn)為在鹽酸中Cr-Ni-Mo型合金的抗腐蝕性，依次為HastelloyC4＞HastelloyC22＞HastelloyC-276＞HastelloyC，當(dāng)鹽酸中含有氧氣、三價(jià)鐵離子等，如以后實(shí)例一飽合氯氣的鹽酸介質(zhì)，會(huì)顯著加速HastelloyB、HastelloyB2合金的腐蝕速率，實(shí)例一的工況條件下，HastelloyB 5mm厚的掛片試驗(yàn)，一星期內(nèi)全部腐蝕掉，其年腐蝕速率無(wú)法計(jì)算，對(duì)于HastelloyC類的合金，由于其中含有一定數(shù)量的Cr，從而提高了合金的抗氧化能力，因而在含有氧氣、三價(jià)鐵離子的鹽酸中，HastelloyC類合金耐腐蝕能力好于HastelloyB類合金。綜上所述，在特殊的濃鹽酸環(huán)境中，以HastelloyB類合金和HastelloyC類合金的耐腐蝕性最好，而這兩類合金由于本身均為鎳基的，含有大量的Mo和其它合金元素Cr等，材料的價(jià)格也較為昂貴，但由于沒(méi)有更為便宜的材料的耐腐蝕性能與之媲美，HastelloyB類、HastelloyC類合金在工業(yè)中仍廣為采用。
本發(fā)明的目的在于提供一種耐熱濃鹽酸腐蝕的合金，其在濃鹽酸并且較高溫度條件下具有良好的耐腐蝕性，且工藝性好，成本低廉。
本發(fā)明提供了一種耐熱濃鹽酸腐蝕的合金，其特征在于合金成份如下(重量百分比)Cr22～24 Mo16～19Fe12～16 Cu1.0～2.2Zr0.2～1.0C≤0.06 Si≤0.2 Mn≤1.00S≤0.02 P≤0.02 Ni余量本發(fā)明中最好C≤0.02，Cu1.3～2.2。
鎳作為基體合金，與鐵基合金、銅基合金相比，鎳基合金的耐Cl-的侵蝕能力最佳，鐵基合金除硅鎳鐵和銅基合金中的鋁青銅、硅青銅在室溫時(shí)有一定的耐Cl-蝕性外，其余大多都不耐Cl-腐蝕，有的甚至析出氫氣。鈦基合金Ti-32Mo在鹽酸環(huán)境的良好表現(xiàn)，令從率耐蝕的專業(yè)人員齊聲稱道，但它的苛刻的冶煉設(shè)備要求及很差的加工工藝性又令材料制造者傷透腦筋，加之工業(yè)范圍Ti-32Mo的高造價(jià)也給其廣泛應(yīng)用帶來(lái)了很大困難。另有，目前在鹽酸介質(zhì)中廣泛使用的HastelloyB、HastelloyC等均為鎳基合金，因此本發(fā)明合金設(shè)計(jì)仍采用鎳作為基體材料。
鉬是為提高合金的耐還原性介質(zhì)腐蝕而加入的合金元素，對(duì)于鹽酸介質(zhì)，當(dāng)Mo≥16％wt時(shí)，其耐腐蝕性會(huì)有顯著的提高，但隨著Mo含量的增加，材料的加工工藝性隨之下降，成本也升高。
鉻則是為提高合金的耐還原性介質(zhì)中的氧化性物質(zhì)，如HClO、Fe3+等和高溫下的耐腐性而加入的合金元素。
硅對(duì)合金的耐還原性介質(zhì)腐蝕不利，盡量降低其含量，考慮到原材料的選擇及工藝因素，設(shè)計(jì)為≤0.1％。錳是耐蝕合金中的常存元素≤1.0％。硫是鎳基耐蝕合金中的有害元素，對(duì)材料的熱加工工藝性有影響，對(duì)一般的合金要求≤0.035，對(duì)高鎳，尤其是有耐腐蝕性要求的要≤0.02％。磷在不銹鋼耐蝕合金中晶界上偏聚，可導(dǎo)致晶間腐蝕，因此對(duì)合金成份要求設(shè)計(jì)P≤0.02％。
鐵是出于經(jīng)濟(jì)成本和綜合合金化耐腐蝕效果來(lái)考慮而加入的合金元素，當(dāng)合金中存在著Ni、Cr、Fe、Mo時(shí)，形成固溶體后其耐腐蝕性不再是以各種純金屬在某一介質(zhì)中的耐腐蝕性的簡(jiǎn)單組合，而是有著本質(zhì)的變化，實(shí)驗(yàn)表明在該合金中Fe量≤17％時(shí)，耐鹽酸年腐蝕速率仍在可以使用的范圍內(nèi)，按照該合金設(shè)計(jì)的思想，在能滿足耐腐蝕要求的前提下，以加工工藝性和材料成本綜合考慮，因此加入適量的Fe作為基體固溶合金元素之一。
碳在耐蝕合金中的作用是盡人皆知的，微量的碳有利于臭氏體的形成，碳的增加還對(duì)合金的強(qiáng)度有很大的貢獻(xiàn)，但在提高合金的抗腐蝕性方面碳的作用卻是負(fù)面的，如碳的增加促使含鉻耐蝕合金晶界出析出M23C6型碳化物，隨著碳含量的再增高晶粒內(nèi)還有可能析出其它類型的碳化物，導(dǎo)致合金的耐腐蝕能力下降，晶界處析出的M21C6也是導(dǎo)致合金有晶間腐蝕傾向的原因。在耐蝕合金的設(shè)計(jì)中，人們往往根據(jù)當(dāng)時(shí)的工業(yè)冶金技術(shù)，盡可能的降低碳含量，近年來(lái)，許多的先進(jìn)的冶煉工業(yè)技術(shù)和設(shè)備的采用，使得可以工業(yè)化實(shí)現(xiàn)碳含量≤0.02％，但對(duì)于低成本的非真空冶煉，仍不能達(dá)到碳含量≤0.02％，因此，在合金設(shè)計(jì)時(shí)還有兩個(gè)范圍。
另外，鋯的加入可改善合金的抗高溫氧化的能力，氧化鋯也是最為穩(wěn)定的氧化物之一，常用于高溫表面的涂層材料，在以往耐蝕合金中由于冶煉工藝的局限性，加入Ti、Nb、Zr等常常形成碳化物，除了碳的降低可適當(dāng)改善合金的耐晶間腐蝕能力外，對(duì)耐特殊環(huán)境的腐蝕并沒(méi)有非常大的貢獻(xiàn)，因此，人們也常常選用Ti或Nb，而不采用價(jià)格較貴的Zr，但對(duì)于超低碳的Ni基耐蝕合金，Zr的加入有利于合金在還原性介質(zhì)中的鈍化，因此對(duì)特殊環(huán)境中的新型合金，設(shè)計(jì)Zr 0.2～1.0％。
實(shí)驗(yàn)表明，Cu加入Ni-Cr-Mo-Fe合金在純鹽酸環(huán)境及含氣氛鹽酸環(huán)境中的年腐蝕速率都有大幅下降，但Cu的加入也可能對(duì)材料的加工性及熱處理等帶來(lái)不利的影響，如當(dāng)在Ni-Cr-Mo-Fe合金中Cu含量＞3％時(shí)，晶界附近高溫加工時(shí)，可能出現(xiàn)游離Cu，導(dǎo)致鍛造開裂，而且在鑄造合金中的游離Cu也是陽(yáng)極質(zhì)點(diǎn)晶界成為腐蝕區(qū)域，所以加入適量的銅，以提高材料在鹽酸環(huán)境中的耐腐蝕性，這也是與以往合金設(shè)計(jì)的最本質(zhì)差別之一。
下面通過(guò)實(shí)施例詳述本發(fā)明。
實(shí)施例母合金的冶煉在真空感應(yīng)爐中完成，原料采用金屬鉻、電解鎳、金屬鉬、電解銅、純鐵、海棉鋯。
真空感應(yīng)冶煉的目的是為獲得最低的氣體含量和有害雜質(zhì)元素，以使合金在凝固后的陰極質(zhì)點(diǎn)減少，提高全面耐腐蝕性能。
由于該合金碳含量很低，且沒(méi)有其它脫氧合金元素，因此在熔煉終期必需使用完全反應(yīng)型脫氧劑。
權(quán)利要求
1.一種耐熱濃鹽酸腐蝕的合金，其特征在于合金成份如下(重量百分比)Cr22～24Mo16～19 Fe12～16 Cu1.0～2.2Zr0.2～1.0 C≤0.06 Si≤0.2 Mn≤1.00S≤0.02 P≤0.02 Ni余量
2.按照權(quán)利要求1所述耐熱濃鹽酸腐蝕的合金，其特征在于C≤0.02，Cu1.3～2.2。
全文摘要
一種耐熱濃鹽酸腐蝕的合金,其特征在于合金成份如下(重量百分比):Cr22～24,Mo16～19,Fe12～16,Cu1.0～2.2,Zr0.2～1.0,C≤0.06,Si≤0.2,Mn≤1.00,S≤0.02,P≤0.02,Ni余量。本發(fā)明在濃鹽酸并且較高溫度條件下具有良好的耐腐蝕性,且工藝性好,成本低廉。
文檔編號(hào)C22C19/05GK1240835SQ9911306
公開日2000年1月12日 申請(qǐng)日期1999年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月30日
發(fā)明者孔凡亞, 楊柯, 蘇國(guó)躍, 欒永萍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所