[发明专利]耐受酸和碱的镍-铬-钼-铜合金

说明书

技术领域

本发明总体上涉及非铁的合金组合物，且更具体涉及镍-铬-钼-铜合金，所述合金提供了耐受93℃的70％硫酸和耐受121℃的50％氢氧化钠的有用组合。

背景技术

在废物管理领域中，存在对耐受热的强酸和热的强苛性碱的金属材料的需求。这是因为这些化学物质用来彼此中和，从而生成更稳定且危险性较小的化合物。在工业中使用的酸中，硫酸就生产量而言是最重要的。在苛性碱中，氢氧化钠（苛性钠）是最常用的。

某些镍合金非常耐受强的热硫酸。其它非常耐受热的强氢氧化钠。但是，没有合金对这两种化学物质均具有足够的耐受性。

通常，使用具有高合金含量的镍合金来耐受硫酸和其它强酸，耐受性最大的是镍-钼合金和镍-铬-钼合金。

另一方面，纯镍（UNS N02200/Alloy200）或具有低合金含量的镍合金最耐受氢氧化钠。当需要较高的强度时，使用镍-铜合金和镍-铬合金。特别地，合金400（Ni-Cu,UNS N04400）和合金600（Ni-Cr,UNS N06600）对氢氧化钠中的腐蚀具有良好的耐受性。

在探索本发明合金的过程中，使用了两种关键的环境，即93℃（200℉）的70重量%硫酸和121℃（250℉）的50重量%氢氧化钠。众所周知70重量%的硫酸对金属材料非常腐蚀，并且这是因为阴极反应中的变化（从还原到氧化）从而很多材料（包括镍-铜合金）的耐受性失效的浓度。50重量%的氢氧化钠是工业中最广泛使用的浓度。在氢氧化钠的情形中使用较高的温度以增加内部侵蚀（镍合金在这种化学物质中劣化的主要形式），因此增加在随后的横切和金相检验期间的测量的精度。

在美国专利US6,764,646中，Crook等人描述了耐受硫酸和湿法磷酸的镍-铬-钼-铜合金。这些合金需要1.6-2.9重量%范围内的铜，这低于为耐受93℃的70%硫酸和121℃的50%氢氧化钠所需的水平。

Crook的美国专利US6,280,540公开了含铜的镍-铬-钼合金，该合金已经被商品化为合金并且对应于UNS06200。这些合金含有比本发明合金更高的钼含量和更低的铬含量，并且缺少上述腐蚀特性。

Nishiyama等人的美国专利US6,623,869描述了用于在高温下金属粉化（dusting）使用的镍-铬-铜合金，其最大铜含量为3重量%。这低于为耐受93℃的70%硫酸和121℃的50%氢氧化钠所需的范围。更近期的Nishiyama等人的美国专利申请公开（US2008/0279716和US2010/0034690）描述了用于耐受金属粉化和渗碳的另外合金。US2008/0279716的合金与本发明合金的不同之处在于它们具有不超过3％的钼限制。US2010/0034690的合金为不同的类别，是铁基的而非镍基的，具有2.5％或更少的钼含量。

发明内容

本发明的主要目的是提供能够被加工成形变产品（片材、板材、棒材等）的合金，所述合金表现出对93℃（200℉）的70％硫酸的耐受性和对121℃（250℉）的50％氢氧化钠的耐受性的有用且令人捉摸（elusive）的组合。使用以下合金出乎预料地实现了这些非常期望的性能：镍基，介于27%和33重量%之间的铬，介于4.9%和7.8重量%之间的钼，以及大于3.1重量%且至多6.0重量%的铜。

为了能够在熔炼过程期间去除氧和硫，此类合金通常含有少量的铝和锰（在镍-铬-钼合金中分别至多约0.5重量%和1.0重量%），以及可能含有痕量的镁和稀土元素（至多约0.05重量%）。在我们的实验中，发现介于0.1重量%与0.5重量%之间的铝含量以及介于0.3重量%与1.0重量%之间的锰含量导致成功的合金。

由于来自在相同炉中熔炼的其它镍合金的污染，铁是此类合金中的最可能的杂质，并且2.0至3.0重量%的最大值对于不需要铁添加的那些镍-铬-钼合金而言是典型的。在我们的实验中，发现至多3.0重量%的铁含量是可接受的。

由于炉污染和进料中的杂质，此类合金中也可能有其它金属杂质。本发明的合金应当能够容许在镍-铬-钼合金中常见水平的这些杂质。此外，这种高铬含量的合金不能在不吸收一些氮的情况下进行空气熔炼。因此，在高铬的镍合金中通常容许这种元素的最大值为至多0.13重量%。

就碳含量而言，在我们的实验中成功的合金包含介于0.01重量%与0.11重量%之间。出乎意料地，具有0.002重量%碳含量的合金G不能被加工成形变产品。因此，0.01%至0.11重量%的碳范围是优选的。