[其他]镍基耐蚀合金

说明书

本发明属于镍基合金。主要适用于沸腾氢氟酸液、气相和湿氯、湿氟以及盐酸和硫酸等苛刻的腐蚀环境。

氟化氢是一种腐蚀性极强的化学介质，它对材料的腐蚀取决于其存在的状态。在气体氟化氢、无水氟化氢和氢氟酸三种状态中，氢氟酸腐蚀最严重。由于氢氟酸的化学特性，使它在核燃料生产和有机氟及氟塑料生产中是一种必不可少的工艺介质。氢氟酸极强的腐蚀性，使之与其相接触的工艺装备或零部件遭到严重的腐蚀，往往迫使某些与氢氟酸腐蚀相关的新工艺中断或无法实施。

当前，适用于氢氟酸中的金属材料有Monel合金和HastelloyC合金、HastelloyC-276和HastelloyC-4合金，它们均为典型的Ni-Cr-Mo合金。该系列合金从第一代开始至今虽有40多年的历史，但在氢氟酸中仍必须限制在50℃以下使用，在沸腾温度下，几乎完全溶解（《AEC，ICP-1053》1975，《ProcessIndustrierCorrosion》1975，《Corrosion/77》1977，No80）。这些合金的化学成分如表1。

表1现有技术中相近合金的化学成分（重量%）

Monel合金是一种在氢氟酸中广泛使用的金属材料。长期使用结果表明，此合金的耐蚀性随介质中含氧量或氧化介质的增加而恶化，尤其在含空气的汽相中耐蚀性急剧下降。因此，也不是一种理想的抗氢氟酸材料（AECBMI-268，BMI-1237）。

本发明的目的是提供一种在沸腾氢氟酸液和汽相中均具有优异耐蚀性的新合金。

本发明是在Ni-Cr-Mo系合金的基础上，加入适量的铜。铜的作用在于改变合金的电化学特性，并在合金表面形成富铜层，从而大大地提高了抗氢氟酸腐蚀的性能。

本发明镍基耐蚀合金的具体化学成分（重量%）如下：C≤0.02%，Si≤0.1%，Mn≤0.5%，S≤0.015%，P≤0.02%，14.0～16.5%Cr，15.0～18.0%Mo，0～4.0%W，0.2～0.6%Cu，Fe≤2.0%，余为Ni。

本发明可采用非真空或真空感应炉进行冶炼，冶炼过程要加强脱氧。锻造开坯温度为1150～1200℃，热轧温度可稍许提高。成品热处理制度的加热温度大于1080℃，水冷。合金的生产工艺稳定，加工性能良好。

本发明与Monel合金、HastelloyC-4合金的性能对比如表2、表3。

表2室温力学性能

表3均匀腐蚀性能

氢氟酸浓度对合金耐蚀性的影响如附图。

附图表示了在沸腾温度下氢氟酸浓度对本发明和Monel合金耐蚀性的影响。横轴为氢氟酸浓度（%），纵轴为腐蚀率（g/m²·h），图中1为本发明，2为Monel合金。

由均匀腐蚀性能看出，无论在任何介质条件下，本发明的均匀腐蚀率均比HastelloyC-4和Monel合金低得多，即远优于后两者的耐氢氟酸腐蚀性能，特别是在沸腾氢氟酸中，本发明的耐蚀性与HastelloyC-4和HastelloyC-276相比提高了100倍，且在液相和汽相中具有一致的耐蚀性;在沸腾的30%氢氟酸和汽相中，本发明的耐蚀性较Monel合金分别提高了10倍和20倍。

由附图看出，在沸腾的氢氟酸介质中，本发明的耐蚀性基本上不随该酸浓度的变化而改变，而Monel合金却在30%氢氟酸中出现了腐蚀率的高峰值。

本发明的可焊性良好，采用与母材同成分的焊接材料可得到满意的焊接结果，其焊接接头性能相当于母材性能。

实施例

按照本发明所设定的化学成分范围，在真空感应炉和非真空感应炉上冶炼8炉钢，每炉钢的具体化学成分如表4。炉料经锻造后进行固溶处理，并测试其室温力学性能（表5）。各炉试料在沸腾40%氢氟酸中进行腐蚀试验，其结果如表6所示。

采用第5、6、7、8炉号试料所制成的生产氢氟酸的转炉和淋洗塔塔板，已成功地连续运行五年，情况良好，仍在继续使用，预计寿命可达15～20年，比原用材料（Monel合金等）的寿命提高了10～40倍。

表4本发明实施化学成分

表5实例的室温力学性能

表6实施例在沸腾40%氢氟酸中的腐蚀率