CN108456807B - 一种耐高温熔融烧碱腐蚀的镍材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐高温熔融烧碱腐蚀的镍材，其各组分的重量百分含量为：C≤0.01%；Si≤0.05%；Mn≤0.05%；S≤0.002%；P≤0.002%；Al：0.05~0.3%；Ti：0.05~0.5%；Mg：0.005~0.20%；Fe≤0.05%；B：0.002~0.008%；Cu≤0.01%；Pb、Bi、As、Sb、Cd、Sn单个值≤10ppm，总和≤50ppm；余量为Ni。该镍材可以解决化工领域尤其是制碱工业中镍材使用寿命较短的问题，其力学性能不低于N6镍材，且耐蚀性能更优，使用寿命大大增加，适用于对耐腐蚀性能提出较高要求的场合，可以广泛应用于石化、化工，尤其是制碱工业领域。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种耐高温熔融烧碱腐蚀的镍材。
背景技术
工业纯镍由于具有较好的热冷加工工艺性能、优异的耐蚀性、良好的导热性能，被广泛应用于各种石化、化工装备的制造，特别是高浓度烧碱及还原性介质中，具有其他材料难以比拟的优异的耐蚀性能，是最佳的候选材料之一。
纯镍作为耐碱腐蚀金属材料被广泛应用于制碱工业设备。有研究表明，镍在高温高浓度烧碱中的腐蚀速率并不大，比如：在178℃、50%NaOH溶液中腐蚀速率为0.005mm/a，在180℃、70%～75%NaOH溶液中腐蚀速率为0.006mm/a，在500℃的熔融NaOH中腐蚀速率不超过0.01mm/a。但在氯碱工业的实际生产过程中，镍材的腐蚀问题要严重得多。烧碱流动带来的冲蚀会使镍材表面已形成的钝化膜遭到破坏，从而加剧了腐蚀。设备在工作时，各种机械部件在腐蚀介质中运转，易产生空泡，空泡溃灭产生的脉冲应力与介质联合作用，产生的破坏性比各单个作用产生的破坏总和还大。另外，ClO3-作为一种氧化剂能够促进镍在碱液中的氧去极化腐蚀，而Cl-能够诱发孔蚀行为的发生。可见，在各种复杂因素的影响下，镍的腐蚀速率会进一步加剧，在一些特定环境中，镍材腐蚀相当严重，如在温度200～490℃、质量分数为74%～97%的隔膜法固碱大锅挂片镍的腐蚀速率达12.5mm/a，甚至有的降膜管的使用寿命仅有月余。目前，镍材的腐蚀问题一定程度上已成为影响制碱企业正常生产的重要制约，甚至影响了制碱工业的发展。目前，如何解决制碱工业用镍材的腐蚀问题，引起了从镍材设计生产商到设备制造商到制碱企业的极大重视。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高温熔融烧碱腐蚀的镍材，该镍材可以解决化工领域尤其是制碱工业中镍材使用寿命较短的问题，并且相对于国内N4、N6镍材，其力学性能不低于N6，且耐蚀性能更优，因此使用寿命大大增加，适用于对耐腐蚀性能提出较高要求的场合，可以广泛应用于石化、化工，尤其是制碱工业领域。
本发明的技术方案是：
一种耐高温熔融烧碱腐蚀的镍材，该镍材各组分的重量百分含量为：
C≤0.01%；Si≤0.05%；Mn≤0.05%；S≤0.002%；P≤0.002%；Al：0.05~0.3%；Ti：0.05~0.5%；Mg：0.005~0.20%；Fe≤0.05%；B：0.002~0.008%；Cu≤0.01%；Pb、Bi、As、Sb、Cd、Sn单个值≤10ppm，总和≤50ppm，余量为Ni。
较好的技术方案是耐高温熔融烧碱腐蚀的镍材各组分的重量百分含量为：
C≤0.005%；Si≤0.02%；Mn≤0.02%；S≤0.001%；P≤0.002%；Al：0.10~0.25%；Ti为0.10～0.25%；Mg：0.01~0.05%；Fe≤0.05%；B：0.002~0.005%；Cu≤0.005%；Pb、Bi、As、Sb、Cd、Sn单个值≤5ppm，总和≤30ppm；余量为Ni。
本发明所述镍材制备方法是，按上述耐高温熔融烧碱腐蚀的镍材的配比取各组分，采用中频炉或真空感应炉熔炼，浇注成铸锭或自耗电极棒。若继续重熔时，可采用电渣重溶或者真空自耗重熔。然后将真空铸锭或重熔锭在800～1100℃的温度下加热保温1～3小时，锻造成成品棒材、或棒坯、板坯。棒坯通过热挤压或热穿孔得到荒管，再经轧制和拉拔得到各种尺寸管材。板坯经过热轧或者热轧后冷轧，得到各种尺寸的板带材。棒材、管材或板带材在600～1000℃的温度下进行退火处理，测试合格后即得耐高温熔融烧碱腐蚀的镍材。
发明的积极效果
镍金属对碱性环境所表现的强耐腐蚀性使得它成功应用于苛性碱蒸发器管中，由于纯镍在制成各种管材、板材、棒材的工业生产中不可避免会引入各种元素，大部分元素对于纯镍来说，都是杂质，比如C、Si、Mn、S、P、Fe、Cu、Pb、Bi、As、Sb、Cd、Sn等，结合镍原料的材质特点和制备工艺过程的不可避免的污染程度，特别是C不利于抗应力腐蚀能力，Fe加剧了钝化膜的破坏，S、Pb、Bi、As、Sb、Cd、Sn等有害其热加工性能，应严格控制，抑制其有害影响。此外，微量的Ti、Al、Mg和B等，在不改变纯镍导热、导磁等基本特性的情况下，可以对综合工艺和使用性能，特别是耐蚀和力学性能起到有益作用。其中Ti可改善可焊性及焊缝性能、Al利于降低含氧量、Mg改善材料的热塑性等，是微合金化的重点。若含量太低，其有益作用将发挥不出来。当Ti、Al含量过高时，将促进金属间相Ni3(Ti, Al)析出，从而对材料的冶金物理化学特性和组织性能产生明显影响，甚至变成了真正的“镍基合金”，基本物理性能都会有明显改变，耐蚀性能将明显降低。当Mg含量过高，则对冶炼工艺的要求极高，增加了生产成本。
本发明所述材料的室温力学性能：
本发明所述材料的腐蚀性能：
在熔融（420℃）烧碱的介质中，经过336h浸泡，其均匀腐蚀速率≤0.005mma。
本发明所述镍材与现有的工业纯镍相比，不仅具有优良的力学性能，而且具有耐腐蚀性能好，使用寿命长等优点，特别适用于对耐腐蚀性能要求较高的场合，对于促进相关产业的技术进步和产业发展具有显著的积极影响。
具体实施方式
实施例1
按表1所述配比镍材取各组分，用真空感应熔炼得到本发明所述镍材1000kg，浇铸成Φ400mm的钢锭（炉号L150213），经锻造制成Φ80mm的圆棒，棒材经机加工制成穿管管坯，再经热轧穿管、拔/轧管、600～1000℃的温度下退火热处理制成Φ133×4mm的无缝管，用于氯碱工业换热管，使用寿命超过24个月。
实施例2
按表1所述配比取镍材各组分，用真空感应熔炼新材料3000kg，经电渣重熔制成Φ600mm的钢锭（炉号M150040），经锻造制成δ200×800×2000mm的板坯，再经热轧制成、600～1000℃的温度下退火热处理制成δ20mm×2000mm×7000mm的板材，最终制成容器，用于制碱工业，使用寿命超过33个月。
实施例3
按表1所述配比取镍材各组分，用真空感应熔炼新材料2500kg，经真空自耗重熔制成Φ500mm的钢锭（炉号M150040），经锻造制成Φ80mm的圆棒，棒材经机加工制成穿管管坯，再经热轧穿管、拔/轧管、600～1000℃的温度下退火热处理制成Φ144×4mm的无缝管，用于高浓度烧碱制备工艺设备，使用寿命超过24个月。
实施例1~3的化学成分和室温力学性能见表1和表2所示。
表1 实施例1~3的化学成分（重量百分含量）
表2 实施例1~3的室温力学性能
Claims (2)
1.一种耐高温熔融烧碱腐蚀的镍材，其特征在于：该材料各组分的重量百分含量为：
C≤0.01%；Si≤0.05%；Mn≤0.05%；S≤0.002%；P≤0.002%；Al：0.11~0.25%；Ti为0.12～0.22%；Mg：0.005~0.20%；Fe≤0.05%；B：0.002~0.008%；Cu≤0.01%；Pb、Bi、As、Sb、Cd、Sn单个值≤10ppm，总和≤50ppm；余量为Ni。
2.根据权利要求1所述的耐高温熔融烧碱腐蚀的镍材，其特征在于：该材料各组分的重量百分含量为：
C≤0.005%；Si≤0.02%；Mn≤0.02%；S≤0.001%；P≤0.002%；Al：0.11~0.25%；Ti为0.12～0.22%；Mg：0.01~0.05%；Fe≤0.05%；B：0.002~0.005%；Cu≤0.005%；Pb、Bi、As、Sb、Cd、Sn单个值≤5ppm，总和≤30ppm；余量为Ni。
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