專利名稱：鎳鐵鉻鉬合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種鎳鐵鉻鉬合金，就本發(fā)明所指的鎳鐵 鉻鉬合金命名為NJS合金。
背景技術(shù)：
NJS合金是與NS142合金類似，但較NS142合金更耐晶間腐蝕性的一種合金。 NS142是鈦穩(wěn)定化處理的全奧氏體鎳鐵鉻鉬合金，在氧化和還原環(huán)境下都具有抗酸堿金屬 腐蝕性能。其中，NS142合金，其以重量計(jì)組分為C:彡0.05%，Cr: 19. 5 23. 5%，Ni 38. 0 46. 0%，Mo :2. 5 3. 5%，Cu :1. 5 3. 0%，Al 彡 0. 20%，Ti 0. 60 1. 20%， Si彡0. 50%, Mn彡1. 00%, P彡0. 030%, S彡0. 030%，余量為鐵。NS142為中國(guó)牌號(hào)，其 相近牌號(hào)為美國(guó)，UNS N08825 ；德國(guó)，W.-Nr. 2. 4858NiCr21Mo ；法國(guó)，NC21FeDu ；英國(guó)，NA16 ； ISO, NiFe30Cr21Mo3o由于NS142合金具有好的耐應(yīng)力腐蝕開裂性能、好的耐點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕性能、 很好的抗氧化性和非氧化性熱酸性能、在室溫和高達(dá)550°C的高溫時(shí)都具有很好的機(jī)械性 能、具有制造溫度達(dá)450°C的壓力容器的認(rèn)證，因此廣泛應(yīng)用于各種使用溫度不超過(guò)550°C 的工業(yè)領(lǐng)域；其典型應(yīng)用為硫酸酸洗工廠用的加熱管、酸性氣體環(huán)境熱交換器、石油精煉 中的空氣熱交換器等。目前，國(guó)內(nèi)煤氣化爐熱裙用NS142合金Ω無(wú)縫管件皆為隨煤氣化爐整套設(shè)備進(jìn) 口，國(guó)內(nèi)沒有生產(chǎn)制造先例。然而進(jìn)口設(shè)備的煤氣化爐熱裙部分故障率較高、使用壽命短， 其主要表現(xiàn)形式為煤氣化爐熱裙用NS142合金Ω無(wú)縫管件的腐蝕失效。雖然NS142合金 具有好的耐應(yīng)力腐蝕開裂性能，在室溫和高達(dá)550°C的高溫時(shí)都具有很好的機(jī)械性能，但由 于該合金碳的成分較寬，即以重量計(jì)C彡0. 05%，就相應(yīng)增加了合金中M23(CN)6、M(CN)和 M6(CN)等的生成，這些生成物易在晶界上堆積，從而使NS142合金發(fā)生晶間腐蝕；且該合金 未對(duì)S雜質(zhì)含量進(jìn)行嚴(yán)格限制，使NS142合金產(chǎn)生熱脆性，降低合金的延展性和韌性。NS142 合金一旦發(fā)生晶間腐蝕，煤氣化爐熱裙部件很快就會(huì)失效。由于NS142合金Ω無(wú)縫管件使用在高溫腐蝕性環(huán)境下，要求該合金管件采用高溫 耐蝕材料制造的同時(shí)，還要求該合金管件壁厚均勻，管內(nèi)通暢不堵塞；但由于Ω無(wú)縫管外 形不規(guī)則、形狀復(fù)雜，且內(nèi)徑較小，制造難度很大，如圖1 ；目前國(guó)外制造的該合金管件壁厚 不均勻，其壁厚為7. 1 士 1. 1mm，誤差達(dá)到士 1. Imm ；且彎管中心距僅為50mm，彎管困難，如圖 2 ；國(guó)外彎管局部彎扁嚴(yán)重，達(dá)到Φ38-5πιπι，使流通截面減少；所有這些均影響了該部件的 使用壽命。綜上所述，由于現(xiàn)有的NS142合金成分對(duì)其性能的影響，使NS142合金在煤氣化爐 熱裙部分應(yīng)用時(shí)耐晶間腐蝕性能差，影響煤氣化爐熱裙部分使用壽命。且現(xiàn)有的NS142合 金Ω無(wú)縫管件制造工藝不能保證管件壁厚均勻、管內(nèi)通暢不堵塞的高精度管件應(yīng)用要求， 進(jìn)而影響煤氣化爐熱裙部分使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明目的之一是提供一種NJS合金，該NJS合金具 有與NS142合金同樣的力學(xué)性能，但具有比NS142合金優(yōu)異的耐晶間腐蝕性。本發(fā)明提供的一種NJS合金，組分以重量計(jì)為C 彡0. 015%, C+N彡0. 02%, Cr 23. 0 24. 0%,Ni :41. 0 47. 0%，Mo :3. 0 4. 0%，Cu :1. 5 3. 0%，Ti :0. 60 1. 20%， Al ^ 0. 20%, Mn ^ 0. 50%, Si ^ 0. 20%, P ^ 0. 030%, S ^ 0. 010%, 0 ^ 0. 010%，余量 為Fe。本發(fā)明目的之二是提供該NJS合金的制造工藝，從而生產(chǎn)出與NS142合金具有同 樣力學(xué)性能但耐晶間腐蝕性能優(yōu)異的NJS合金。本發(fā)明的NJS合金的制造工藝，采用真空感應(yīng)爐冶煉及電渣重熔熔煉爐的冶煉方 法；本發(fā)明NJS合金的鍛件或軋件熱處理是采用固熔退火和快冷處理，退火溫度為900 1000°C,1 1. 5min/mm，然后用水快速冷卻。本發(fā)明目的之三是提供采用NJS合金制造煤氣化爐熱裙用Ω無(wú)縫管及管件的制 造工藝，從而生產(chǎn)出一種管件壁厚均勻，管件壁厚偏差小的Ω無(wú)縫管；生產(chǎn)出彎頭部位無(wú) 局部彎扁現(xiàn)象的180°管件；使煤氣化爐熱裙用Ω無(wú)縫管及管件的使用壽命有效提升。將本發(fā)明的NJS合金用于制造煤氣化爐熱裙用Ω無(wú)縫管，制作工藝如下將經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)爐冶煉和電渣重熔熔煉爐冶煉的NJS合金，鍛造成軋制毛坯后， 用軋制毛坯軋制出設(shè)計(jì)內(nèi)徑管子；對(duì)管子采用固熔退火和快冷處理，退火溫度為900 1000°C，1 1.5min/mm，然后用水快速冷卻；再以設(shè)計(jì)內(nèi)徑中孔為基準(zhǔn)刨或銑出Ω無(wú)縫管 件外形。將本發(fā)明的NJS合金用于制造煤氣化爐熱裙用180°管件，制作工藝如下將經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)爐冶煉和電渣重熔熔煉爐冶煉的NJS合金，鍛造成鍛件，對(duì)鍛件 采用固熔退火和快冷處理，退火溫度為900 1000°C，1 1. 5min/mm，然后用水快速冷卻； 機(jī)加工90°管件，將兩個(gè)90°管件對(duì)焊制作出180°管件，并經(jīng)X射線對(duì)焊縫探傷而成。為了保證NJS合金雜質(zhì)成分比NS142合金更低的要求，在合金熔煉時(shí)NJS合金采用了真空感應(yīng)爐冶煉及電渣重熔熔煉爐的冶煉方法，而NS142合金僅采用 中頻感應(yīng)爐冶煉的方法即可達(dá)到其合金的冶煉要求。中頻感應(yīng)爐是一種適用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼 與合金的冶煉設(shè)備；如果采用真空感應(yīng)爐冶煉，即在真空下進(jìn)行中頻感應(yīng)冶煉可以降低合 金中雜質(zhì)的含量，提高合金質(zhì)量，再加上電渣重熔冶煉，可以提純金屬并獲得潔凈組織均勻 致密的鋼錠。經(jīng)電渣重熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻 致密、金相組織和化學(xué)成分均勻。本發(fā)明NJS合金采用真空冶煉及電渣重熔技術(shù)，從而控制合金中C、N、S、0的含量， 即以重量計(jì)C彡0. 015%,C+N^ 0. 020%,S^O. 010%,O^ 0. 010%，以防止晶間腐蝕的產(chǎn) 生。限定NJS合金的鍛件或軋件退火溫度為900 1000°C是保證NJS合金在650 760V 嚴(yán)重敏化溫度內(nèi)加熱的充分必要條件，只有這樣才能保證本發(fā)明NJS合金具有耐晶間腐蝕 性能。之所以C以重量計(jì)彡0.015%，是由于C彡0.015%的情況下，可以有效減少合金 中的M23(CN)6、M(CN) ^PM6(CN)等的生成，從而防止其在晶界的堆積，可以提高NJS合金的 耐晶界腐蝕性能。
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之所以C+N以重量計(jì)彡0. 020%，是由于C+N ( 0. 020%的情況下，可以有效減少 合金中的TiN、Cr2N、M23(CN)6、M(CN)和M6 (CN)等的生成，從而防止其在晶界的堆積，可以提 高NJS合金的耐晶界腐蝕性能。之所以■、&、110取賂142合金組分要求的上限，可以有效提高町5合金的高溫耐 蝕性能和高溫強(qiáng)度。之所以S以重量計(jì)彡0. 010%，是由于S彡0. 010%的情況下，可以有效減少合金 中如FeS、FeS2夾雜物的形成，從而可以提高NJS合金的延展性、韌性和沖擊性能。之所以0以重量計(jì)彡0.010%，是由于0彡0.010%的情況下，可以有效少合金中 如Al203、Si02、Mn0氧化物的形成，從而防止其在晶界的堆積，可以提高NJS合金的耐晶界腐 蝕性能。需說(shuō)明的是，在本發(fā)明中，所述的耐晶間腐蝕意思是根據(jù)ASTM G28-02《檢測(cè)變形 富鎳含鉻合金晶間腐蝕敏感性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，把NS142合金作為對(duì)比材料 進(jìn)行同樣條件檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明NJS合金比NS142合金耐晶間腐蝕性能優(yōu)異得多。將NJS合金用于制造煤氣化爐熱裙用Ω無(wú)縫管及180°管件，經(jīng)過(guò)上述工藝制造 出的Ω無(wú)縫管件壁厚均勻；采用加工焊接工藝制造的彎管無(wú)局部彎扁現(xiàn)象，該管件不僅達(dá) 到了國(guó)產(chǎn)化的目的，而且使用效果優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品，使煤氣化爐熱裙使用壽命有效提升。


圖1為煤氣化爐熱裙用一個(gè)型號(hào)Ω無(wú)縫管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為煤氣化爐熱裙用一個(gè)型號(hào)180°管件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式表1列出了本發(fā)明NJS合金三個(gè)實(shí)施例和NS142合金一個(gè)比較例的化學(xué)組分 (Wt % )。表 1 注Fe為余量。本發(fā)明NJS合金采用真空感應(yīng)爐冶煉電極棒，再用電極棒進(jìn)行電渣重熔出鋼錠， 對(duì)鋼錠進(jìn)行鍛造制造出管坯料；原材料Ni、Cr、Mo、Cu、Ti、Al和Fe全用金屬純料，在真空條 件下無(wú)氧化，不用造渣，元素?zé)o燒損，其它化學(xué)元素為上述原材料帶入。比較例NS142合金 采用中頻感應(yīng)冶煉澆注出鋼錠，對(duì)鋼錠進(jìn)行鍛造制造出管坯料，其原材料Ni、Cu、Ti、Al和 部分Fe用金屬純料，合金料有微碳鉻鐵和鉬鐵，其它化學(xué)元素為上述原材料帶入。采用上述工藝分別冶煉了 3爐本發(fā)明NJS合金和1爐比較例NS142合金。
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從表1可以看出中頻感應(yīng)熔煉的比較例NS142合金，化學(xué)成分滿足NS142標(biāo)準(zhǔn)要 求，但其中的C、N、S、0含量較高；其中，C、N、0元素的生成物易在晶界堆積，從而降低NS142 合金的耐晶界腐蝕性能；S元素的夾雜物的生成，降低NS142合金的延展性、韌性和沖擊性 能。表2列出了本發(fā)明NJS合金與NS142合金的力學(xué)性能和晶間腐蝕性能試驗(yàn)結(jié)果。表 2 注晶間腐蝕性能試驗(yàn)根據(jù)ASTM G28-02《檢測(cè)變形富鎳含鉻合金晶間腐蝕敏感 性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，試樣在試驗(yàn)前進(jìn)行了 650°C /lh的敏化處理，試驗(yàn)在微 沸的50%硫酸-硫酸鐵溶液中連續(xù)煮沸120h。表2中合金試樣的熱處理是采用固熔退火和快冷處理，退火溫度為950°C，保溫時(shí) 間為1. 5min/mm，然后用水快速冷卻。從表2可以看出本發(fā)明真空冶煉及電渣重熔熔煉爐次的實(shí)施例NJS合金與中頻 感應(yīng)熔煉爐次的比較例NS142合金力學(xué)性能均滿足了 NS142合金的屈服強(qiáng)度Rpa2、抗拉強(qiáng) 度Rm、延伸率A、斷面收縮率Z的標(biāo)準(zhǔn)要求。從晶間腐蝕試驗(yàn)結(jié)果可以看出現(xiàn)有中頻感應(yīng) 熔煉的比較例NS142合金，其晶間腐蝕深度達(dá)300 μ m,大大超出了煤氣化爐熱裙用合金的 晶間腐蝕深度< 50 μ m的要求；本發(fā)明NJS實(shí)施例合金，未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕，點(diǎn)蝕深度最大也 只有15 μ m，滿足了煤氣化爐熱裙用合金的要求。即本發(fā)明實(shí)施例NJS合金的力學(xué)性能滿足NS142合金的要求基礎(chǔ)上大大提高了合 金的耐晶間腐蝕性能，使耐晶間腐蝕試驗(yàn)的腐蝕深度降低到未發(fā)現(xiàn)的程度。將本發(fā)明的NJS合金用于制造煤氣化爐熱裙用Ω無(wú)縫管，制作工藝如下以圖1所示Ω無(wú)縫管為例，將經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)爐冶煉和電渣重熔熔煉爐冶煉的NJS 合金，鍛造成軋制毛坯后，用軋制毛坯軋制出內(nèi)徑為Φ 23. 8mm管子；對(duì)管子采用固熔退火 和快冷處理，退火溫度為950°C，保溫時(shí)間為1. 5min/mm，然后用水快速冷卻；再以Φ 23. 8mm 中孔為基準(zhǔn)刨或銑出Ω無(wú)縫管件外形。由于機(jī)加工比軋制更容易控制壁厚公差，加工出的 Ω無(wú)縫管件壁厚偏差很小，僅為士0. 1mm。將本發(fā)明的NJS合金用于制造煤氣化爐熱裙用180°管件，制作工藝如下
以圖2所示180°管件為例，將經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)爐冶煉和電渣重熔熔煉爐冶煉的 NJS合金，鍛造成鍛件，對(duì)鍛件進(jìn)行固熔退火和快冷處理，退火溫度為950°C，保溫時(shí)間為 1.5min/mm，然后用水快速冷卻；再機(jī)加工出90°管件，將兩個(gè)90°管件對(duì)焊制作出180° 管件，對(duì)焊縫進(jìn)行X射線探傷，按JB/T4730. 2-2005標(biāo)準(zhǔn)，I級(jí)合格，完成180°管件的制作。經(jīng)過(guò)上述工藝制造出的Ω無(wú)縫管壁厚均勻；采用加工焊接工藝制造的彎管無(wú)局 部彎扁現(xiàn)象，該管件不僅達(dá)到了國(guó)產(chǎn)化的目的，而且使用效果優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品，使用壽命有效 提升。
權(quán)利要求
一種鎳鐵鉻鉬合金，其特征是各組分以重量計(jì)如下C 最大為0.015％C+N 最大為0.020％Ni 41.0～47.0％Cr 23.0～24.0％Mo 3.0～4.0％Cu 1.5～3.0％Ti 0.60～1.20％Al 最大為0.20％Mn 最大為0.50％Si 最大為0.20％S 最大為0.010％P 最大為0.030％O 最大為0.010％余量為鐵和制備條件下的雜質(zhì)。
2.用于制備權(quán)利要求1所述的鎳鐵鉻鉬合金的工藝，其特征是該鎳鐵鉻鉬合金采用 真空感應(yīng)爐冶煉及電渣重熔熔煉爐的冶煉方法；該鎳鐵鉻鉬合金的鍛件或軋件熱處理是采 用固熔退火和快冷處理，退火溫度為900 1000°C，1 1. 5min/mm，然后用水快速冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鐵鉻鉬合金，其特征是所述的鎳鐵鉻鉬合金用于煤氣化 爐熱裙合金管件中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的鎳鐵鉻鉬合金，其特征是所述的鎳鐵鉻鉬合金用于 制造煤氣化爐熱裙用Ω無(wú)縫管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的鎳鐵鉻鉬合金，其特征是所述的鎳鐵鉻鉬合金用于 制造煤氣化爐熱裙用180°管件。
6.制備權(quán)利要求4所述的煤氣化爐熱裙用Ω無(wú)縫管的工藝，其特征是將經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)爐冶煉和電渣重熔熔煉爐冶煉的鎳鐵鉻鉬合金，鍛造成軋制毛坯后， 用軋制毛坯軋制出設(shè)計(jì)內(nèi)徑管子；對(duì)管子采用固熔退火和快冷處理，退火溫度為900 1000°C，1 1. 5min/mm，然后用水快速冷卻；再以設(shè)計(jì)內(nèi)徑中孔為基準(zhǔn)刨或銑出Ω無(wú)縫管 件外形，加工出的Ω無(wú)縫管件壁厚偏差僅為士0. 1mm。
7.制備權(quán)利要求5所述的煤氣化爐熱裙用180°管件的工藝，其特征是將經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)爐冶煉和電渣重熔熔煉爐冶煉的鎳鐵鉻鉬合金，鍛造成鍛件，對(duì)鍛件 采用固熔退火和快冷處理，退火溫度為900 1000°C，1 1. 5min/mm，然后用水快速冷卻； 機(jī)加工90°管件，將兩個(gè)90°管件對(duì)焊制作出180°管件，并經(jīng)X射線對(duì)焊縫探傷而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎳鐵鉻鉬合金，具體涉及一種NJS合金，該NJS合金優(yōu)良的力學(xué)性能及優(yōu)異的耐晶間腐蝕性；通過(guò)采用真空感應(yīng)爐冶煉及電渣重熔熔煉爐的冶煉方法制造出該NJS合金；將經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)爐冶煉和電渣重熔熔煉爐冶煉的NJS合金，鍛造后，采用固熔退火和快冷處理，退火溫度為900～1000℃，1～1.5min/mm，然后用水快速冷卻；以軋制出的管子設(shè)計(jì)內(nèi)徑中孔為基準(zhǔn)刨或銑出Ω無(wú)縫管外形；或者將鍛件機(jī)加工成90°管件，將兩個(gè)90°管件對(duì)焊制作出180°管件，并經(jīng)X射線對(duì)焊縫探傷而成；從而生產(chǎn)出一種管件壁厚均勻，管件壁厚偏差小的Ω無(wú)縫管；生產(chǎn)出彎頭部位無(wú)局部彎扁現(xiàn)象的180°管件；使用壽命有效提升。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101928869SQ20101026431
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者劉小義, 張利民, 柴英霞 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)奇新熱力管件有限公司