一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法，防腐涂層采用的金屬粉末包括：64?66%的Ni，10?12%的Cr，0?0.1%的C，0?0.01%的S，0?0.01%的P;16?18%的Fe、2.0?3.5%的B和Si。本發(fā)明的積極效果是：本發(fā)明的涂層材料能滿足感應(yīng)釬料重熔對(duì)材料自熔性的要求，通過熱噴涂+感應(yīng)釬料重熔的新型工藝制備壓力容器金屬防腐涂層，既滿足高含鹽天然氣工況的腐蝕要求，又能極大地提高了涂層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度、降低涂層的孔隙率，是一種既能耐高含鹽強(qiáng)腐蝕工況、又能在壓力容器上推廣使用的經(jīng)濟(jì)型新型耐蝕材料。
【專利說(shuō)明】一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高含鹽腐蝕工況下壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有金屬熱噴涂材料在鋼結(jié)構(gòu)、葉輪等結(jié)構(gòu)件上作為防腐、耐磨功能的金屬涂層 而廣泛使用；但由于其涂層存在較大的孔隙率（一般在1%以上）、與基體金屬結(jié)合強(qiáng)度低 (一般在SOMPa以下）等缺點(diǎn)而限制了在壓力容器上推廣應(yīng)用。在高含鹽極端惡劣腐蝕工 況下，中厚壁容器使用耐蝕性能較好、價(jià)格昂貴的復(fù)合板材料或純材受到制造工藝和經(jīng)濟(jì) 性的限制。因此，亟須尋找一種能既耐高含鹽強(qiáng)腐蝕工況、又能在壓力容器上推廣使用的經(jīng) 濟(jì)型耐蝕涂層及其制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂 層及其制備方法，適用于在介質(zhì)工作溫度不低于80°c、Cl-含量不小于20 X 104ppm、CO2含 量不小于2% (體積分?jǐn)?shù)）的高含鹽腐蝕天然氣工況下長(zhǎng)期工作的壓力容器金屬涂層材料， 同時(shí)采用氧乙炔火焰噴涂+超音速噴涂+感應(yīng)料重熔的新型噴涂工藝，可有效克服現(xiàn)有技 術(shù)中防腐涂層與基體材料結(jié)合強(qiáng)度不高、孔隙率大的弊端。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層，采用的 金屬粉末包括：64?66%的附，10?12%的0,0?0.1%的(：，0?0.01%的5,0?0.01% 的 P ;16 ?18%的 Fe、2. 0 ?3. 5%的 B 和 Si。
[0005] 本發(fā)明還提供了一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層制備方法，包括如下步 驟：
[0006] 步驟一、選擇金屬粉末和磨料；
[0007] 步驟二、對(duì)壓力容器內(nèi)壁需防護(hù)部位進(jìn)行表面除銹；
[0008] 步驟三、在壓力容器內(nèi)部與腐蝕介質(zhì)接觸表面熱噴金屬粉末，形成耐腐蝕凃?qū)樱?br> [0009] 步驟四、采用高頻感應(yīng)線圈對(duì)耐腐蝕凃?qū)舆M(jìn)行熔覆；
[0010] 步驟五、表面質(zhì)量檢測(cè)。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：本發(fā)明的涂層材料能滿足感應(yīng)釬料重熔 對(duì)材料自熔性的要求，通過熱噴涂+感應(yīng)釬料重熔的新型工藝制備壓力容器金屬防腐涂 層，既滿足高含鹽天然氣工況的腐蝕要求，又能極大地提高了涂層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度 (可達(dá)200 MPa)、降低涂層的孔隙率（小于0. 5% )，是一種既能耐高含鹽強(qiáng)腐蝕工況、又能 在壓力容器上推廣使用的經(jīng)濟(jì)型新型耐蝕材料。

【具體實(shí)施方式】
[0012] -種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層，米用的金屬粉末為60鎳鐵R200合金 粉末（簡(jiǎn)稱 R200-60)，包括：64 ?66% 的 Ni, 10 ?12% 的 Cr，0 ?0· 1% 的 C，0 ?0· 01% 的S，0?0. Ol %的P ;16?18%的Fe、2. O?3. 5%的B和Si。金屬粉末采用氣霧化法生 產(chǎn)，形狀為球形或近球形、粒度為150?500目，適合火焰噴涂。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層的制備方法，包括如下 步驟：
[0014] 步驟一：選擇金屬粉末和磨料
[0015] (1)金屬粉末為60鎳鐵1?200合金粉末（簡(jiǎn)稱1?200-60)，包括：64?66%的附， 10 ?12% 的 Cr，0 ?0· 1%的 C，0 ?0· 01%的 S，0 ?0· 01% 的 P ;16 ?18% 的 Fe、2. 0 ? 3. 5%的B和Si。金屬粉末采用氣霧化法生產(chǎn)，形狀為球形或近球形、粒度為150?500目， 適合火焰噴涂。
[0016] (2)磨料：根據(jù)涂層厚度和砂粒直徑之間的關(guān)系，按設(shè)計(jì)涂層厚度選用規(guī)格為14 目或16目的棕剛玉，保證涂層和壓力容器之間有良好的結(jié)合力。
[0017] 步驟二：對(duì)壓力容器內(nèi)壁需防護(hù)部位進(jìn)行表面除銹
[0018] 將磨料裝入噴砂設(shè)備中，將噴砂槍通過操作孔置于壓力容器內(nèi)，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)， 人工操作或機(jī)械自動(dòng)操作噴砂槍使壓力容器內(nèi)壁需防護(hù)部位進(jìn)行表面除銹，確保表面除銹 等級(jí)不低于Sa3.0級(jí)。
[0019] 步驟三：在壓力容器內(nèi)部與腐蝕介質(zhì)接觸表面熱噴步驟一所述的金屬粉末，形成 耐腐蝕凃?qū)?br> [0020] 將金屬粉末在烘箱中110?115°C烘干8?12h后裝入送粉系統(tǒng)中，啟動(dòng)空氣壓縮 機(jī)、水冷系統(tǒng)和火焰噴涂設(shè)備。首先采用氧乙炔火焰噴涂形成金屬底層，調(diào)整負(fù)壓重力送粉 器的流量72?78g/min，保證噴涂距離100?120mm，控制氧氣壓力0. 85?0. 95MPa、氧氣 流量12?18L/min，控制乙炔壓力0· 11?0· 13MPa、乙炔流量13?14L/min，形成中性焰 流，通過人工操作或機(jī)械自動(dòng)操作噴涂槍將150?300目的R200?60金屬粉末融化噴射成 性能參數(shù)符合要求的金屬底層；然后采用超音速噴涂形成金屬面層，調(diào)整氮?dú)馑头燮鲏毫?0· 55?(λ 65MPa、氮?dú)饬髁?λ 25?0· 35L/min，保證噴涂距離100?120mm，控制氧氣壓力 0· 85?0· 95MPa、氧氣流量26?30L/min，控制丙烷壓力0· 65?0· 75MPa、丙烷流量16? 20L/min，形成中性焰流；控制火焰噴吹空氣壓力0. 55?0. 65MPa、空氣流量65?75L/min， 通過人工操作或機(jī)械自動(dòng)操作噴涂槍將300?500目的R200?60金屬粉末融化噴射成性 能參數(shù)符合要求的金屬面層。
[0021] 在噴涂過程中用測(cè)厚儀檢測(cè)金屬涂層厚度，保證耐腐蝕涂層厚度滿足設(shè)計(jì)要求 (一般0. 3到0. 5mm);若厚度大于或等于設(shè)計(jì)厚度0. 15mm以上，采用磨削機(jī)械將多余的涂 層磨去。
[0022] 步驟四：采用高頻感應(yīng)線圈重熔，提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度，降低孔隙率
[0023] 將感應(yīng)線圈軌跡控制系統(tǒng)放入容器內(nèi)，保證感應(yīng)線圈既能沿壓力容器內(nèi)壁做圓周 運(yùn)動(dòng)（50?120mm/min)，又可以沿軸向方向移動(dòng)（移動(dòng)范圍0?I. 5m)，還可以沿徑向方向 調(diào)整（距涂層表面1?3_)。啟動(dòng)工裝控制系統(tǒng)、啟動(dòng)水冷系統(tǒng)、高頻感應(yīng)設(shè)備（設(shè)置頻 率100?300KHz、功率30?50Kw)，使得涂層始終達(dá)到感應(yīng)重熔溫度（900?950°C )、熱影 響厚度小于等于3mm，保證金屬涂層中無(wú)未熔透或過熔等缺陷。每道熔覆完畢，調(diào)整工裝使 感應(yīng)槍移動(dòng)約感應(yīng)線圈寬度的2/3,保證涂層每道間搭接無(wú)夾生。長(zhǎng)度方向達(dá)到工裝極限 時(shí)，將工裝拆除向前移動(dòng)小于等于2m的距離重新裝配，重復(fù)步驟四直至完成所有需要噴涂 的部位。
[0024] 步驟五：表面質(zhì)量檢測(cè)
[0025] 對(duì)涂層表面進(jìn)行超聲和著色檢測(cè)，保證涂層無(wú)裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。否則，應(yīng)手 動(dòng)打磨該缺陷區(qū)域至基體，采用局部修復(fù)，直到檢測(cè)合格為止。
[0026] 本發(fā)明的工作原理
[0027] 60%左右的鎳，保證合金具有良好的抵抗應(yīng)力腐蝕的能力；11 %左右的鉻，確保合 金具有良好的點(diǎn)蝕性能；3%左右的硼、硅含量保證金屬涂層與基體材料有良好的潤(rùn)濕性， 且保證涂層具有合適的硬度、低的孔隙率和平整的表面；合金中的碳控制在小于0.01%， 避免了出現(xiàn)碳硼化物和游離碳，不使合金的塑性下降；S、P含量不超過0. 01 %，能避免有害 元素影響涂層防腐效果。配合超音速火焰噴涂+感應(yīng)釬料重熔或火焰噴涂+感應(yīng)釬料重熔 的工藝方法，確保R200?60壓力容器金屬涂層在高含鹽工況下的腐蝕要求，又保證金屬涂 層在使用的過程中與基體結(jié)合牢固，不會(huì)發(fā)生脫落現(xiàn)象。
【權(quán)利要求】
1. 一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層，其特征在于：采用的金屬粉末包括： 64?66%的附，10?12%的0,0?0.1%的(：，0?0.01%的5,0?0.01%的？ ；16? 18%的 Fe、2. O ?3. 5%的 B 和 Si。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層，其特征在于：所 述金屬粉末采用氣霧化法生產(chǎn)，形狀為球形或近球形、粒度為150?500目。
3. -種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層制備方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟一、選擇金屬粉末和磨料； 步驟二、對(duì)壓力容器內(nèi)壁需防護(hù)部位進(jìn)行表面除銹； 步驟三、在壓力容器內(nèi)部與腐蝕介質(zhì)接觸表面熱噴金屬粉末，形成耐腐蝕凃?qū)樱? 步驟四、采用高頻感應(yīng)線圈對(duì)耐腐蝕凃?qū)舆M(jìn)行熔覆； 步驟五、表面質(zhì)量檢測(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層制備方法，其特征 在于：所述磨料為14目或16目的棕剛玉。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層制備方法，其特征 在于：步驟二所述除銹方法為：將磨料裝入噴砂設(shè)備中，將噴砂槍通過操作孔置于壓力容 器內(nèi)，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，操作噴砂槍對(duì)壓力容器內(nèi)壁需防護(hù)部位進(jìn)行表面除銹，確保表面除 銹等級(jí)不低于Sa3. 0級(jí)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層制備方法，其特征 在于：步驟三所述的金屬粉末的熱噴方法為：將金屬粉末在烘箱中110?115°C烘干8? 12h后裝入送粉系統(tǒng)中，首先采用氧乙炔火焰噴涂形成金屬底層；然后采用超音速噴涂形 成金屬面層，確保金屬底層和面層構(gòu)成的金屬涂層厚度為〇. 3到0. 5_。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層制備方法，其特征 在于：所述金屬底層的噴涂工藝為：調(diào)整負(fù)壓重力送粉器的流量72?78g/min，保證噴涂 距離100?120mm，控制氧氣壓力0· 85?0· 95MPa、氧氣流量12?18L/min，控制乙炔壓力 0. 11?0. 13MPa、乙炔流量13?14L/min，形成中性焰流，操作噴涂槍將150?300目的金 屬粉末融化噴射成性能參數(shù)符合要求的金屬底層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層制備方法，其特 征在于：所述金屬面層的噴涂工藝為：調(diào)整氮?dú)馑头燮鲏毫?. 55?0. 65MPa、氮?dú)饬髁?0· 25?0· 35L/min，保證噴涂距離100?120mm，控制氧氣壓力(λ 85?(λ 95MPa、氧氣流量 26?30L/min，控制丙烷壓力(λ 65?(λ 75MPa、丙烷流量16?20L/min，形成中性焰流；控 制火焰噴吹空氣壓力〇. 55?0. 65MPa、空氣流量65?75L/min，操作噴涂槍將300?500 目的金屬粉末融化噴射成性能參數(shù)符合要求的金屬面層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高含鹽工況壓力容器用金屬防腐涂層制備方法，其特征 在于：步驟四所述的熔覆工藝為：將感應(yīng)線圈軌跡控制系統(tǒng)放入壓力容器內(nèi)，確保感應(yīng)線 圈既能沿壓力容器內(nèi)壁做圓周運(yùn)動(dòng)，又能沿軸向和徑向方向移動(dòng)；啟動(dòng)工裝控制系統(tǒng)、水冷 系統(tǒng)和高頻感應(yīng)設(shè)備，使得涂層始終達(dá)到900?950°C的感應(yīng)重熔溫度、且熱影響厚度小于 等于3mm，保證金屬涂層中無(wú)未熔透或過熔缺陷。
【文檔編號(hào)】C23C24/10GK104213120SQ201410513069
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】雒定明, 常澤亮, 施輝明, 張慶春, 謝兵, 李循跡, 王福善, 古劍飛, 焦建國(guó), 雒貝爾, 高興, 姜泉 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司